JP2015103404A - Negative electrode active material layer for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and nonaqueous electrolyte secondary battery arranged by use thereof - Google Patents

Negative electrode active material layer for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and nonaqueous electrolyte secondary battery arranged by use thereof Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a novel and improved negative electrode active material layer for nonaqueous electrolyte secondary batteries which enables the formation of an aqueous negative electrode and the suppression of expansion and shrinkage of a negative electrode active material; and a secondary battery arranged by such a negative electrode active material layer.SOLUTION: To solve the problem, a negative electrode active material layer for nonaqueous electrolyte secondary batteries is provided according to an aspect of the present invention, which comprises: a water-soluble polymer; a negative electrode active material including a silicon-based active material and a carbon-based active material; a first fluorine-based polymer; and microparticles of a fluorine-based polymer for binding the negative electrode active material. The negative electrode active material layer includes 1-10 mass% of the fluorine-based polymer microparticles to the total mass thereof.

Description

本発明は、非水電解質二次電池用負極活物質層及びこれを用いた非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode active material layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same.

リチウムイオン(lithium ion)二次電池をはじめとする非水電解質二次電池は、ノート型パソコン(Note PC)や携帯電話などのポータブル(portable)機器の電源として広く用いられているが、高電圧・高容量であることから、その発展に大きな期待が寄せられている。このような非水電解質二次電池の負極材料(負極活物質)には、リチウム金属やリチウム合金の他、Liイオンを脱離・挿入可能な、天然黒鉛や人造黒鉛のような黒鉛質炭素材料等が用いられている。   Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are widely used as power sources for portable devices such as notebook PCs and mobile phones. -Because of its high capacity, great expectations are placed on its development. As a negative electrode material (negative electrode active material) of such a non-aqueous electrolyte secondary battery, in addition to lithium metal and lithium alloy, a graphitic carbon material such as natural graphite or artificial graphite that can desorb and insert Li ions. Etc. are used.

最近では、小型化及び多機能化した携帯機器の電池について更なる高容量化が望まれており、これを受けて、負極活物質として広く用いられている炭素系活物質(例えば黒鉛質炭素材料)に代わる新規負極活物質が検討されている。新規負極活物質としては、錫(Sn)合金、シリコン(Si)合金、シリコン(Si)酸化物、リチウム(Li)窒化物などが注目されているが、現時点ではいずれの上記新規負極材料も充放電サイクル特性が黒鉛質炭素材料に比べて劣っている。   Recently, a further increase in capacity has been desired for batteries for portable devices that have become smaller and more multifunctional, and in response to this, carbon-based active materials (for example, graphitic carbon materials) that are widely used as negative electrode active materials. ) New negative electrode active materials have been investigated. As a new negative electrode active material, a tin (Sn) alloy, a silicon (Si) alloy, a silicon (Si) oxide, a lithium (Li) nitride, and the like have been attracting attention. Discharge cycle characteristics are inferior to graphitic carbon materials.

炭素系活物質は層状構造を有しており、充放電時にLiがこの層間に挿入・脱離するので、Li挿入・離脱の際の膨張・収縮が小さい。これに対し、上記新規負極材料は、炭素系活物質よりも構造が複雑であり、かつ、充放電時の単位質量当たりのLiの挿入・脱離するLi量が多い。このため、新規負極材料は、充放電に伴う膨張・収縮が大きくなり、その結果として、膨張・収縮を繰り返す充放電サイクルにおいて、電極の構造破壊や電子伝導性の低下が起こる。このため、充放電サイクル特性が黒鉛質炭素材料に比べて悪くなると考えられる。   The carbon-based active material has a layered structure, and Li is inserted / extracted between the layers at the time of charge / discharge. In contrast, the new negative electrode material has a more complicated structure than the carbon-based active material, and has a large amount of Li insertion / desorption per unit mass during charge / discharge. For this reason, the new negative electrode material has a large expansion / contraction associated with charge / discharge, and as a result, in a charge / discharge cycle in which expansion / contraction is repeated, the structure of the electrode is broken and the electronic conductivity is lowered. For this reason, it is thought that charging / discharging cycling characteristics worsen compared with a graphitic carbon material.

ところで、近年のタブレット(Tablet)端末、スマートフォン(Smartphone)の急激な普及により、非水電解質二次電池は高容量だけでなく、薄型化が要求されている。このため、非水電解質二次電池の外装材には、アルミラミネートフィルム(Aluminum Laminated film)が使用される事が多い。外装材にアルミラミネートフィルムを使用した電池は、電池サイズ(Size)設計の自由度が高いので、薄型化も容易に行えるからである。ただし、負極の膨張収縮の問題は、外装体にアルミラミネートを使用した電池において特に顕著に現れる。アルミラミネートからなる外装体は剛性が低いため、負極の膨張を抑えることができず、負極の膨張によって容易に変形するからである。   By the way, due to the rapid spread of tablet terminals and smartphones in recent years, not only high capacity but also thinning of nonaqueous electrolyte secondary batteries is required. For this reason, an aluminum laminated film is often used as the exterior material of the nonaqueous electrolyte secondary battery. This is because a battery using an aluminum laminate film as an exterior material has a high degree of freedom in battery size (Size) design and can be easily reduced in thickness. However, the problem of expansion and contraction of the negative electrode is particularly noticeable in a battery using an aluminum laminate for the exterior body. This is because an exterior body made of an aluminum laminate has low rigidity, so that expansion of the negative electrode cannot be suppressed and is easily deformed by expansion of the negative electrode.

さらに、近年の近年の非水電解質二次電池の負極製造では、製造時の環境配慮やコスト低減といった理由により、水系スラリー(Slurry)(水系バインダ(binder))を用いて負極を作製することが要請されている。ここで、水系スラリーは、水溶性高分子、ラテックスポリマー(Latex polymer)、及び負極活物質を水に分散させたものである。水系スラリーを集電体に塗布し、乾燥することで負極が作製される。水系スラリーを用いて作製された負極は水系負極とも称される。   Further, in the recent negative electrode manufacturing of non-aqueous electrolyte secondary batteries, it is possible to produce a negative electrode using an aqueous slurry (slurry) (aqueous binder) due to environmental considerations and cost reduction during manufacturing. It has been requested. Here, the water-based slurry is obtained by dispersing a water-soluble polymer, a latex polymer, and a negative electrode active material in water. A negative electrode is produced by applying an aqueous slurry to a current collector and drying. A negative electrode produced using an aqueous slurry is also referred to as an aqueous negative electrode.

そこで、特許文献1では、充放電時の水系負極の膨張を抑制する技術が提案されている。具体的には、特許文献1に開示された技術では、水溶性接着樹脂、フッ素化樹脂共重合体からなるフッ素ゴム、黒鉛質炭素材料及びSiOを水に分散させた水系スラリーを作製し、この水系スラリーを用いて負極を作製する。 Thus, Patent Document 1 proposes a technique for suppressing the expansion of the water-based negative electrode during charge / discharge. Specifically, in the technology disclosed in Patent Document 1, a water-based slurry in which water-soluble adhesive resin, fluororubber composed of a fluorinated resin copolymer, graphitic carbon material, and SiO x are dispersed in water is prepared. A negative electrode is prepared using this aqueous slurry.

特開2013−145669号公報JP 2013-145669 A

しかし、特許文献1の技術では、フッ素ゴムは電池内部で非水電解液との膨潤率が大きいため、十分な機械的強度が得られなかった。したがって、特許文献1に開示された技術では、充放電時の負極膨張を十分に抑制することができなかった。   However, in the technique of Patent Document 1, since the fluororubber has a large swelling ratio with the nonaqueous electrolytic solution inside the battery, sufficient mechanical strength cannot be obtained. Therefore, the technique disclosed in Patent Document 1 cannot sufficiently suppress the negative electrode expansion during charging / discharging.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、水系負極を構成し、かつ、負極活物質の膨張収縮を抑えることが可能な、新規かつ改良された非水電解質二次電池用負極活物質層及びこれを使用した二次電池を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is a new and improved structure that constitutes a water-based negative electrode and can suppress expansion and contraction of the negative electrode active material. An object of the present invention is to provide a negative electrode active material layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a secondary battery using the same.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、水溶性高分子と、ケイ素系活物質及び炭素系活物質を含む負極活物質と、第1のフッ素系高分子を含み、負極活物質同士を結着するフッ素系高分子の微粒子と、を備え、フッ素系高分子の微粒子子は、負極活物質層の総質量に対して1〜10質量%で負極活物質層に含まれることを特徴とする、非水電解質二次電池用負極活物質層が提供される。   In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, a negative electrode containing a water-soluble polymer, a negative electrode active material containing a silicon-based active material and a carbon-based active material, and a first fluorine-based polymer, Fluorine-based polymer fine particles that bind active materials to each other, and the fluorine-based polymer fine particles are contained in the negative electrode active material layer in an amount of 1 to 10% by mass with respect to the total mass of the negative electrode active material layer. A negative electrode active material layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery is provided.

以上により、この観点によれば、フッ素系高分子の微粒子は、負極活物質同士を強固に結着することで、ケイ素系活物質の膨張収縮を抑制し、かつ、負極活物質同士の連結を維持することができる。また、負極活物質層は、負極活物質層を構成する材料を水に分散させた水系スラリーを集電体に塗工、乾燥することで作製されるので、水系負極を構成する。   As described above, according to this aspect, the fluorine-based polymer fine particles firmly bind the negative electrode active materials to each other, thereby suppressing the expansion and contraction of the silicon-based active materials and connecting the negative electrode active materials to each other. Can be maintained. In addition, the negative electrode active material layer is formed by applying an aqueous slurry in which a material constituting the negative electrode active material layer is dispersed in water to a current collector and drying the current collector, and thus forms an aqueous negative electrode.

ここで、第1のフッ素系高分子は、ポリフッ化ビニリデンを含んでいてもよい。   Here, the first fluorine-based polymer may contain polyvinylidene fluoride.

この観点によれば、負極活物質同士がより強固に結着される。   According to this viewpoint, the negative electrode active materials are more firmly bound to each other.

また、フッ素系高分子の微粒子は、第1のフッ素系高分子を構成するモノマーを乳化重合することにより作製されてもよい。   The fine particles of the fluorine-based polymer may be prepared by emulsion polymerization of a monomer constituting the first fluorine-based polymer.

この観点によれば、粒径の非常に小さなフッ素系高分子の微粒子が容易に製造される。   According to this viewpoint, fine particles of a fluorine-based polymer having a very small particle diameter are easily produced.

また、フッ素系高分子の微粒子は、第1のフッ素系高分子を構成するモノマーを懸濁重合することにより合成された粗粒子を粉砕することで作製されてもよい。   Further, the fine particles of the fluorine-based polymer may be prepared by pulverizing coarse particles synthesized by suspension polymerization of the monomer constituting the first fluorine-based polymer.

この観点によれば、粒径の非常に小さなフッ素系高分子の微粒子が容易に製造される。   According to this viewpoint, fine particles of a fluorine-based polymer having a very small particle diameter are easily produced.

また、水溶性高分子は、セルロース系高分子を含んでいてもよい。   The water-soluble polymer may contain a cellulose polymer.

この観点によれば、負極活物質同士の結着力がより向上する。   According to this viewpoint, the binding force between the negative electrode active materials is further improved.

また、セルロース系高分子は、カルボキシメチルセルロースの金属塩であってもよい。   The cellulose polymer may be a metal salt of carboxymethyl cellulose.

この観点によれば、負極活物質同士の結着力がより向上する。   According to this viewpoint, the binding force between the negative electrode active materials is further improved.

また、ケイ素系活物質は、組成式SiO(0.5≦x≦1.5)で表されるケイ素酸化物を含んでいてもよい。 The silicon-based active material may contain a silicon oxide represented by a composition formula SiO x (0.5 ≦ x ≦ 1.5).

この観点によれば、リチウムイオン二次電池10の放電容量等の電池特性が向上する。   According to this viewpoint, battery characteristics such as the discharge capacity of the lithium ion secondary battery 10 are improved.

本発明の他の観点によれば、非水電解液と、セパレータと、上記負極活物質層と、非水電解液をゲル状に保持する第2のフッ素系高分子を含み、セパレータの表裏面のうち、負極活物質層に対向する面に形成される負極側バインダ層と、を備えることを特徴とする、非水電解質二次電池が提供される。   According to another aspect of the present invention, the front and back surfaces of the separator include a nonaqueous electrolytic solution, a separator, the negative electrode active material layer, and a second fluoropolymer that holds the nonaqueous electrolytic solution in a gel state. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising: a negative electrode-side binder layer formed on a surface facing the negative electrode active material layer.

この観点によれば、負極活物質層の最表面に分布したフッ素系高分子の微粒子が負極側バインダ層に融着することで、セパレータと負極活物質層とが強固に結着する。したがって、非水電解質二次電池は、水系負極とセパレータとの結着力を向上させることができる。この結果、非水電解質二次電池は、座屈強度が向上する。   According to this viewpoint, the separator and the negative electrode active material layer are firmly bound by the fine particles of the fluorine-based polymer distributed on the outermost surface of the negative electrode active material layer being fused to the negative electrode side binder layer. Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery can improve the binding force between the aqueous negative electrode and the separator. As a result, the non-aqueous electrolyte secondary battery has improved buckling strength.

ここで、フッ素系高分子の微粒子は、負極活物質層の最表面に融着していてもよい。   Here, the fine particles of the fluorine-based polymer may be fused to the outermost surface of the negative electrode active material layer.

この観点によれば、負極活物質層とセパレータとがさらに強固に結着する。   According to this viewpoint, the negative electrode active material layer and the separator are more firmly bound.

また、第1のフッ素系高分子及び第2のフッ素系高分子は同じ種類のフッ素系高分子であってもよい。   Further, the first fluorine-based polymer and the second fluorine-based polymer may be the same type of fluorine-based polymer.

この観点によれば、負極活物質層とセパレータとがさらに強固に結着する。   According to this viewpoint, the negative electrode active material layer and the separator are more firmly bound.

また、第1のフッ素系高分子及び第2のフッ素系高分子は、ポリフッ化ビニリデンを含んでいてもよい。   In addition, the first fluorine-based polymer and the second fluorine-based polymer may contain polyvinylidene fluoride.

この観点によれば、負極活物質層とセパレータとがさらに強固に結着する。   According to this viewpoint, the negative electrode active material layer and the separator are more firmly bound.

また、アルミラミネートフィルムで構成された外装体を備えていてもよい。   Moreover, you may provide the exterior body comprised with the aluminum laminate film.

この観点によれば、外装体の剛性は低くなるが、フッ素系高分子の微粒子がケイ素系活物質の膨張収縮を抑えることができ、かつ、負極活物質層とセパレータとが強固に結合する。したがって、非水電解質二次電池の厚み増加が抑制され、かつ、耐座屈性が向上する。   According to this viewpoint, the rigidity of the outer package is lowered, but the fluorine-based polymer fine particles can suppress the expansion and contraction of the silicon-based active material, and the negative electrode active material layer and the separator are firmly bonded. Therefore, an increase in the thickness of the nonaqueous electrolyte secondary battery is suppressed, and the buckling resistance is improved.

以上説明したように本発明に係る負極活物質層は、水系負極を構成し、かつ、負極活物質の膨張収縮を抑えることができる。   As described above, the negative electrode active material layer according to the present invention constitutes a water-based negative electrode and can suppress expansion and contraction of the negative electrode active material.

本発明の実施形態に係る非水電解質二次電池の外観構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance structure of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on embodiment of this invention. 非水電解質二次電池の内部構成を概略的に示す側断面図である。It is a sectional side view which shows roughly the internal structure of a nonaqueous electrolyte secondary battery. リチウムイオン(Lithium ion)二次電池を押圧する圧子に加えられる荷重(試験力)と圧子の変位との対応関係を示すグラフである。It is a graph which shows the correspondence of the load (test force) applied to the indenter which presses a lithium ion (Lithium ion) secondary battery, and the displacement of an indenter. 負極活物質(黒鉛)の表面にフッ素系高分子の微粒子(PVDF微粒子)が付着した様子を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows a mode that the fine particle (PVDF microparticles | fine-particles) of the fluorine-type polymer adhered to the surface of the negative electrode active material (graphite). 負極活物質(黒鉛)の表面にフッ素系高分子の微粒子(PVDF微粒子)が融着した様子を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows a mode that the microparticles | fine-particles (PVDF microparticles | fine-particles) of a fluorine-type polymer fuse | melted on the surface of the negative electrode active material (graphite).

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

<1.リチウムイオン二次電池の構成>
本発明に係る非水電解質二次電池は、あらゆる種類の非水電解質二次電池に適用可能である。そこで、本実施形態では、本発明をリチウムイオン二次電池に適用した例について説明する。
<1. Configuration of lithium ion secondary battery>
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention can be applied to all kinds of nonaqueous electrolyte secondary batteries. Therefore, in this embodiment, an example in which the present invention is applied to a lithium ion secondary battery will be described.

図1及び図2に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10は、正極20と、負極30と、セパレータ層40と、外装体100と、正極集電体タブ110と、負極集電体タブ120とを備える。   As shown in FIG.1 and FIG.2, the lithium ion secondary battery 10 which concerns on this embodiment is the positive electrode 20, the negative electrode 30, the separator layer 40, the exterior body 100, the positive electrode collector tab 110, and a negative electrode. And a current collector tab 120.

セパレータ層40は、セパレータ40aと、正極側バインダ層40bと、負極側バインダ層40cと、非水電解液とを含む。セパレータ40aは、特に制限されず、リチウムイオン二次電池のセパレータとして使用されるものであれば、どのようなものであってもよい。セパレータ40aとしては、優れた高率放電性能を示す多孔膜や不織布等を、単独あるいは併用することが好ましい。セパレータ40aを構成する樹脂としては、例えばポリエチレン(polyethylene),ポリプロピレン(polypropylene)等に代表されるポリオレフィン(polyolefin)系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(Polyethylene terephthalate),ポリブチレンテレフタレート(polybutylene terephthalate)等に代表されるポリエステル(Polyester)系樹脂、PVDF、フッ化ビニリデン(VDF)−ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル(par fluorovinyl ether)共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン(tetrafluoroethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン(trifluoroethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−フルオロエチレン(fluoroethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン(hexafluoroacetone)共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン(ethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−プロピレン(propylene)共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロプロピレン(trifluoro propylene)共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン(tetrafluoroethylene)−ヘキサフルオロプロピレン(hexafluoropropylene)共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン(ethylene)−テトラフルオロエチレン(tetrafluoroethylene)共重合体等を挙げることができる。   The separator layer 40 includes a separator 40a, a positive electrode side binder layer 40b, a negative electrode side binder layer 40c, and a nonaqueous electrolytic solution. The separator 40a is not particularly limited, and any separator may be used as long as it is used as a separator for a lithium ion secondary battery. As the separator 40a, it is preferable to use a porous film or a non-woven fabric exhibiting excellent high rate discharge performance alone or in combination. Examples of the resin constituting the separator 40a include polyolefin resins represented by polyethylene, polypropylene, and the like, polyethylene terephthalate, and polybutylene terephthalate. Polyester resin, PVDF, vinylidene fluoride (VDF) -hexafluoropropylene (HFP) copolymer, vinylidene fluoride-perfluorovinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene ( tetrafluoroety ene) copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer, vinylidene fluoride -Ethylene copolymer, vinylidene fluoride-propylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene (Hexafluoropropylene) copolymer, vinylidene fluoride-ethylene (e hylene) - can be exemplified tetrafluoroethylene (tetrafluoroethylene) copolymers.

正極側バインダ層40bは、セパレータ40aの表裏面のうち、正極20に対向する面に形成される。正極側バインダ層40bは、非水電解液によって膨潤することで、ゲル状になる。すなわち、正極側バインダ層40bは、非水電解液をゲル状に保持する。さらに、正極側バインダ層40bは、セパレータ層40と正極20(より具体的には正極活物質層22)とを結着する。正極側バインダ層40bは、具体的には、非水電解液によって膨潤し、ゲル状となるフッ素系高分子(第2のフッ素系高分子)を含む。好ましくは、正極側バインダ層40bは、このようなフッ素系高分子で構成される。正極側バインダ層40bを構成するフッ素系高分子としては、例えばPVDF、フッ化ビニリデン(VDF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)との共重合体等が挙げられる。なお、HFPのVDFに対する質量比が大きすぎると、フッ素系高分子が非水電解液に溶解してしまうので、VDFとHFPとの質量比は、フッ素系高分子が非水電解液に溶解しない程度で調整されればよい。正極側バインダ層40bを構成するフッ素系高分子の他の例としては、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの共重合体P(VDF−TFE)、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体P(VDF−TFE−HFP)等が挙げられる。正極側バインダ層40bは省略されてもよい。   The positive electrode side binder layer 40b is formed on the surface facing the positive electrode 20 among the front and back surfaces of the separator 40a. The positive electrode side binder layer 40b becomes a gel by being swollen by the non-aqueous electrolyte. That is, the positive electrode side binder layer 40b holds the non-aqueous electrolyte in a gel form. Furthermore, the positive electrode side binder layer 40b binds the separator layer 40 and the positive electrode 20 (more specifically, the positive electrode active material layer 22). Specifically, the positive electrode binder layer 40b includes a fluorine-based polymer (second fluorine-based polymer) that is swollen by a non-aqueous electrolyte and becomes a gel. Preferably, the positive electrode side binder layer 40b is made of such a fluorine-based polymer. Examples of the fluorine-based polymer constituting the positive electrode side binder layer 40b include PVDF, a copolymer of vinylidene fluoride (VDF) and hexafluoropropylene (HFP), and the like. If the mass ratio of HFP to VDF is too large, the fluorine-based polymer is dissolved in the non-aqueous electrolyte. Therefore, the mass ratio between VDF and HFP is that the fluorine-based polymer is not dissolved in the non-aqueous electrolyte. It may be adjusted by the degree. Other examples of the fluorine-based polymer constituting the positive electrode side binder layer 40b include a copolymer P (VDF-TFE) of vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene, vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, and hexafluoropropylene. Copolymer P (VDF-TFE-HFP) and the like. The positive electrode side binder layer 40b may be omitted.

負極側バインダ層40cは、セパレータ40aの表裏面のうち、負極30に対向する面に形成される。負極側バインダ層40cは、非水電解液によって膨潤することで、ゲル状になる。すなわち、負極側バインダ層40cは、非水電解液をゲル状に保持する。さらに、負極側バインダ層40cは、セパレータ層40と負極30(より具体的には負極活物質層32)とを結着する。負極側バインダ層40cは、具体的には、非水電解液によって膨潤し、ゲル状となるフッ素系高分子(第2のフッ素系高分子)を含む。好ましくは、負極側バインダ層40cは、このようなフッ素系高分子で構成される。負極側バインダ層40cを構成するフッ素系高分子としては、例えばPVDF、フッ化ビニリデン(VDF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)との共重合体等が挙げられる。なお、HFPのVDFに対する質量比が大きすぎると、フッ素系高分子が非水電解液に溶解してしまうので、VDFとHFPとの質量比は、フッ素系高分子が非水電解液に溶解しない程度で調整されればよい。負極側バインダ層40cを構成するフッ素系高分子の他の例としては、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの共重合体P(VDF−TFE)、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体P(VDF−TFE−HFP)等が挙げられる。   The negative electrode side binder layer 40c is formed on the surface facing the negative electrode 30 among the front and back surfaces of the separator 40a. The negative electrode side binder layer 40c is gelled by swelling with the non-aqueous electrolyte. That is, the negative electrode side binder layer 40c holds the non-aqueous electrolyte in a gel form. Furthermore, the negative electrode side binder layer 40c binds the separator layer 40 and the negative electrode 30 (more specifically, the negative electrode active material layer 32). Specifically, the negative electrode side binder layer 40c includes a fluorine-based polymer (second fluorine-based polymer) that is swollen by a non-aqueous electrolyte and becomes a gel. Preferably, the negative electrode side binder layer 40c is made of such a fluorine-based polymer. Examples of the fluorine-based polymer constituting the negative electrode side binder layer 40c include PVDF, a copolymer of vinylidene fluoride (VDF) and hexafluoropropylene (HFP), and the like. If the mass ratio of HFP to VDF is too large, the fluorine-based polymer is dissolved in the non-aqueous electrolyte. Therefore, the mass ratio between VDF and HFP is that the fluorine-based polymer is not dissolved in the non-aqueous electrolyte. It may be adjusted by the degree. Other examples of the fluorine-based polymer constituting the negative electrode side binder layer 40c include a copolymer P (VDF-TFE) of vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene, vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, and hexafluoropropylene. Copolymer P (VDF-TFE-HFP) and the like.

非水電解液は、従来からリチウム二次電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。非水電解液は、非水溶媒に電解質塩を含有させた組成を有する。非水溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(propylene carbonate)、エチレンカーボネート(ethylene carbonate)、ブチレンカーボネート(ethylene carbonate)、クロロエチレンカーボネート(chloroethylene carbonate)、ビニレンカーボネート(vinylene carbonate)等の環状炭酸エステル(ester)類;γ−ブチロラクトン(butyrolactone)、γ−バレロラクトン(valerolactone)等の環状エステル類;ジメチルカーボネート(dimethyl carbonate)、ジエチルカーボネート(diethyl carbonate)、エチルメチルカーボネート(ethyl methyl carbonate)等の鎖状カーボネート類;ギ酸メチル(methyl formate)、酢酸メチル(methyl acetate)、酪酸メチル(butyric acid methyl)等の鎖状エステル類;テトラヒドロフラン(Tetrahydrofuran)またはその誘導体;1,3−ジオキサン(dioxane)、1,4−ジオキサン(dioxane)、1,2−ジメトキシエタン(dimethoxyethane)、1,4−ジブトキシエタン(dibutoxyethane)、メチルジグライム(methyl diglyme)等のエーテル(ether)類;アセトニトリル(acetonitrile)、ベンゾニトリル(benzonitrile)等のニトリル(nitrile)類;ジオキソラン(Dioxolane)またはその誘導体;エチレンスルフィド(ethylene sulfide)、スルホラン(sulfolane)、スルトン(sultone)またはその誘導体等の単独またはそれら2種以上の混合物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。   As the non-aqueous electrolyte, the same non-aqueous electrolyte as conventionally used for lithium secondary batteries can be used without any particular limitation. The nonaqueous electrolytic solution has a composition in which an electrolyte salt is contained in a nonaqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate, vinylene carbonate (vinyl carbonate), and the like. ); Cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate chain carbonates such as ethyl carbonate; chain esters such as methyl formate, methyl acetate, butyric acid methyl; tetrahydrofuran (tetrahydrofuran) or derivatives thereof; 1,3- Ethers such as dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dibutoxyethane, methyl diglyme; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile e) class; dioxolane or a derivative thereof; ethylene sulfide, sulfolane, sultone, or a derivative thereof alone or a mixture of two or more thereof, etc. It is not limited to.

また、電解質塩としては、例えば、LiClO、LiBF、LiAsF、LiPF,LiPF6−x(C2n+1[但し、1<x<6,n=1or2],LiSCN,LiBr,LiI,LiSO,Li10Cl10,NaClO,NaI,NaSCN,NaBr,KClO,KSCN等のリチウム(Li)、ナトリウム(Na)またはカリウム(K)の1種を含む無機イオン塩、LiCFSO,LiN(CFSO,LiN(CSO,LiN(CFSO)(CSO),LiC(CFSO,LiC(CSO,(CHNBF,(CHNBr,(CNClO,(CNI,(CNBr,(n−CNClO,(n−CNI,(CN−maleate,(CN−benzoate,(CN−phtalate、ステアリルスルホン酸リチウム(stearyl sulfonic acid lithium)、オクチルスルホン酸リチウム(octyl sulfonic acid)、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム(dodecyl benzene sulphonic acid)等の有機イオン塩等が挙げられ、これらのイオン性化合物を単独、あるいは2種類以上混合して用いることが可能である。なお、電解質塩の濃度は、従来のリチウム二次電池で使用される非水電解液と同様でよく、特に制限はない。本実施形態では、適当なリチウム化合物(電解質塩)を0.8〜1.5mol/L程度の濃度で含有させた非水電解液を使用することができる。 Examples of the electrolyte salt include LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiPF 6-x (C n F 2n + 1 ) x [where 1 <x <6, n = 1or2], LiSCN, LiBr, Inorganic ions containing one kind of lithium (Li), sodium (Na) or potassium (K) such as LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, NaBr, KClO 4 , KSCN Salt, LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3, LiC (C 2 F 5 SO 2) 3, (CH 3) 4 NBF 4, (CH 3) 4 NBr, (C 2 H 5) 4 NClO 4, C 2 H 5) 4 NI, (C 3 H 7) 4 NBr, (n-C 4 H 9) 4 NClO 4, (n-C 4 H 9) 4 NI, (C 2 H 5) 4 N-maleate , (C 2 H 5 ) 4 N-benzoate, (C 2 H 5 ) 4 N-phthalate, lithium stearyl sulfonate (octyl sulfonic acid), lithium dodecylbenzene sulfonate (lithium dodecylbenzene sulfonate) organic ion salts such as dodecyl benzene sulphonic acid) and the like, and these ionic compounds can be used alone or in admixture of two or more. The concentration of the electrolyte salt may be the same as that of the nonaqueous electrolytic solution used in the conventional lithium secondary battery, and is not particularly limited. In this embodiment, a nonaqueous electrolytic solution containing an appropriate lithium compound (electrolyte salt) at a concentration of about 0.8 to 1.5 mol / L can be used.

正極20は、正極集電体21と、正極活物質層22とを備える。正極集電体21は、導電体であればどのようなものでも良く、例えば、アルミニウム(Aluminum)、ステンレス鋼(stainless steel)、及びニッケルメッキ鋼(nickel plating steel)等で構成される。正極集電体21は、正極集電体タブ110に接続される。   The positive electrode 20 includes a positive electrode current collector 21 and a positive electrode active material layer 22. The positive electrode current collector 21 may be any conductor as long as it is a conductor, for example, aluminum (aluminum), stainless steel (stainless steel), nickel plated steel (nickel plating steel), or the like. The positive electrode current collector 21 is connected to the positive electrode current collector tab 110.

正極活物質層22は、少なくとも正極活物質を含み、導電剤と、正極結着剤とをさらに含んでいてもよい。正極活物質は、例えばリチウムを含む固溶体酸化物であるが、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵及び放出することができる物質であれば特に制限されない。固溶体酸化物は、例えば、LiMnCoNi(1.150≦a≦1.430、0.45≦x≦0.6、0.10≦y≦0.15、0.20≦z≦0.28)、LiMnCoNi(0.3≦x≦0.85、0.10≦y≦0.3、0.10≦z≦0.3)、LiMn1.5Ni0.5となる。固溶体酸化物は、より具体的には、例えば、LiCoO、LiNiO、LiMn、LiMnO、LiCo0.5Ni0.5、LiNi0.7Co0.2Mn0.1などのリチウム含有遷移金属酸化物、MnOなどのリチウムを含有していない金属酸化物等であってもよい。 The positive electrode active material layer 22 includes at least a positive electrode active material, and may further include a conductive agent and a positive electrode binder. The positive electrode active material is, for example, a solid solution oxide containing lithium, but is not particularly limited as long as the material can electrochemically occlude and release lithium ions. The solid solution oxide is, for example, Li a Mn x Co y Ni z O 2 (1.150 ≦ a ≦ 1.430, 0.45 ≦ x ≦ 0.6, 0.10 ≦ y ≦ 0.15,. 20 ≦ z ≦ 0.28), LiMn x Co y Ni z O 2 (0.3 ≦ x ≦ 0.85, 0.10 ≦ y ≦ 0.3, 0.10 ≦ z ≦ 0.3), LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 . More specifically, the solid solution oxide is, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiCo 0.5 Ni 0.5 O 2 , LiNi 0.7 Co 0.2 Mn 0.1. It may be a lithium-containing transition metal oxide such as O 2 or a metal oxide not containing lithium such as MnO 2 .

導電剤は、例えばケッチェンブラック(ketjenblack)、アセチレンブラック(acetylene black)等のカーボンブラック(carbon black)、天然黒鉛、人造黒鉛等であるが、正極の導電性を高めるためのものであれば特に制限されない。   The conductive agent is, for example, carbon black such as ketjen black, acetylene black, natural graphite, artificial graphite, etc., and particularly if it is for increasing the conductivity of the positive electrode. Not limited.

正極結着剤は、正極活物質及び導電剤を集電体21上に結着させることができるものであれば、特に制限されないが、フッ素系高分子で構成されることが好ましい。フッ素系高分子としては、例えばPVDF、PTFE、P(VDF−HFP)、P(VDF−TFE)、フッ化ビニリデンとクロロトリフルオロエチレンとの共重合体P(VDF−CTFE)、P(VDF−TFE−HFP)等が挙げられる。正極結着剤を構成する樹脂の他の例としては、エチレンプロピレンジエン三元共重合体(Ethylene propylene diene terpolymer)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(acrylonitrile butadiene rubber)、ポリ酢酸ビニル(polyvinyl acetate)、ポリメチルメタクリレート(polymethylmethacrylate)、ポリエチレン(polyethylene)、ニトロセルロース(nitrocellulose)等が挙げられる。   The positive electrode binder is not particularly limited as long as it can bind the positive electrode active material and the conductive agent onto the current collector 21, but is preferably composed of a fluorine-based polymer. Examples of the fluorine-based polymer include PVDF, PTFE, P (VDF-HFP), P (VDF-TFE), a copolymer of vinylidene fluoride and chlorotrifluoroethylene, P (VDF-CTFE), and P (VDF- TFE-HFP) and the like. Other examples of the resin constituting the positive electrode binder include ethylene propylene diene terpolymer, styrene butadiene rubber (SBR), acrylonitrile butadiene rubber, polyvinyl acetate ( Examples thereof include polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, and nitrocellulose.

正極結着剤は、正極側バインダ層40bを構成する樹脂と同じ種類であることが好ましい。例えば、正極側バインダ層40bがPVDFで構成される場合、正極結着剤はPVDFで構成されることが好ましい。正極側バインダ層40b及び正極結着剤がいずれもPVDFで構成される場合、正極活物質層22と正極側バインダ層40bとの結着力が特に向上する。この結果、リチウムイオン二次電池10の耐座屈性が向上する。   The positive electrode binder is preferably the same type as the resin constituting the positive electrode binder layer 40b. For example, when the positive electrode binder layer 40b is made of PVDF, the positive electrode binder is preferably made of PVDF. When both the positive electrode side binder layer 40b and the positive electrode binder are made of PVDF, the binding force between the positive electrode active material layer 22 and the positive electrode side binder layer 40b is particularly improved. As a result, the buckling resistance of the lithium ion secondary battery 10 is improved.

正極活物質層22は、例えば、正極活物質、導電剤、及び正極結着剤を乾式混合することで正極合剤を形成し、この正極合剤を適当な有機溶媒に分散させることで正極合剤スラリーを形成し、この正極合剤スラリーを正極集電体21上に塗工し、乾燥、圧延することで形成される。   The positive electrode active material layer 22 is formed by, for example, dry-mixing a positive electrode active material, a conductive agent, and a positive electrode binder to form a positive electrode mixture, and dispersing the positive electrode mixture in a suitable organic solvent. An agent slurry is formed, this positive electrode mixture slurry is applied onto the positive electrode current collector 21, dried and rolled.

負極30は、負極集電体31と、負極活物質層32とを含む。負極集電体31は、導電体であればどのようなものでも良く、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、及びニッケルメッキ鋼等で構成される。負極集電体31は、負極集電体タブ120に接続される。   The negative electrode 30 includes a negative electrode current collector 31 and a negative electrode active material layer 32. The negative electrode current collector 31 may be any conductor as long as it is a conductor, and is made of, for example, aluminum, stainless steel, nickel-plated steel, or the like. The negative electrode current collector 31 is connected to the negative electrode current collector tab 120.

負極活物質層32は、負極活物質と、水溶性高分子と、フッ素系高分子の微粒子とを含む。負極活物質は、ケイ素系活物質と、炭素系活物質とを含む。   The negative electrode active material layer 32 includes a negative electrode active material, a water-soluble polymer, and fine particles of a fluorine-based polymer. The negative electrode active material includes a silicon-based active material and a carbon-based active material.

ケイ素系活物質は、ケイ素(原子)を含み、かつ、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵及び放出することができる物質である。ケイ素活物質としては、例えば、ケイ素単体の微粒子、ケイ素酸化物の微粒子、ケイ素を基本材料とした合金等が挙げられる。ケイ素の酸化物は、SiO(0.5≦x≦1.5)で表される。ケイ素を基本材料とする合金は、合金の総質量に対するケイ素の質量%が合金を構成する全金属元素の中でもっとも大きい合金であり、例えばSi−Al−Fe合金等が挙げられる。 The silicon-based active material is a material that contains silicon (atom) and can electrochemically occlude and release lithium ions. Examples of the silicon active material include fine particles of silicon alone, fine particles of silicon oxide, and alloys based on silicon. The oxide of silicon is represented by SiO x (0.5 ≦ x ≦ 1.5). An alloy containing silicon as a basic material is an alloy in which the mass% of silicon relative to the total mass of the alloy is the largest among all the metal elements constituting the alloy, and examples thereof include a Si—Al—Fe alloy.

一方、炭素系活物質は、炭素(原子)を含み、かつ電気化学的にリチウムイオンを吸蔵及び放出することができる物質である。炭素系活物質としては、例えば、黒鉛活物質(人造黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛と天然黒鉛との混合物、人造黒鉛を被覆した天然黒鉛等)等が挙げられる。   On the other hand, the carbon-based active material is a material that contains carbon (atom) and can electrochemically occlude and release lithium ions. Examples of the carbon-based active material include graphite active materials (artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, natural graphite coated with artificial graphite, and the like).

なお、負極活物質中のケイ素系活物質と炭素系活物質との質量比は特に制限されない。また、ケイ素系活物質の負極活物質層の総質量に対する質量%も特に制限されない。すなわち、ケイ素系活物質を含む負極活物質層がとりうる質量比、質量%であればよい。一例として、ケイ素系活物質は、負極活物質層の総質量に対して3質量%程度であってもよい。   In addition, the mass ratio of the silicon-based active material and the carbon-based active material in the negative electrode active material is not particularly limited. Further, the mass% of the silicon-based active material with respect to the total mass of the negative electrode active material layer is not particularly limited. That is, the mass ratio and mass% that the negative electrode active material layer containing a silicon-based active material can take are sufficient. As an example, the silicon-based active material may be about 3% by mass with respect to the total mass of the negative electrode active material layer.

水溶性高分子は、増粘剤となるものである。水溶性高分子としては、例えばセルロース系高分子、ポリアクリル酸(Polyacrylic acid)系高分子、ポリビニルアルコール(polyvinyl alcohol)、ポリエチレンオキシド(polyethylene oxide)等が挙げられる。セルロース系高分子としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)の金属塩、メチルセルロース(methylcellulose)、エチルセルロース(ethyl cellulose)、ヒドロキシアルキルセルロース(hydroxy alkyl cellulose)などのセルロース(Cellulose)誘導体の金属塩等が挙げられる。したがって、負極30はいわゆる水系負極である。   The water-soluble polymer serves as a thickener. Examples of the water-soluble polymer include cellulose polymers, polyacrylic acid polymers, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, and the like. Examples of the cellulosic polymer include metal salts of carboxymethyl cellulose (CMC), metal salts of cellulose derivatives such as methyl cellulose, ethyl cellulose, and hydroxyalkyl cellulose. . Therefore, the negative electrode 30 is a so-called aqueous negative electrode.

フッ素系高分子の微粒子は、フッ素系高分子(第1のフッ素系高分子)を含む微粒子であり、負極活物質層32の結着剤となるものである。フッ素系高分子の微粒子は、好ましくはフッ素系高分子で構成される。フッ素系高分子の微粒子は、負極活物質層32内に分散しており、かつ、負極活物質同士を結着する。また、フッ素系高分子の微粒子は、負極活物質層32の最表面、すなわち負極側バインダ層40cに接触する面に融着している。そして、最表面のフッ素系高分子の微粒子は、負極側バインダ層40cにも融着(相溶)することで、負極側バインダ層40cと負極活物質層32とを強固に結着する。なお、フッ素系高分子を微粒子とした理由は以下のとおりである。すなわち、本実施形態では、負極は水系負極なので、負極合剤を分散させる溶媒には水を用いる。しかし、フッ素系高分子、特にPVDFは水に溶けない。この問題を解消する方法として、PVDFを溶解する溶媒を用意することが挙げられるが、この方法では別途の溶媒を必要とする。そこで、本実施形態では、フッ素系高分子を微粒子とした。これにより、フッ素系高分子の微粒子は、水中で分散してラテックスを形成するので、負極活物質層内に(均一に)分散する。   The fluorine polymer fine particles are fine particles containing a fluorine polymer (first fluorine polymer) and serve as a binder for the negative electrode active material layer 32. The fine particles of the fluorine-based polymer are preferably composed of a fluorine-based polymer. The fine particles of the fluorine-based polymer are dispersed in the negative electrode active material layer 32 and bind the negative electrode active materials to each other. The fine particles of the fluorine-based polymer are fused to the outermost surface of the negative electrode active material layer 32, that is, the surface in contact with the negative electrode side binder layer 40c. The finest particles of the fluorine-based polymer on the outermost surface are also fused (compatible) with the negative electrode side binder layer 40c, thereby firmly bonding the negative electrode side binder layer 40c and the negative electrode active material layer 32 together. The reason why the fluorine-based polymer is used as fine particles is as follows. That is, in this embodiment, since the negative electrode is a water-based negative electrode, water is used as a solvent in which the negative electrode mixture is dispersed. However, fluoropolymers, especially PVDF, are not soluble in water. One method for solving this problem is to prepare a solvent for dissolving PVDF, but this method requires a separate solvent. Therefore, in this embodiment, the fluorine-based polymer is used as fine particles. Thereby, the fine particles of the fluorine-based polymer are dispersed in water to form a latex, so that they are dispersed (uniformly) in the negative electrode active material layer.

フッ素系高分子の微粒子を構成するフッ素系高分子は、結晶性を有するものである。このようなフッ素系高分子としては、例えばPVDF及びPVDFを含む共重合体等が挙げられる。すなわち、本実施形態では、フッ素系高分子の微粒子を構成するフッ素系高分子は、非晶質である高分子、例えばフッ素ゴムを含まない。PVDFを含む共重合体としては、フッ化ビニリデン(VDF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)との共重合体等が挙げられる。なお、HFPのVDFに対する質量比が大きすぎると、フッ素系高分子の微粒子が非水電解液に溶解してしまうので、VDFとHFPとの質量比は、フッ素系高分子の微粒子が非水電解液に溶解しない程度で調整されればよい。なお、フッ素系高分子の微粒子を構成するフッ素系高分子の他の例としては、フッ化ビニリデン(VDF)とテトラフルオロエチレン(TFE)との共重合体等が挙げられる。   The fluorine polymer constituting the fine particles of the fluorine polymer has crystallinity. Examples of such a fluorine-based polymer include PVDF and a copolymer containing PVDF. That is, in this embodiment, the fluorine-based polymer constituting the fluorine-based polymer fine particles does not include an amorphous polymer, for example, fluorine rubber. Examples of the copolymer containing PVDF include a copolymer of vinylidene fluoride (VDF) and hexafluoropropylene (HFP). If the mass ratio of HFP to VDF is too large, the fluoropolymer fine particles are dissolved in the non-aqueous electrolyte. Therefore, the mass ratio of VDF and HFP is the same as that of the fluoropolymer fine particles. It may be adjusted to such an extent that it does not dissolve in the liquid. Other examples of the fluorine-based polymer constituting the fluorine-based polymer particles include a copolymer of vinylidene fluoride (VDF) and tetrafluoroethylene (TFE).

フッ素系高分子の微粒子を構成するフッ素系高分子は、負極側バインダ層40cを構成する樹脂と同じ種類であることが好ましい。例えば、負極側バインダ層40cがPVDFで構成される場合、フッ素系高分子の微粒子はPVDFで構成されることが好ましい。負極側バインダ層40c及びフッ素系高分子の微粒子がいずれもPVDFで構成される場合、負極活物質層32と負極側バインダ層40cとの結着力が特に向上する。この結果、リチウムイオン二次電池10の耐座屈性が向上する。   The fluoropolymer constituting the fluoropolymer fine particles is preferably of the same type as the resin constituting the negative electrode binder layer 40c. For example, when the negative electrode binder layer 40c is made of PVDF, the fluorine-based polymer fine particles are preferably made of PVDF. When both the negative electrode side binder layer 40c and the fluoropolymer fine particles are made of PVDF, the binding force between the negative electrode active material layer 32 and the negative electrode side binder layer 40c is particularly improved. As a result, the buckling resistance of the lithium ion secondary battery 10 is improved.

フッ素系高分子の微粒子の粒径(フッ素系微粒子を球体とみなした時の直径)は特に制限されず、負極活物質層32内に分散できる粒径であればどのような値であってもよい。例えば、フッ素系高分子の微粒子の平均粒径(粒径の算術平均値)は、150nm前後であればよい。フッ素系高分子の微粒子の平均粒径は、例えばレーザ回折法(laser diffractometry)によって測定される。具体的には、レーザ回折法によってフッ素系微粒子の粒度分布を測定し、この粒度分布に基づいて粒径の算術平均値を算出すればよい。ここでの平均粒径は、溶融前の粒径の算術平均値である。   The particle diameter of the fine particles of the fluorine-based polymer (the diameter when the fluorine-based fine particles are regarded as a sphere) is not particularly limited, and may be any value as long as it can be dispersed in the negative electrode active material layer 32. Good. For example, the average particle diameter (arithmetic average value of particle diameter) of the fluoropolymer fine particles may be around 150 nm. The average particle diameter of the fluorine-based polymer fine particles is measured by, for example, laser diffraction (laser diffractometry). Specifically, the particle size distribution of the fluorine-based fine particles may be measured by a laser diffraction method, and the arithmetic average value of the particle sizes may be calculated based on this particle size distribution. Here, the average particle diameter is an arithmetic average value of the particle diameter before melting.

フッ素系高分子の微粒子は、例えばフッ素系高分子を構成するモノマー(monomer)(例えばVDF)を乳化重合することにより作製(合成)される。フッ素系微粒子は、フッ素系高分子を構成するモノマーを懸濁重合させ、これによって得られた粗粒子を粉砕することで作製されてもよい。   The fine particles of the fluorine-based polymer are produced (synthesized) by, for example, emulsion polymerization of a monomer (for example, VDF) constituting the fluorine-based polymer. The fluorine-based fine particles may be produced by suspension polymerization of monomers constituting the fluorine-based polymer and pulverizing coarse particles obtained thereby.

フッ素系高分子の微粒子は、負極活物質層32の総質量に対して1〜10質量%で負極活物質層32に含まれる。フッ素系高分子の微粒子の含有量が1質量%未満となる場合、負極活物質層32と負極側バインダ層40cとの結着力が十分でない。また、フッ素系高分子の微粒子の含有量が10質量%を超える場合、負極活物質層32内の負極活物質密度が低下し、リチウムイオン二次電池10のエネルギー(energy)密度が低下する。   The fluorine polymer fine particles are contained in the negative electrode active material layer 32 in an amount of 1 to 10% by mass with respect to the total mass of the negative electrode active material layer 32. When the content of the fluoropolymer fine particles is less than 1% by mass, the binding force between the negative electrode active material layer 32 and the negative electrode side binder layer 40c is not sufficient. In addition, when the content of the fluorine-based polymer fine particles exceeds 10% by mass, the negative electrode active material density in the negative electrode active material layer 32 decreases, and the energy density of the lithium ion secondary battery 10 decreases.

本実施形態では、負極活物質層32に結晶性のフッ素系高分子の微粒子を含有する。そして、結晶性のフッ素系高分子の微粒子は、電解液によって膨潤しにくい(具体的には、フッ素ゴムよりも膨潤率が低い)。ここで、ある樹脂の膨潤率は、例えば、電解液の浸漬後の樹脂の体積を電解液の浸漬前の樹脂の体積で除算することで得られる。したがって、フッ素系高分子の微粒子は、電解液で膨潤した後であっても、負極活物質同士を強固に結着することができる。   In the present embodiment, the negative electrode active material layer 32 contains crystalline fluoropolymer fine particles. The fine particles of the crystalline fluoropolymer are less likely to swell by the electrolytic solution (specifically, the swelling rate is lower than that of fluororubber). Here, the swelling rate of a certain resin can be obtained, for example, by dividing the volume of the resin after immersion of the electrolyte by the volume of the resin before immersion of the electrolyte. Accordingly, the fine particles of the fluorine-based polymer can firmly bind the negative electrode active materials to each other even after being swollen with the electrolytic solution.

したがって、フッ素系高分子は、充放電サイクル時のケイ素系活物質の膨張収縮を抑えることができ、ひいては、充放電時のリチウムイオン二次電池10の体積変化(膨張)を抑えることができる。すなわち、リチウムイオン二次電池10の厚み変化が小さくなる。さらに、フッ素系高分子の微粒子は、ケイ素系活物質が膨張収縮しても、ケイ素系活物質の膨張収縮に追従し、ケイ素系活物質を含む負極活物質同士の連結を維持することができる。したがって、フッ素系高分子の微粒子は、負極活物質層32の構造破壊を防止し、かつ、負極活物質層32内の電子伝導性(導電性)を高い状態に維持することができる。この結果、リチウムイオン二次電池10のサイクル寿命が向上する。   Therefore, the fluorine-based polymer can suppress the expansion and contraction of the silicon-based active material during the charge / discharge cycle, and thus can suppress the volume change (expansion) of the lithium ion secondary battery 10 during the charge / discharge. That is, the thickness change of the lithium ion secondary battery 10 is reduced. Furthermore, the fine particles of the fluorine-based polymer can follow the expansion and contraction of the silicon-based active material and maintain the connection between the negative electrode active materials containing the silicon-based active material even if the silicon-based active material expands and contracts. . Therefore, the fluorine-based polymer fine particles can prevent structural destruction of the negative electrode active material layer 32 and can maintain a high electronic conductivity (conductivity) in the negative electrode active material layer 32. As a result, the cycle life of the lithium ion secondary battery 10 is improved.

負極活物質層は、例えば、以下の方法により作製される。すなわち、負極活物質、水溶性高分子、及びフッ素系高分子の微粒子を水に分散させることで負極合剤スラリー(水系スラリー)を形成し、この負極合剤スラリーを集電体上に塗工し、乾燥する。負極合剤スラリー中では、フッ素系高分子が負極活物質層32内に分散し、かつ、負極活物質の表面に付着している。ついで、乾燥した負極合剤を集電体31とともに圧延する。圧延後の負極合剤のSEM写真を図4に示す。この例では、負極活物質である黒鉛32a上にフッ素系高分子の微粒子であるPVDF微粒子32bが付着している。   The negative electrode active material layer is produced, for example, by the following method. That is, a negative electrode mixture slurry (aqueous slurry) is formed by dispersing fine particles of a negative electrode active material, a water-soluble polymer, and a fluorine-based polymer in water, and this negative electrode mixture slurry is coated on a current collector. And dry. In the negative electrode mixture slurry, the fluorine-based polymer is dispersed in the negative electrode active material layer 32 and attached to the surface of the negative electrode active material. Next, the dried negative electrode mixture is rolled together with the current collector 31. An SEM photograph of the negative electrode mixture after rolling is shown in FIG. In this example, PVDF fine particles 32b, which are fine particles of a fluorine-based polymer, are attached to graphite 32a, which is a negative electrode active material.

そして、圧延後の塗膜をフッ素系高分子の微粒子の融点以上の温度で加熱する。これにより、フッ素系高分子の微粒子が負極活物質の表面に融着し、負極活物質同士を強固に結着する。さらに、フッ素系高分子の微粒子は、負極活物質層32の最表面に融着する。例えば、フッ素系高分子の微粒子がPVDFで構成される場合、PVDFの融点は165℃程度なので、圧延後の塗膜を170℃程度で加熱すればよい。フッ素系微粒子が負極活物質の表面に融着している例を図5に示す。図5では、負極活物質である黒鉛32a上にフッ素系微粒子であるPVDF微粒子32bが融着している。   The rolled coating film is then heated at a temperature equal to or higher than the melting point of the fluoropolymer fine particles. Thereby, the fine particles of the fluorine-based polymer are fused to the surface of the negative electrode active material, and the negative electrode active materials are firmly bonded to each other. Further, the fluorine-based polymer fine particles are fused to the outermost surface of the negative electrode active material layer 32. For example, when the fluoropolymer fine particles are composed of PVDF, the melting point of PVDF is about 165 ° C., and thus the rolled coating film may be heated at about 170 ° C. An example in which the fluorine-based fine particles are fused to the surface of the negative electrode active material is shown in FIG. In FIG. 5, PVDF fine particles 32b, which are fluorine-based fine particles, are fused on graphite 32a, which is a negative electrode active material.

外装体100は、アルミラミネートフィルムによって構成され、図2に示す構成、すなわち正極20、負極30、及びセパレータ層40を内蔵する。正極集電体タブ110は、正極集電体21と接続され、外装体100の外部に突出する。負極集電体タブ120は、負極集電体31と接続され、外装体100の外部に突出する。   The outer package 100 is made of an aluminum laminate film and incorporates the configuration shown in FIG. 2, that is, the positive electrode 20, the negative electrode 30, and the separator layer 40. The positive electrode current collector tab 110 is connected to the positive electrode current collector 21 and protrudes outside the exterior body 100. The negative electrode current collector tab 120 is connected to the negative electrode current collector 31 and protrudes outside the exterior body 100.

リチウムイオン二次電池10は、正極20、負極30、及びセパレータ層40が順次積層された積層体であってもよく、正極20、負極30、及びセパレータ層40からなるシートが巻回された巻回素子であってもよい。リチウムイオン二次電池10は、これら以外の構造を有していてもよい。   The lithium ion secondary battery 10 may be a laminate in which the positive electrode 20, the negative electrode 30, and the separator layer 40 are sequentially laminated, and is a winding in which a sheet composed of the positive electrode 20, the negative electrode 30, and the separator layer 40 is wound. A rotating element may be used. The lithium ion secondary battery 10 may have a structure other than these.

<2.リチウムイオン二次電池の製造方法>
次に、リチウムイオン二次電池10の製造方法について説明する。正極20は、以下のように作製される。まず、正極活物質、導電剤、及び正極結着剤を所望の割合で混合することで、正極合剤を作製する。ついで、正極合剤を有機溶媒(例えばN−メチル−2−ピロリドン)に分散させることで正極合剤スラリーを形成する。次いで、正極合剤スラリーを集電体21上に形成(例えば塗工)し、乾燥させる。なお、塗工の方法は、特に限定されない。塗工の方法としては、例えば、ナイフコーター(knife coater)法、グラビアコーター(gravure coater)法等が考えられる。以下の各塗工工程も同様の方法により行われる。次いで、乾燥した塗膜及び正極集電体をプレス(press)機により圧延する。これにより、正極活物質層22が作製される。ここで、正極活物質層22の厚さは特に制限されず、リチウムイオン二次電池の正極活物質層が有する厚さであればよい。次いで、正極集電体に正極集電体タブ110を溶接する。
<2. Manufacturing method of lithium ion secondary battery>
Next, a method for manufacturing the lithium ion secondary battery 10 will be described. The positive electrode 20 is produced as follows. First, a positive electrode mixture is prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive agent, and a positive electrode binder in a desired ratio. Next, a positive electrode mixture slurry is formed by dispersing the positive electrode mixture in an organic solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone). Next, the positive electrode mixture slurry is formed (for example, coated) on the current collector 21 and dried. The coating method is not particularly limited. Examples of the coating method include a knife coater method and a gravure coater method. The following coating steps are also performed by the same method. Next, the dried coating film and the positive electrode current collector are rolled by a press machine. Thereby, the positive electrode active material layer 22 is produced. Here, the thickness of the positive electrode active material layer 22 is not particularly limited as long as the positive electrode active material layer of the lithium ion secondary battery has a thickness. Next, the positive electrode current collector tab 110 is welded to the positive electrode current collector.

負極30は、以下のように作製される。まず、負極活物質、水溶性高分子、及びフッ素系高分子の微粒子を所望の割合で混合することで、負極合剤を作製する。ついで、負極合剤を水に分散させることで負極合剤スラリーを形成する。次いで、負極合剤スラリーを集電体31上に形成(例えば塗工)し、乾燥する。ついで、乾燥した塗膜を集電体31とともに圧延する。ついで、乾燥した塗膜をフッ素系高分子の微粒子の融点以上の温度で加熱する。これにより、負極活物質層32を形成する。これにより、負極30が作製される。次いで、負極集電体31に負極集電体タブ120を溶接する。   The negative electrode 30 is produced as follows. First, a negative electrode mixture is prepared by mixing negative electrode active material, water-soluble polymer, and fluorine-based polymer fine particles in a desired ratio. Next, a negative electrode mixture slurry is formed by dispersing the negative electrode mixture in water. Next, the negative electrode mixture slurry is formed (for example, coated) on the current collector 31 and dried. Next, the dried coating film is rolled together with the current collector 31. Next, the dried coating film is heated at a temperature equal to or higher than the melting point of the fluoropolymer fine particles. Thereby, the negative electrode active material layer 32 is formed. Thereby, the negative electrode 30 is produced. Next, the negative electrode current collector tab 120 is welded to the negative electrode current collector 31.

一方、セパレータ40aの両面にフッ素系高分子溶液(例えばPVDFをN−メチル−2−ピロリドンに溶解させたもの)を塗工する。ついで、セパレータ40aを水浴させる等の方法によりフッ素系高分子を凝固させ、その後フッ素系高分子を乾燥させる。これにより、正極側バインダ層40b及び負極側バインダ層40c(または負極側バインダ層40cのみ)をセパレータ40aに形成する。   On the other hand, a fluorine polymer solution (for example, PVDF dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone) is applied to both surfaces of the separator 40a. Next, the fluoropolymer is solidified by a method such as bathing the separator 40a, and then the fluoropolymer is dried. Thereby, the positive electrode side binder layer 40b and the negative electrode side binder layer 40c (or only the negative electrode side binder layer 40c) are formed in the separator 40a.

次いで、バインダ層が形成されたセパレータを正極及び負極で挟むことで、電極構造体シートを作製する。次いで、電極構造体をラミネート形に加工する。例えば、電極構造体シートを巻回した後、押しつぶすことで、巻回素子を作製する。そして、この巻回素子を外装体100に挿入する。ここで、正極集電体タブ110及び負極集電体タブ120は外装体100の外側に突出させておく。次いで、外装体100の注液部以外の部分を熱溶着する。次いで、注液部から外装体100内に上記組成の電解液を注入することで、セパレータ内の各気孔に電解液を含浸させる。ついで、外装体100を封止し、外装体100を加熱する。これにより、フッ素系高分子の微粒子及び負極側バインダ層40cが電解液を吸収して膨潤し、互いに融着する。さらに、正極側バインダ層40bも電解液を吸収して膨潤し、正極活物質層22の結着剤に融着する。その後、外装体100を冷却する。これにより、各融着部分が固化し、セパレータ層40と正極活物質層22、負極活物質層32との結合が強固になる。以上の工程により、リチウムイオン二次電池を作製する。   Next, an electrode structure sheet is produced by sandwiching the separator on which the binder layer is formed between the positive electrode and the negative electrode. Next, the electrode structure is processed into a laminate shape. For example, after winding an electrode structure sheet, it is crushed to produce a wound element. Then, this winding element is inserted into the outer package 100. Here, the positive electrode current collector tab 110 and the negative electrode current collector tab 120 are projected outside the exterior body 100. Subsequently, parts other than the liquid injection part of the exterior body 100 are heat-welded. Next, the pores in the separator are impregnated with the electrolytic solution by injecting the electrolytic solution having the above composition into the outer package 100 from the liquid injection part. Next, the exterior body 100 is sealed and the exterior body 100 is heated. Thereby, the fine particles of the fluorine-based polymer and the negative electrode side binder layer 40c absorb the electrolyte and swell, and are fused to each other. Further, the positive electrode side binder layer 40 b also absorbs the electrolyte and swells, and is fused to the binder of the positive electrode active material layer 22. Thereafter, the outer package 100 is cooled. Thereby, each fusion | melting part solidifies and the coupling | bonding of the separator layer 40, the positive electrode active material layer 22, and the negative electrode active material layer 32 becomes strong. Through the above steps, a lithium ion secondary battery is manufactured.

[正極の製造]
次に、正極活物質としての(コバルト酸リチウム(LiCoO))と、正極導電剤としてのカーボンブラック粉末と、正極バインダ(結着剤)としてのポリフッ化ビニリデンとを、活物質:導電剤:バインダの質量比(重量比)が、96:2:2となるように乾式混合することで正極合剤を作製した。ついで、正極合剤を分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドンに分散させることで、正極合剤スラリーを得た。
[Production of positive electrode]
Next, (lithium cobaltate (LiCoO 2 )) as the positive electrode active material, carbon black powder as the positive electrode conductive agent, and polyvinylidene fluoride as the positive electrode binder (binder), active material: conductive agent: A positive electrode mixture was prepared by dry mixing so that the mass ratio (weight ratio) of the binder was 96: 2: 2. Subsequently, the positive electrode mixture slurry was obtained by dispersing the positive electrode mixture in N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion medium.

ついで、この正極合剤スラリーを、正極集電体としての厚み13μmのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥した後、圧延した。これにより、集電体上に正極活物質層を形成した。すなわち、正極を作製した。正極活物質層の充填密度及び厚みは、集電体の両面に正極活物質層が形成されている部分で3.95g/cc、及び140μmであった。   Next, this positive electrode mixture slurry was applied to both surfaces of a 13 μm thick aluminum foil as a positive electrode current collector, dried, and then rolled. Thereby, a positive electrode active material layer was formed on the current collector. That is, a positive electrode was produced. The packing density and thickness of the positive electrode active material layer were 3.95 g / cc and 140 μm at the portion where the positive electrode active material layer was formed on both sides of the current collector.

[負極の製造]
炭素系活物質(人造黒鉛)とケイ素系活物質(SiO)(x=1.05)を97:3の質量比(重量比)で混合した混合物と、CMC−Na(カルボキシメチルセルロースナトリウム)と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)の微粒子とを98:1:1の質量比で混合することで負極合剤を作製した。ついで、負極合剤を溶媒である水に分散させることで、負極合剤スラリーを得た。
[Manufacture of negative electrode]
A mixture of carbon-based active material (artificial graphite) and silicon-based active material (SiO x ) (x = 1.05) at a mass ratio (weight ratio) of 97: 3, CMC-Na (carboxymethylcellulose sodium), A negative electrode mixture was prepared by mixing fine particles of polyvinylidene fluoride (PVDF) at a mass ratio of 98: 1: 1. Subsequently, the negative electrode mixture slurry was obtained by dispersing the negative electrode mixture in water as a solvent.

ついで、この負極合剤スラリーを、負極集電体としての厚み8μmの銅箔の両面に塗着し、乾燥した後、圧延した。ついで、圧延後の負極合剤をPVDFの融点以上の温度である170℃で加熱した。これにより、炭素系活物質及びケイ素系活物質の表面にPVDF微粒子を融着させた。以上の工程により、集電体上に負極活物質層を形成した。すなわち、負極を作製した。集電体上の負極活物質層の充填密度及び厚みは、集電体の両面に負極活物質層が形成されている部分で1.75g/cc、及び137μmであった。   Next, this negative electrode mixture slurry was applied to both sides of a copper foil having a thickness of 8 μm as a negative electrode current collector, dried, and then rolled. Next, the negative electrode mixture after rolling was heated at 170 ° C., which is a temperature higher than the melting point of PVDF. As a result, the PVDF fine particles were fused to the surfaces of the carbon-based active material and the silicon-based active material. Through the above steps, a negative electrode active material layer was formed on the current collector. That is, a negative electrode was produced. The packing density and thickness of the negative electrode active material layer on the current collector were 1.75 g / cc and 137 μm at the portion where the negative electrode active material layer was formed on both sides of the current collector.

[セパレータの製造]
ポリフッ化ビニリデン(KF9300;クレハ製)をN−メチル−2−ピロリドンに対して5重量%となるように加え、撹拌して完全に溶解させた。次にディップコータ(dip coater)を用いて厚さ9μmのポリエチレン製微多孔膜(セパレータ)上の両面に塗布し、水浴で凝固させた後、乾燥させることで両面にポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる層を備えるセパレータを得た。乾燥後の膜厚は12μmであった。
[Manufacture of separators]
Polyvinylidene fluoride (KF9300; manufactured by Kureha) was added to 5% by weight with respect to N-methyl-2-pyrrolidone, and stirred to completely dissolve. Next, it is applied on both sides of a 9 μm thick polyethylene microporous membrane (separator) using a dip coater, solidified in a water bath, and then dried to make polyvinylidene fluoride (PVDF) on both sides. A separator provided with a layer was obtained. The film thickness after drying was 12 μm.

[二次電池の製造]
以上のようにして作製した正極、負極及びセパレータを重ね合わせた後、長手方向に巻回してつぶすことにより、扁平状巻回電池素子を作製した。この電池素子を内側からポリプロピレン/アルミ/ナイロン(nylon)の3層からなる厚み120μmのラミネートフィルムからなる外装材に挿入し、電極端子を熱融着により外装材に取り出した。電池素子を収容した外装部材内に、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとをエチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=3:7の質量比で混合した溶媒に1.2mol/Lの割合で六フッ化リン酸リチウムを溶解させた電解液を注入し、減圧下で外装材の残りの1辺を熱融着して減圧封止した。これを金属板間で80℃3分間加熱することで、サイズが厚み2mm×幅30mm×高さ30mmであるリチウムイオン二次電池を得た。
[Manufacture of secondary batteries]
After superposing the positive electrode, the negative electrode, and the separator produced as described above, a flat wound battery element was produced by winding and crushing in the longitudinal direction. This battery element was inserted from the inside into an exterior material made of a laminate film having a thickness of 120 μm consisting of three layers of polypropylene / aluminum / nylon (nylon), and the electrode terminals were taken out of the exterior material by thermal fusion. Lithium hexafluorophosphate is dissolved at a rate of 1.2 mol / L in a solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate are mixed in a mass ratio of ethylene carbonate: diethyl carbonate = 3: 7 in the exterior member containing the battery element. The electrolyte solution was injected, and the remaining one side of the exterior material was heat-sealed under reduced pressure and sealed under reduced pressure. By heating this between metal plates at 80 ° C. for 3 minutes, a lithium ion secondary battery having a size of 2 mm thickness × 30 mm width × 30 mm height was obtained.

[実施例2〜実施例4]
表1の組成に従って負極合剤組成を変更して負極を作製したほかは、実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
[Examples 2 to 4]
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode mixture composition was changed according to the composition shown in Table 1 to produce a negative electrode.

[比較例1〜比較例4]
表1の組成に従って負極合剤組成とセパレータを変更して負極を作製したほかは、実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
[Comparative Examples 1 to 4]
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode mixture composition and the separator were changed according to the composition of Table 1 to produce a negative electrode.

[初回放電容量]
実施例および比較例の各二次電池について、25℃で56mAの定電流で4.35Vまで充電し、続いて充電電流14mAまで定電圧充電を行った。その後56mAで終止電圧2.75Vまで定電流放電を行った。この時放電された電気量を初回放電容量とした。
[First discharge capacity]
About each secondary battery of an Example and a comparative example, it charged to 4.35V with a constant current of 56 mA at 25 degreeC, and then performed constant voltage charge to the charging current of 14 mA. Thereafter, constant current discharge was performed at 56 mA to a final voltage of 2.75V. The amount of electricity discharged at this time was defined as the initial discharge capacity.

[電池の厚み増加率]
充電前、及び初回充電時の電池厚みを、300gの荷重を付加した2枚の平行板で挟むことにより測定した。実施例及び比較例の各二次電池について、(初回充電時の電池厚み)/(充電前の電池厚み)×100により電池の厚み増加率を算出した。ここで、電池厚みは、電極の積層方向における電池の寸法である。
[Battery thickness increase rate]
The battery thickness before charging and at the time of initial charging was measured by sandwiching between two parallel plates to which a load of 300 g was added. For each of the secondary batteries of Examples and Comparative Examples, the battery thickness increase rate was calculated by (battery thickness at the time of initial charge) / (battery thickness before charge) × 100. Here, the battery thickness is a dimension of the battery in the stacking direction of the electrodes.

[25℃充放電試験の容量維持率]
実施例および比較例の各二次電池について、上記の初回放電容量を測定後、25℃の恒温槽内で280mA4.35Vまで充電し、続いて電流14mAまで定電圧充電行った。その後2.75Vまで280mAで定電流放電を行った。以上の充放電操作を100回繰り返した後、上記初回放電容量と同様の操作により、25℃充放電試験後の放電容量を測定した。容量維持率は、(25℃充放電試験後の放電容量)/(初回放電容量)により算出した。表1に、各二次電池の組成及び評価結果を対比して示す。
[Capacity maintenance rate of 25 ° C charge / discharge test]
About each secondary battery of an Example and a comparative example, after measuring said first time discharge capacity, it charged to 280mA4.35V in a 25 degreeC thermostat, and performed constant voltage charge to electric current 14mA subsequently. Thereafter, constant current discharge was performed at 280 mA up to 2.75V. After repeating the above charge / discharge operation 100 times, the discharge capacity after the 25 ° C. charge / discharge test was measured by the same operation as the initial discharge capacity. The capacity retention rate was calculated by (discharge capacity after 25 ° C. charge / discharge test) / (initial discharge capacity). Table 1 compares the composition and evaluation results of each secondary battery.

[屈曲試験]
実施例および比較例の各二次電池について、上記の初回放電容量を測定後、島津製作所社製卓上型精密万能試験機AGS−Xを用いて座屈強度(耐座屈性)を測定した。具体的には、非水電解質二次電池を15mmの間隙を持った治具に載せ、間隙直径2mmφの曲率、幅30mmの圧子を捲回素子に対して平行になるように配置した。そして、圧子で下方に5mm/分で押していく際にかかる荷重を計測し、荷重の最大値を非水電解質二次電池の座屈点とみなし、座屈強度とした。図3に示すグラフは、圧子の変位と圧子にかかる荷重(試験力)との相関関係の一例を示す。このグラフによれば、非水電解質二次電池は、3100mN/mmの荷重で座屈していることになる。したがって、この非水電解質二次電池は、3100mN/mmの座屈強度を有する。
[Bending test]
About each secondary battery of an Example and a comparative example, after measuring said initial discharge capacity, the buckling strength (buckling resistance) was measured using the Shimadzu Corporation tabletop precision universal testing machine AGS-X. Specifically, the nonaqueous electrolyte secondary battery was placed on a jig having a gap of 15 mm, and an indenter having a gap diameter of 2 mmφ and a width of 30 mm was arranged in parallel with the winding element. Then, the load applied when pushing downward with an indenter at 5 mm / min was measured, and the maximum value of the load was regarded as the buckling point of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and was defined as the buckling strength. The graph shown in FIG. 3 shows an example of the correlation between the displacement of the indenter and the load (test force) applied to the indenter. According to this graph, the nonaqueous electrolyte secondary battery is buckled with a load of 3100 mN / mm. Therefore, this nonaqueous electrolyte secondary battery has a buckling strength of 3100 mN / mm.

表1中、PVDF層は、上述したバインダ層を意味する。PVDF層「有」は、セパレータの両面にPVDF層が形成されていることを意味し、「無」はセパレータのいずれの面にもPVDF層が形成されていないことを意味する。「←」は、左欄と同じであることを意味する。SBRはスチレンブタジエンゴムを意味する。   In Table 1, the PVDF layer means the binder layer described above. The PVDF layer “present” means that the PVDF layer is formed on both sides of the separator, and “no” means that the PVDF layer is not formed on any side of the separator. “←” means the same as the left column. SBR means styrene butadiene rubber.

したがって、実施例1では、セパレータの両面にPVDF層が形成されており、かつ、負極活物質層にPVDF微粒子が含まれている。実施例2〜5は、実施例1に対してPVDF微粒子の含有量を変更している。   Therefore, in Example 1, the PVDF layer is formed on both surfaces of the separator, and the PVDF fine particles are included in the negative electrode active material layer. In Examples 2 to 5, the content of the PVDF fine particles is changed from that in Example 1.

一方、比較例1では、負極活物質層の結着剤としてPVDF微粒子の代わりにスチレンブタジエンゴムを1質量%使用している。比較例2では、セパレータにPVDF層を形成せず、かつ、PVDF微粒子を使用していない。したがって、比較例2は従来のリチウムイオン二次電池と同様の構成である。比較例3は、PVDF微粒子を使用しているが、その含有量が1質量%を下回っている。   On the other hand, in Comparative Example 1, 1% by mass of styrene butadiene rubber is used in place of the PVDF fine particles as a binder for the negative electrode active material layer. In Comparative Example 2, a PVDF layer is not formed on the separator, and PVDF fine particles are not used. Therefore, Comparative Example 2 has the same configuration as that of a conventional lithium ion secondary battery. Although the comparative example 3 uses PVDF microparticles | fine-particles, the content is less than 1 mass%.

[対比]
比較例1〜3と実施例1とを比較すると、実施例1は、比較例1〜3よりも容量維持率が大きく、厚み増加率が小さい。この理由として、実施例1では、フッ素系高分子の微粒子が負極活物質同士を強固に結着することで、ケイ素系活物質の膨張収縮を抑え、かつ、負極活物質同士の連結を維持していることが挙げられる。また、実施例1は、比較例1〜3よりも座屈強度が大きく向上している。この理由として、フッ素系高分子の微粒子が負極側バインダ層に融着することで、負極活物質層とセパレータ層とが強固に結合していることが挙げられる。
[Contrast]
Comparing Comparative Examples 1 to 3 and Example 1, Example 1 has a larger capacity retention rate and a smaller thickness increase rate than Comparative Examples 1 to 3. For this reason, in Example 1, the fluorine-based polymer fine particles firmly bind the negative electrode active materials to each other, thereby suppressing the expansion and shrinkage of the silicon-based active material and maintaining the connection between the negative electrode active materials. It is mentioned. Further, in Example 1, the buckling strength is greatly improved as compared with Comparative Examples 1 to 3. The reason for this is that the negative electrode active material layer and the separator layer are firmly bonded by the fusion of the fluorine-based polymer fine particles to the negative electrode binder layer.

また、実施例2〜5によれば、フッ素系高分子の微粒子の含有量は、1〜10質量%の範囲内であれば、含有量が増えるほど座屈強度及び厚み増加率が低下することがわかる。すなわち、実施例1〜5によれば、バインダ層が形成され、かつ、フッ素系微粒子の含有量が1〜10質量%となる場合に、座屈強度、厚み増加率、及び容量維持率がさらに良好となることがわかる。   Moreover, according to Examples 2-5, if content of the fine particle of a fluorine-type polymer is in the range of 1-10 mass%, buckling strength and thickness increase rate will fall, so that content increases. I understand. That is, according to Examples 1 to 5, when the binder layer is formed and the content of the fluorine-based fine particles is 1 to 10% by mass, the buckling strength, the thickness increase rate, and the capacity retention rate are further increased. It turns out that it becomes favorable.

以上により、本実施形態によれば、負極活物質層32は、水溶性高分子と、ケイ素系活物質及び炭素系活物質を含む負極活物質と、フッ素系高分子を含み、負極活物質同士を結着するフッ素系高分子の微粒子と、を備える。そして、フッ素系高分子の微粒子は、負極活物質同士を強固に結着することで、ケイ素系活物質の膨張収縮を抑制し、かつ、負極活物質同士の連結を維持することができる。また、負極活物質層32は、水系スラリーを集電体に塗工、乾燥することで作製されるので、水系負極を構成する。   As described above, according to the present embodiment, the negative electrode active material layer 32 includes a water-soluble polymer, a negative electrode active material including a silicon-based active material and a carbon-based active material, and a fluorine-based polymer, Fluorine-based polymer fine particles that bind to each other. The fine particles of the fluorine-based polymer can firmly bind the negative electrode active materials to each other, thereby suppressing the expansion and contraction of the silicon-based active material and maintaining the connection between the negative electrode active materials. Moreover, since the negative electrode active material layer 32 is produced by coating and drying an aqueous slurry on a current collector, it constitutes an aqueous negative electrode.

さらに、フッ素系高分子の微粒子を構成するフッ素系高分子は、ポリフッ化ビニリデンを含んでもよく、この場合、負極活物質同士がより強固に結着される。   Further, the fluorine polymer constituting the fine particles of the fluorine polymer may contain polyvinylidene fluoride. In this case, the negative electrode active materials are more firmly bound to each other.

さらに、フッ素系微粒子は、第1のフッ素系高分子を構成するモノマーを乳化重合することにより作製されてもよく、この場合、粒径の非常に小さなフッ素系高分子の微粒子が容易に製造される。   Further, the fluorine-based fine particles may be prepared by emulsion polymerization of the monomer constituting the first fluorine-based polymer. In this case, the fluorine-based fine particles having a very small particle diameter are easily produced. The

さらに、フッ素系高分子の微粒子は、フッ素系高分子を構成するモノマーを懸濁重合することにより合成された粗粒子を粉砕することで作製されてもよく、この場合、粒径の非常に小さなフッ素系微粒子が容易に製造される。   Furthermore, the fine particles of the fluorine-based polymer may be prepared by pulverizing coarse particles synthesized by suspension polymerization of the monomer constituting the fluorine-based polymer. In this case, the particle size is very small. Fluorine-based fine particles are easily produced.

また、水溶性高分子は、セルロース系高分子を含んでもよく、この場合、負極活物質同士の結着力がより向上する。   In addition, the water-soluble polymer may include a cellulosic polymer, and in this case, the binding force between the negative electrode active materials is further improved.

また、セルロース系高分子は、カルボキシメチルセルロースの金属塩であってもよく、この場合、負極活物質同士の結着力がより向上する。   Further, the cellulose polymer may be a metal salt of carboxymethyl cellulose, and in this case, the binding force between the negative electrode active materials is further improved.

また、ケイ素系活物質は、組成式SiO(0.5≦x≦1.5)で表されるケイ素酸化物を含んでいてもよく、この場合、リチウムイオン二次電池10の放電容量等の電池特性が向上する。 The silicon-based active material may contain a silicon oxide represented by a composition formula SiO x (0.5 ≦ x ≦ 1.5). In this case, the discharge capacity of the lithium ion secondary battery 10 and the like The battery characteristics are improved.

また、リチウムイオン二次電池10は、負極側バインダ層40cを備えていてもよく、この場合、負極活物質層32の最表面に分布したフッ素系高分子の微粒子が負極側バインダ層40cに融着することで、負極側バインダ層40c、すなわちセパレータ層40と負極活物質層32とが強固に結着する。したがって、リチウムイオン二次電池10は、水系負極である負極30とセパレータ層40との結着力を向上させることができる。この結果、リチウムイオン二次電池10は、座屈強度が向上する。   In addition, the lithium ion secondary battery 10 may include a negative electrode side binder layer 40c. In this case, the fluorine polymer fine particles distributed on the outermost surface of the negative electrode active material layer 32 are fused to the negative electrode side binder layer 40c. By attaching, the negative electrode side binder layer 40c, that is, the separator layer 40 and the negative electrode active material layer 32 are firmly bound. Therefore, the lithium ion secondary battery 10 can improve the binding force between the negative electrode 30 that is a water-based negative electrode and the separator layer 40. As a result, the buckling strength of the lithium ion secondary battery 10 is improved.

さらに、フッ素系高分子の微粒子を構成するフッ素系高分子と負極側バインダ層40cを構成するフッ素系高分子とは同じ種類であってもよく、この場合、負極30とセパレータ層40とがさらに強固に結着する。   Further, the fluorine polymer constituting the fine particles of the fluorine polymer and the fluorine polymer constituting the negative electrode side binder layer 40c may be of the same type. In this case, the negative electrode 30 and the separator layer 40 are further provided. Tightly bind.

さらに、フッ素系高分子の微粒子及び負極側バインダ層40cはいずれもPVDFで構成されてもよく、この場合、負極30とセパレータ層40とがさらに強固に結着する。   Furthermore, both the fluorine-based polymer fine particles and the negative electrode side binder layer 40c may be made of PVDF. In this case, the negative electrode 30 and the separator layer 40 are more firmly bound.

さらに、リチウムイオン二次電池10は、アルミラミネートフィルムで構成された外装体100を備えていてもよい。この場合、外装体100の剛性は低くなるが、フッ素系高分子の微粒子がケイ素系活物質の膨張収縮を抑えることができ、かつ、負極活物質層32とセパレータ層40とが強固な結合する。したがって、リチウムイオン二次電池10の厚み増加が抑制され、かつ、耐座屈性が向上する。   Further, the lithium ion secondary battery 10 may include an exterior body 100 made of an aluminum laminate film. In this case, the rigidity of the outer package 100 is lowered, but the fluorine-based polymer fine particles can suppress the expansion and contraction of the silicon-based active material, and the negative electrode active material layer 32 and the separator layer 40 are firmly bonded. . Therefore, an increase in the thickness of the lithium ion secondary battery 10 is suppressed, and the buckling resistance is improved.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

10 リチウムイオン二次電池
20 正極
21 集電体
22 正極活物質層
30 負極
31 集電体
32 負極活物質層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lithium ion secondary battery 20 Positive electrode 21 Current collector 22 Positive electrode active material layer 30 Negative electrode 31 Current collector 32 Negative electrode active material layer

Claims (12)

水溶性高分子と、
ケイ素系活物質及び炭素系活物質を含む負極活物質と、
第1のフッ素系高分子を含み、前記負極活物質同士を結着するフッ素系高分子の微粒子と、を備え、
前記フッ素系高分子の微粒子は、負極活物質層の総質量に対して1〜10質量%で前記負極活物質層に含まれることを特徴とする、非水電解質二次電池用負極活物質層。
A water-soluble polymer,
A negative electrode active material comprising a silicon-based active material and a carbon-based active material;
A fluorine-containing polymer fine particle containing a first fluorine-based polymer and binding the negative electrode active materials to each other;
The negative electrode active material layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the fluorine-based polymer fine particles are included in the negative electrode active material layer in an amount of 1 to 10% by mass with respect to the total mass of the negative electrode active material layer. .
前記第1のフッ素系高分子は、ポリフッ化ビニリデンを含むことを特徴とする、請求項1記載の非水電解質二次電池用負極活物質層。   The negative electrode active material layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the first fluorine-based polymer includes polyvinylidene fluoride. 前記フッ素系高分子の微粒子は、前記第1のフッ素系高分子を構成するモノマーを乳化重合することにより作製されることを特徴とする、請求項1または2記載の非水電解質二次電池用負極活物質層。   3. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the fine particles of the fluorine-based polymer are prepared by emulsion polymerization of a monomer constituting the first fluorine-based polymer. Negative electrode active material layer. 前記フッ素系高分子の微粒子は、前記第1のフッ素系高分子を構成するモノマーを懸濁重合することにより合成された粗粒子を粉砕することで作製されることを特徴とする、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池用負極活物質層。   The fine particle of the fluorine-based polymer is produced by pulverizing coarse particles synthesized by suspension polymerization of a monomer constituting the first fluorine-based polymer. Or the negative electrode active material layer for nonaqueous electrolyte secondary batteries of 2. 前記水溶性高分子は、セルロース系高分子を含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質層。   5. The negative electrode active material layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the water-soluble polymer includes a cellulose-based polymer. 前記セルロース系高分子は、カルボキシメチルセルロースの金属塩であることを特徴とする、請求項5記載の非水電解質二次電池用負極活物質層。   6. The negative electrode active material layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 5, wherein the cellulosic polymer is a metal salt of carboxymethyl cellulose. 前記ケイ素系活物質は、組成式SiO(0.5≦x≦1.5)で表されるケイ素酸化物を含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質層。 7. The silicon-based active material according to claim 1, wherein the silicon-based active material includes a silicon oxide represented by a composition formula SiO x (0.5 ≦ x ≦ 1.5). A negative electrode active material layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery. 非水電解液と、
セパレータと、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の負極活物質層と、
前記非水電解液をゲル状に保持する第2のフッ素系高分子を含み、前記セパレータの表裏面のうち、前記負極活物質層に対向する面に形成される負極側バインダ層と、を備えることを特徴とする、非水電解質二次電池。
A non-aqueous electrolyte,
A separator;
The negative electrode active material layer according to any one of claims 1 to 7,
A second fluorine-based polymer that holds the non-aqueous electrolyte in a gel state, and a negative electrode-side binder layer formed on a surface facing the negative electrode active material layer of the front and rear surfaces of the separator. A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by the above.
前記フッ素系高分子の微粒子は、前記負極活物質層の最表面に融着していることを特徴とする、請求項8記載の非水電解質二次電池。   9. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 8, wherein the fluorine polymer fine particles are fused to the outermost surface of the negative electrode active material layer. 前記第1のフッ素系高分子及び前記第2のフッ素系高分子は同じ種類のフッ素系高分子であることを特徴とする、請求項8または9記載の非水電解質二次電池。   10. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 8, wherein the first fluorine-based polymer and the second fluorine-based polymer are the same type of fluorine-based polymer. 11. 前記第1のフッ素系高分子及び前記第2のフッ素系高分子は、ポリフッ化ビニリデンを含むことを特徴とする、請求項10記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 10, wherein the first fluorine-based polymer and the second fluorine-based polymer include polyvinylidene fluoride. アルミラミネートフィルムで構成された外装体を備えることを特徴とする、請求項8〜11のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。

The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 8, comprising an exterior body made of an aluminum laminate film.

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