JP2016081768A - Electrode active material, electrode and battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極活物質材料、電極及び電池に関する。 The present invention relates to an electrode active material, an electrode, and a battery.
近年、家庭用ビデオカメラ、ノートパソコン、及び、スマートフォン等の小型電子機器が普及している。これらの小型電子機器の普及に伴い、電池の高容量化及び高サイクル特性が求められている。 In recent years, small electronic devices such as home video cameras, notebook computers, and smartphones have become widespread. With the widespread use of these small electronic devices, higher battery capacity and higher cycle characteristics are required.
リチウムイオン電池に代表される二次電池には、黒鉛系の電極活物質材料が利用されている。しかしながら、黒鉛系の電極活物質材料では、高容量化、高サイクル特性化に限界がある。 A secondary electrode represented by a lithium ion battery uses a graphite-based electrode active material. However, the graphite-based electrode active material has limitations in increasing capacity and cycle characteristics.
そこで、黒鉛系の電極活物質材料とは異なる他の組成物を主体とする電極活物質材料の研究が進められている。 Therefore, research on electrode active material materials mainly composed of other compositions different from graphite-based electrode active material materials has been advanced.
特開2005−93416号公報(特許文献1)で提案された非水電解質電池用負極材料は、RaSnbMcTdXeAfで表される化学組成を有し、R−Sn−M相を主相とする結晶質合金を含む。化学組成のうち、Rは希土類元素から選択される少なくとも1種の元素である。Mは、Co、Ni、Fe、Cu、Mn、V及びCrからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。Tは、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo及びWからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。Xは、Si、Al、Sb及びInからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。AはMg、Ca、Sr及びBaからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。a〜fは、それぞれ、a+b+c+d+e+f=100原子%、0<a≦40、45≦b≦70、0<c≦30、0≦d≦10、0≦e≦20、0≦f≦30である。 The negative electrode material for a nonaqueous electrolyte battery proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-93416 (Patent Document 1) has a chemical composition represented by R a Sn b M c T d X e A f , and R-Sn -Includes crystalline alloys whose main phase is M phase. Of the chemical composition, R is at least one element selected from rare earth elements. M is at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, Fe, Cu, Mn, V, and Cr. T is at least one element selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, and W. X is at least one element selected from the group consisting of Si, Al, Sb and In. A is at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba. a to f are a + b + c + d + e + f = 100 atomic%, 0 <a ≦ 40, 45 ≦ b ≦ 70, 0 <c ≦ 30, 0 ≦ d ≦ 10, 0 ≦ e ≦ 20, 0 ≦ f ≦ 30, respectively. .
特開2005−310739号公報(特許文献2)で提案された非水電解質二次電池は、容器と、非水電解質と、Liを吸蔵放出する正極と、La3Co2Sn7型の結晶構造を有する合金を含む負極とを備える。 The non-aqueous electrolyte secondary battery proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-310739 (Patent Document 2) includes a container, a non-aqueous electrolyte, a positive electrode that absorbs and releases Li, and a La 3 Co 2 Sn 7 type crystal structure. And a negative electrode including an alloy having
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に開示された電極活物質材料であっても、放電容量及びサイクル特性が低い場合がある。 However, even the electrode active material disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 may have low discharge capacity and cycle characteristics.
本発明の目的は、新規の電極活物質材料を提供することである。 An object of the present invention is to provide a novel electrode active material.
本実施形態による電極活物質材料は、SrAu2Ga5型の結晶構造を有する合金を含有する。 The electrode active material according to the present embodiment contains an alloy having a SrAu 2 Ga 5 type crystal structure.
本実施形態による電極活物質材料は、電極として機能できる。 The electrode active material according to the present embodiment can function as an electrode.
本実施形態による電極活物質材料は、SrAu2Ga5型の結晶構造を有する合金を含有する。 The electrode active material according to the present embodiment contains an alloy having a SrAu 2 Ga 5 type crystal structure.
SrAu2Ga5型の結晶構造を有する合金は、Liに代表される金属イオンを吸収及び放出できる。したがって、SrAu2Ga5型の結晶構造を有する合金は、電極活物質材料として機能できる。 An alloy having a SrAu 2 Ga 5 type crystal structure can absorb and release metal ions typified by Li. Therefore, an alloy having a SrAu 2 Ga 5 type crystal structure can function as an electrode active material.
上記合金はたとえば、Ln[X]2[Y]5である。ここで、Lnはランタノイドであり、周期律表において、原子番号57〜71の元素の1種以上である。[X]は、Cu、Ni、Pd、Pt、Ag及びAuからなる群から選択される1種以上である。[Y]は、Al、Si、Ga、Ge、In、Sn、Znからなる群から選択される1種以上である。 The alloy is, for example, Ln [X] 2 [Y] 5 . Here, Ln is a lanthanoid and is one or more elements of atomic numbers 57 to 71 in the periodic table. [X] is at least one selected from the group consisting of Cu, Ni, Pd, Pt, Ag, and Au. [Y] is one or more selected from the group consisting of Al, Si, Ga, Ge, In, Sn, and Zn.
上記合金はたとえば、LaCu2(Al,Si)5である。 The alloy is, for example, LaCu 2 (Al, Si) 5 .
好ましくは、電極活物質材料は、平均粒径(d50)が100μm以下の粉末である。 Preferably, the electrode active material is a powder having an average particle size (d50) of 100 μm or less.
平均粒径が100μm以下であれば、活物質材料粒子はLiを吸蔵及び放出しやすい。その結果、Liの吸収及び放出速度が速くなる。 When the average particle diameter is 100 μm or less, the active material material particles easily absorb and release Li. As a result, the absorption and release rates of Li are increased.
本実施形態による電極は、上述の電極活物質材料を含む。本実施形態による電池は、上述の電極を含む。 The electrode according to the present embodiment includes the above-described electrode active material. The battery according to the present embodiment includes the above-described electrode.
以下、本実施形態の電極活物質材料について詳述する。 Hereinafter, the electrode active material of this embodiment will be described in detail.
[電極活物質材料]
本実施形態の電極活物質材料は、SrAu2Ga5型の結晶構造を有する合金を含有する。以下、SrAu2Ga5型の結晶構造を有する合金を、「特定合金」と称する。
[Electrode active material]
The electrode active material of the present embodiment contains an alloy having a SrAu 2 Ga 5 type crystal structure. Hereinafter, an alloy having a SrAu 2 Ga 5 type crystal structure is referred to as a “specific alloy”.
SrAu2Ga5型の結晶構造の結晶構造の格子定数及び原子座標を表1に示す。 Table 1 shows lattice constants and atomic coordinates of the crystal structure of the SrAu 2 Ga 5 type crystal structure.
表1に示すとおり、SrAu2Ga5型の結晶構造は、内部に、Liに代表される金属イオンが侵入しやすいサイズの空間を有する。そのため、特定合金が金属イオンを吸収及び放出しても、その結晶構造が破壊されにくい。つまり、特定合金を含有する電極活物質材料が可逆的に繰り返し充放電しても、特定合金は、初期の結晶構造を維持しやすい。その結果、特定合金を含有する電極活物質材料は、サイクル特性に優れる。 As shown in Table 1, the SrAu 2 Ga 5 type crystal structure has a space in which a metal ion typified by Li can easily enter. Therefore, even if a specific alloy absorbs and releases metal ions, its crystal structure is not easily destroyed. That is, even when the electrode active material containing the specific alloy is reversibly repeatedly charged and discharged, the specific alloy tends to maintain the initial crystal structure. As a result, the electrode active material containing the specific alloy is excellent in cycle characteristics.
特定合金はたとえば、Ln[X]2[Y]5である。ここで、Lnはランタノイドである。ランタノイドは、周期律表における原子番号57〜71からなる群の総称である。上記化学組成中のLnは、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及び、ルテチウム(Lu)からなる群から選択される1種又は2種以上の元素である。 The specific alloy is, for example, Ln [X] 2 [Y] 5 . Here, Ln is a lanthanoid. Lanthanoid is a general term for a group consisting of atomic numbers 57 to 71 in the periodic table. Ln in the chemical composition is lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium ( One or more elements selected from the group consisting of Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu) is there.
[X]は、Cu、Ni、Pd、Pt、Ag、Au、Ti、V、Cr、Mn、Fe及びCoからなる群から選択される1種以上である。 [X] is at least one selected from the group consisting of Cu, Ni, Pd, Pt, Ag, Au, Ti, V, Cr, Mn, Fe, and Co.
[Y]は、Al、Si、Ga、Ge、In、Sn、Znからなる群から選択される1種以上である。これらの元素は、Liを吸蔵しやすい。そのため、特定合金を含有する電極活物質材料の放電容量を高めることができる。 [Y] is one or more selected from the group consisting of Al, Si, Ga, Ge, In, Sn, and Zn. These elements are easy to occlude Li. Therefore, the discharge capacity of the electrode active material containing the specific alloy can be increased.
特定合金の一例はたとえば、LaCu2(Al,Si)5である。 An example of the specific alloy is LaCu 2 (Al, Si) 5 , for example.
[電極活物質材料の平均粒径]
好ましくは、電極活物質材料は、平均粒径(d50)が100μm以下の粉末である。この場合、平均粒径が小さい電極活物質材料ほど、Liを吸蔵及び放出しやすい。したがって、Liの吸収及び放出速度が速くなる。
[Average particle size of electrode active material]
Preferably, the electrode active material is a powder having an average particle size (d50) of 100 μm or less. In this case, the smaller the average particle size, the easier it is to occlude and release Li. Accordingly, the absorption and release rates of Li are increased.
平均粒径(d50)は、レーザー回折・散乱式の粒子径分布測定装置を用いて測定することができる。たとえば、水などの分散溶媒と共に電極活物質材料の粉末を超音波処理し、分散させる。レーザー回折・散乱式の粒子径分布測定装置に、分散した電極活物質材料の粉末を入れて測定を実施する。合金の屈折率を入力することにより、粒子径分布を算出できる。本明細書において平均粒径(d50)とは、粒子径分布から算出される体積を基準としたメジアン径(d50)を指す。 The average particle diameter (d50) can be measured using a laser diffraction / scattering particle diameter distribution measuring apparatus. For example, the electrode active material powder is sonicated and dispersed together with a dispersion solvent such as water. Measurement is carried out by putting dispersed powder of electrode active material into a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device. By inputting the refractive index of the alloy, the particle size distribution can be calculated. In this specification, the average particle diameter (d50) refers to the median diameter (d50) based on the volume calculated from the particle diameter distribution.
電極活物質材料は、特定合金と異なる他の材料を含有してもよい。電極活物質材料は、特定合金からなり、残部が不純物であってもよい。 The electrode active material may contain other materials different from the specific alloy. The electrode active material is made of a specific alloy, and the balance may be impurities.
[電極活物質材料の製造方法]
上記特定合金相を含有する電極活物質材料の製造方法の一例を説明する。
[Method for producing electrode active material]
An example of a method for producing the electrode active material containing the specific alloy phase will be described.
SrAu2Ga5型の結晶構造を有する合金の溶湯を製造し、インゴットにする。たとえば、上述の化学組成Ln[X]2[Y]5となるように原料を準備する。アーク溶解、抵抗加熱溶解等の通常の溶解方法で原料を溶解して溶湯とし、溶湯を冷却してインゴットにする。 An alloy melt having a SrAu 2 Ga 5 type crystal structure is manufactured and made into an ingot. For example, a raw material is prepared so that it may become the above-mentioned chemical composition Ln [X] 2 [Y] 5 . The raw material is melted to form a molten metal by a normal melting method such as arc melting or resistance heating melting, and the molten metal is cooled to an ingot.
ボタンアーク溶解を利用する場合、たとえば、次の方法でインゴットを製造する。水冷銅モールド内に、上述の原料を収納する。アルゴン雰囲気中で非消耗電極(たとえばW電極)を用いてアーク溶解を実施し、インゴットを製造する。 When button arc melting is used, for example, an ingot is manufactured by the following method. The above-mentioned raw material is stored in a water-cooled copper mold. Arc melting is performed using a non-consumable electrode (for example, a W electrode) in an argon atmosphere to produce an ingot.
次に、インゴットを粉末にする。具体的には、インゴットを切断したり、ハンマーミル等を用いて粉砕したりして、インゴットを100μm以下の粗粉末にする。さらに、粗粉末に対してボールミル、アトライタ、ディスクミル、ジェットミル、ピンミル等を用いて粉砕加工を実施し、粉末のサイズ(粒径)を調整する。 Next, the ingot is powdered. Specifically, the ingot is cut or pulverized using a hammer mill or the like to make the ingot into a coarse powder of 100 μm or less. Further, the coarse powder is pulverized using a ball mill, an attritor, a disk mill, a jet mill, a pin mill or the like to adjust the size (particle size) of the powder.
不活性ガス雰囲気又はドライ雰囲気のグルーブボックス内で、粗粉末を粉砕加工する。この場合、合金の酸化を抑制できる。グルーブボックス内の好ましい酸素含有量は0.4%以下である。 The coarse powder is pulverized in a groove box in an inert gas atmosphere or a dry atmosphere. In this case, oxidation of the alloy can be suppressed. The preferable oxygen content in the groove box is 0.4% or less.
ボールミルを利用する場合、粗粉末に、ステアリン酸又はPVP(ポリビニルピロリドン)を配合して、粉砕加工を実施してもよい。この場合、粉末がボールミルの内壁に付着するのを抑制できる。 When using a ball mill, the coarse powder may be mixed with stearic acid or PVP (polyvinylpyrrolidone) and pulverized. In this case, it can suppress that powder adheres to the inner wall of a ball mill.
以上の工程により、本実施形態の電極活物質材料を製造できる。 The electrode active material of this embodiment can be manufactured by the above process.
[電極の製造方法]
本実施形態による電極の製造方法の一例は次のとおりである。上述の電極活物質材料の粉末に対して、結着剤を混合して電極合剤を調製する。結着剤はたとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の非水溶性の樹脂であって電池の非水電解質に使用される溶媒に不溶性のもの、カルビキシメチルセルロース(CMC)及びビニルアルコール(PVA)等の水溶性樹脂、及び、スチレンブタジエンラバー(SBR)等である。
[Electrode manufacturing method]
An example of the electrode manufacturing method according to the present embodiment is as follows. An electrode mixture is prepared by mixing a binder with the above-described electrode active material powder. The binder is, for example, a water-insoluble resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethyl methacrylate (PMMA), polytetrafluoroethylene (PTFE), etc., and is insoluble in the solvent used for the non-aqueous electrolyte of the battery. And water-soluble resins such as carboxymethyl cellulose (CMC) and vinyl alcohol (PVA), and styrene butadiene rubber (SBR).
電極に十分な導電性を付与する場合、電極合剤に、導電性を高めるための導電粉を混合する。導電粉はたとえば、天然黒鉛、人造黒鉛、アセチレンブラック等の炭素材料、Ni等の金属である。好ましい導電粉は炭素材料である。炭素材料は、Liイオンを吸蔵できる。したがって、炭素材料を用いた場合、導電粉の混合による電極の容量低下を抑えることができる。炭素材料はさらに、保液性に優れる。好ましい炭素材料は、黒鉛、アセチレンブラックである。電極合剤を圧延銅箔、電析銅箔等の活物質支持体に塗布して乾燥する。その後、乾燥物をプレスして、電極を製造する。 When providing sufficient electroconductivity to an electrode, the electroconductive powder for improving electroconductivity is mixed with an electrode mixture. The conductive powder is, for example, a carbon material such as natural graphite, artificial graphite or acetylene black, or a metal such as Ni. A preferred conductive powder is a carbon material. The carbon material can occlude Li ions. Therefore, when a carbon material is used, it is possible to suppress a decrease in the capacity of the electrode due to mixing of conductive powder. The carbon material is further excellent in liquid retention. Preferred carbon materials are graphite and acetylene black. The electrode mixture is applied to an active material support such as rolled copper foil or electrodeposited copper foil and dried. Thereafter, the dried product is pressed to produce an electrode.
[電池]
本実施形態の電池は、非水電解質二次電池である。電池は、上述の電極を含む。電池はたとえば、本実施形態の電極と、本実施形態の電極の対極と、セパレータと、電解液又は電解質とを備える。
[battery]
The battery of this embodiment is a nonaqueous electrolyte secondary battery. The battery includes the electrode described above. A battery is provided with the electrode of this embodiment, the counter electrode of this embodiment, a separator, and electrolyte solution or electrolyte, for example.
電池の形状は、円筒形、角形であってもよいし、コイン型、シート型等でもよい。本実施形態の電池は、ポリマー電池等の固体電解質を利用した電池でもよい。 The shape of the battery may be a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a sheet shape, or the like. The battery of this embodiment may be a battery using a solid electrolyte such as a polymer battery.
本実施形態の電極を負極とした場合、対極となる正極は、好ましくは、金属イオンを含有する遷移金属化合物を活物質として含有する。さらに好ましくは、正極は、リチウム(Li)含有遷移金属化合物を活物質として含有する。Li含有遷移金属化合物はたとえば、LiM1−xM’xO2、又は、LiM2yM’O4である。ここで、式中、0≦x、y≦1、M及びM’はそれぞれ、バリウム(Ba)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、鉄(Fe)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、スズ(Sn)、スカンジウム(Sc)及びイットリウム(Y)の少なくとも1種である。 When the electrode of this embodiment is a negative electrode, the positive electrode serving as a counter electrode preferably contains a transition metal compound containing a metal ion as an active material. More preferably, the positive electrode contains a lithium (Li) -containing transition metal compound as an active material. The Li-containing transition metal compound is, for example, LiM 1 -xM′xO 2 or LiM 2 yM′O 4 . Here, in the formula, 0 ≦ x, y ≦ 1, M and M ′ are barium (Ba), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), chromium (Cr), titanium (Ti), respectively. , Vanadium (V), iron (Fe), zinc (Zn), aluminum (Al), indium (In), tin (Sn), scandium (Sc), and yttrium (Y).
本実施形態の電池は、遷移金属カルコゲン化物;バナジウム酸化物及びそのリチウム(Li)化合物;ニオブ酸化物及びそのリチウム化合物;有機導電性物質を用いた共役系ポリマー;シェプレル相化合物;活性炭、活性炭素繊維等、といった他の正極を用いてもよい。 The battery of this embodiment includes a transition metal chalcogenide; a vanadium oxide and its lithium (Li) compound; a niobium oxide and its lithium compound; a conjugated polymer using an organic conductive material; a sheprel phase compound; Other positive electrodes such as fibers may be used.
電解液は、一般に、支持電解質としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解させた非水系電解液である。リチウム塩は例えば、LiClO4,LiBF4,LiPF6,LiAsF6,LiB(C6H5),LiCF3SO3,LiCH3SO3,Li(CF3SO2)2N,LiC4F9SO3,Li(CF2SO2)2,LiCl,LiBr,LiI等である。これらは、単独で用いられてもよく組み合わせて用いられてもよい。有機溶媒は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの炭酸エステル類が好ましい。但し、カルボン酸エステル、エーテルをはじめとする他の各種の有機溶媒も使用可能である。これらの有機溶媒は、単独で用いられてもよいし、組み合わせて用いられてもよい。 The electrolytic solution is generally a non-aqueous electrolytic solution in which a lithium salt as a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent. Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiB (C 6 H 5 ), LiCF 3 SO 3 , LiCH 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 2 SO 2 ) 2 , LiCl, LiBr, LiI or the like. These may be used alone or in combination. The organic solvent is preferably a carbonic acid ester such as propylene carbonate, ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, or diethyl carbonate. However, various other organic solvents including carboxylic acid esters and ethers can also be used. These organic solvents may be used alone or in combination.
セパレータは、正極及び負極の間に設置される。セパレータは絶縁体としての役割を果たす。セパレータはさらに、電解質の保持にも大きく寄与する。本実施形態の電池は周知のセパレータを備えればよい。セパレータはたとえば、ポリオレフィン系材質であるポリプロピレン、ポリエチレン、又はその両者の混合布、もしくは、ガラスフィルターなどの多孔体である。 The separator is installed between the positive electrode and the negative electrode. The separator serves as an insulator. Further, the separator greatly contributes to the retention of the electrolyte. The battery of this embodiment may be provided with a known separator. The separator is, for example, a polyolefin material such as polypropylene, polyethylene, a mixed cloth of both, or a porous body such as a glass filter.
[本発明例の電極活物質材料の製造]
La、Cu、Al及びSiを含有し、残部が不純物からなるインゴットを、ボタンアーク溶解により製造した。製造されたインゴットを粉砕して100μm以下の粗粉末を製造した。粗粉末に、PVPを配合した混合物を製造した。ボールミル(株式会社栗本鐵工所製の商品名BX384E)を用いて、混合物を粉砕して、特定合金からなる電極活物質材料(負極活物質材料)を製造した。ボールミルによる粉砕時において、粗粉末:PVP:ボール=39.2:0.8:600グラムとした。ボールミルによる粉砕加工時間は12時間であった。ボールミル容器内は、窒素雰囲気とした。
[Production of electrode active material of inventive example]
An ingot containing La, Cu, Al, and Si and the balance being impurities was manufactured by button arc melting. The produced ingot was pulverized to produce a coarse powder of 100 μm or less. The mixture which mix | blended PVP with coarse powder was manufactured. The mixture was pulverized using a ball mill (trade name BX384E, manufactured by Kurimoto Steel Co., Ltd.) to produce an electrode active material (negative electrode active material) made of a specific alloy. At the time of pulverization by a ball mill, coarse powder: PVP: ball = 39.2: 0.8: 600 grams. The grinding time by the ball mill was 12 hours. The inside of the ball mill container was a nitrogen atmosphere.
特定合金の化学組成はLaCu2(Al,Si)5であり、質量%で34.4%のLaと、31.5%のCuと、16.7%のAlと、17.4%のSiとを含有した。 The chemical composition of the specific alloy is LaCu 2 (Al, Si) 5 , 34.4% La, 31.5% Cu, 16.7% Al, and 17.4% Si in mass%. Containing.
[本発明例の負極の製造]
上述の粉末状の電極活物質材料(負極活物質材料)75質量部に対して、5質量部のスチレンブタジエンラバー(SBR)、5質量部のカルボキシメチルセルロース(CMC)、15質量部のアセチレンブラック粉末を配合して混合物を製造した。さらに、混合物に蒸留水を混ぜて混練し、スラリを調製した。
[Production of Negative Electrode of Invention Example]
5 parts by mass of styrene butadiene rubber (SBR), 5 parts by mass of carboxymethylcellulose (CMC), and 15 parts by mass of acetylene black powder with respect to 75 parts by mass of the above-mentioned powdered electrode active material (negative electrode active material) To prepare a mixture. Furthermore, the mixture was mixed with distilled water and kneaded to prepare a slurry.
ドクターブレードを用いて、30μm厚の電解銅箔上に、スラリを塗布して乾燥し、塗膜を形成した。電解銅箔上のスラリの塗布量は2〜3mg/cm2であった。塗膜を、直径13mmの大きさのポンチを用いて打ち抜き、負極を製造した。 Using a doctor blade, slurry was applied onto an electrolytic copper foil having a thickness of 30 μm and dried to form a coating film. The amount of slurry applied on the electrolytic copper foil was 2 to 3 mg / cm 2 . The coating film was punched out using a punch having a diameter of 13 mm to produce a negative electrode.
[本発明例の電池の製造]
製造された負極を用いたコイン型電池(2016型)を製造した。正極はLi金属とした。具体的には、負極上に直径19mmのセパレータを配置し、セパレータ上に直径15mmの円板状の金属Liを配置した積層物を製造した。積層物をケース内に収納し、ケースの外周部を専用のかしめ機でプレス加工した。以上の工程により、コイン型電池を製造した。
[Manufacture of Battery of Inventive Example]
A coin type battery (2016 type) using the manufactured negative electrode was manufactured. The positive electrode was Li metal. Specifically, a laminate in which a separator having a diameter of 19 mm was disposed on the negative electrode and a disk-shaped metal Li having a diameter of 15 mm was disposed on the separator was produced. The laminate was stored in a case, and the outer periphery of the case was pressed with a special caulking machine. A coin-type battery was manufactured through the above steps.
電解液は、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを1:3の割合で混合した溶媒中に、支持電解質のLiPF6を1モル/リットルとなるように溶解させた溶液と、8質量%のフルオロエチレンカーボネートとを含有した。 The electrolytic solution was a solution in which LiPF 6 as a supporting electrolyte was dissolved in a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a ratio of 1: 3 so as to be 1 mol / liter, and 8% by mass of fluoroethylene. Carbonate.
[特定合金の結晶構造の特定]
特定合金の粉末に対してX線回折測定を実施して、X線回折プロファイルの実測データを得た。具体的には、リガク製の製品名RINT1000(ロータターゲット最大出力18KW;60kV−300mA、又は、管球式ターゲット最大出力3kW;50kV−60mA)を用いて、特定合金のX線回折プロファイルを取得した。
[Identification of crystal structure of specific alloy]
X-ray diffraction measurement was performed on the powder of the specific alloy to obtain actual measurement data of the X-ray diffraction profile. Specifically, the Rigaku product name RINT1000 (rotor target maximum output 18 kW; 60 kV-300 mA, or tube target maximum output 3 kW; 50 kV-60 mA) was used to obtain an X-ray diffraction profile of a specific alloy. .
得られたX線回折プロファイルに基づいて、リートベルト法により、特定合金の結晶構造を解析した。その結果、特定合金の結晶構造はSrAu2Ga5型であった。 Based on the obtained X-ray diffraction profile, the crystal structure of the specific alloy was analyzed by the Rietveld method. As a result, the crystal structure of the specific alloy was SrAu 2 Ga 5 type.
[電極活物質材料の平均粒径の測定]
電極活物質材料の平均粒径(d50)は、レーザー回折・散乱式の粒子径分布測定装置(日機装株式会社製 マイクロトラックFRA)を用いて測定した。分散溶媒には水を用い、超音波により粉末凝集をほぐした後に測定した。データ解析時には、合金の屈折率を1.74として粒度分布を算出した。測定の結果、電極活物質材料の平均粒径は、12μmであった。
[Measurement of average particle size of electrode active material]
The average particle size (d50) of the electrode active material was measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (Microtrack FRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). Water was used as a dispersion solvent, and the measurement was made after loosening the powder by ultrasonic waves. At the time of data analysis, the particle size distribution was calculated with the refractive index of the alloy as 1.74. As a result of the measurement, the average particle diameter of the electrode active material was 12 μm.
[1サイクル目の充放電試験]
コイン型電池において、初めに、0.15mAの電流値で、対極に対して電位差5mVになるまで、定電流ドープ(負極へのリチウムイオンの挿入、リチウムイオン二次電池の充電に相当)を行った。さらに5mVを維持したまま、電流値が10μAになるまで定電圧でドープを続けた。ドープが終了してから30分休止した後、0.15mAの定電流で、電位差1.2Vになるまで脱ドープ(負極からのリチウムイオンの離脱、リチウムイオン二次電池の放電に相当)を行った。以上の初回サイクル後、放電容量(mAh/cc)を求めた。具体的には、測定された脱ドープ容量を、放電容量とした。
[Charge / discharge test at the first cycle]
In the coin-type battery, first, constant current doping (equivalent to insertion of lithium ions into the negative electrode and charging of the lithium ion secondary battery) is performed until the potential difference becomes 5 mV with respect to the counter electrode at a current value of 0.15 mA. It was. Further, while maintaining 5 mV, doping was continued at a constant voltage until the current value reached 10 μA. After 30 minutes from the end of the dope, de-doping (corresponding to detachment of lithium ions from the negative electrode and discharge of the lithium ion secondary battery) at a constant current of 0.15 mA until the potential difference becomes 1.2 V is performed. It was. After the above initial cycle, the discharge capacity (mAh / cc) was determined. Specifically, the measured dedoping capacity was taken as the discharge capacity.
[2サイクル目以降の充放電試験]
2サイクル目以上の充放電は、次のとおり実施した。0.75mAの電流値で、対極に対して電位差5mVになるまで、ドープを行った。さらに5mVを維持したまま、電流値が10μAになるまで定電圧でドープを続けた。ドープが終了してから30分休止した後、0.75mAの定電流で、電位差1.2Vになるまで脱ドープを行った。以上のサイクルを実施するごとに、放電容量(mAh/cc)を求めた。
[Charge / discharge test after 2nd cycle]
Charging / discharging of the 2nd cycle or more was implemented as follows. Doping was performed at a current value of 0.75 mA until the potential difference became 5 mV with respect to the counter electrode. Further, while maintaining 5 mV, doping was continued at a constant voltage until the current value reached 10 μA. After 30 minutes from the end of the dope, undoping was performed at a constant current of 0.75 mA until the potential difference became 1.2V. Each time the above cycle was performed, the discharge capacity (mAh / cc) was determined.
[試験結果]
図1は、上記充放電試験により得られた、サイクル数と放電容量との関係を示す図である。図1中の「●」は、上記本発明例の電池での放電容量(mAh/cc)である。「■」は、黒鉛の負極を用い、他の構成は本発明例と同じであるボタン型電池(比較例)を用いて上記充放電試験を行って得られた放電容量(mAh/cc)である。
[Test results]
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the number of cycles and the discharge capacity obtained by the charge / discharge test. “●” in FIG. 1 represents the discharge capacity (mAh / cc) in the battery of the above-described example of the present invention. “■” is a discharge capacity (mAh / cc) obtained by conducting the above charge / discharge test using a button-type battery (comparative example) using a graphite negative electrode and the other structure being the same as the example of the present invention. is there.
図1を参照して、本発明例の電池の放電容量は、比較例の電池の放電容量よりも高く、1400mAh/cc以上であった。さらに、本実施例は、40サイクル経過後であっても、放電容量が維持されており、優れたサイクル特性を示した。 With reference to FIG. 1, the discharge capacity of the battery of the present invention was higher than the discharge capacity of the battery of the comparative example, and was 1400 mAh / cc or more. Further, in this example, the discharge capacity was maintained even after 40 cycles, and excellent cycle characteristics were exhibited.
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
The embodiment of the present invention has been described above. However, the above-described embodiment is merely an example for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately changing the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.
Claims (6)
前記合金は、Ln[X]2[Y]5である、電極活物質材料。
ここで、Lnはランタノイドであり、周期律表において、原子番号57〜71の元素の1種以上である。[X]は、Cu、Ni、Pd、Pt、Ag、Au、Ti、V、Cr、Mn、Fe及びCoからなる群から選択される1種以上である。[Y]は、Al、Si、Ga、Ge、In、Sn、Znからなる群から選択される1種以上である。 The electrode active material according to claim 1,
The electrode is an electrode active material, wherein the alloy is Ln [X] 2 [Y] 5 .
Here, Ln is a lanthanoid and is one or more elements of atomic numbers 57 to 71 in the periodic table. [X] is at least one selected from the group consisting of Cu, Ni, Pd, Pt, Ag, Au, Ti, V, Cr, Mn, Fe, and Co. [Y] is one or more selected from the group consisting of Al, Si, Ga, Ge, In, Sn, and Zn.
前記合金は、LaCu2(Al,Si)5である、電極活物質材料。 The electrode active material according to claim 2,
The alloy is LaCu 2 (Al, Si) 5 , an electrode active material.
平均粒径(D50)が100μm以下の粉末である、電極活物質材料。 The electrode active material according to any one of claims 1 to 3,
An electrode active material that is a powder having an average particle size (D50) of 100 μm or less.
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