JP2017162693A - Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery including the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode for a lithium ion secondary battery, excellent in charge/discharge cycle characteristics, and a lithium ion secondary battery.SOLUTION: In a negative electrode for a lithium ion secondary battery, a negative electrode mixture layer is provided on at least one main surface of a negative electrode collector. The negative electrode mixture layer contains a negative electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and has a coat of protein on at least a part of a surface thereof. The protein preferably contains at least one of an alkaline metal salt of casein, a magnesium salt of casein, an alkaline earth metal salt of casein, an ammonium salt of casein, albumin, lysozyme, and globulin.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極およびこれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery using the same.

近年、携帯型電子機器、自動車、電力貯蔵用などの電源として、リチウムイオン二次電池が広く利用されている。上記リチウムイオン二次電池は、正極、負極、正極と負極とを絶縁するセパレーター、および正極と負極との間でイオンの移動を可能にするための電解質で主に構成されている。リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度であることから、携帯電話やノート型パソコンなどのエレクトロニクス携帯機器の電源として実用化され、広く普及している。昨今、携帯型電子機器、通信機器等の著しい発展に伴い、機器の小型化、軽量化の観点から、更なる高エネルギー密度のリチウムイオン二次電池が強く要望されている。また、自動車用電池においては長寿命化が強く要望されている。前記要望に対するリチウムイオン二次電池用の負極としては、高い理論容量を示す金属負極や、金属酸化物負極が注目されており、例えばケイ素(Si)や酸化ケイ素(SiO)などのケイ素を含む負極活物質は、現在実用化されている黒鉛の理論容量372mAh・g−1よりも遙かに高い理論容量を示すことから、電池の高エネルギー密度化において最も期待されている材料である。 In recent years, lithium ion secondary batteries have been widely used as power sources for portable electronic devices, automobiles, and power storage. The lithium ion secondary battery is mainly composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator that insulates the positive electrode from the negative electrode, and an electrolyte that enables ions to move between the positive electrode and the negative electrode. Since lithium ion secondary batteries have high energy density, they have been put into practical use as power sources for portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, and are widely used. In recent years, with the remarkable development of portable electronic devices, communication devices, and the like, there is a strong demand for lithium ion secondary batteries with higher energy density from the viewpoints of downsizing and weight reduction of devices. Further, there is a strong demand for extending the life of automobile batteries. As a negative electrode for a lithium ion secondary battery in response to the above demand, a metal negative electrode and a metal oxide negative electrode showing high theoretical capacity are attracting attention, and include, for example, silicon such as silicon (Si) and silicon oxide (SiO x ). The negative electrode active material is a material most expected in increasing the energy density of the battery because it exhibits a theoretical capacity much higher than the theoretical capacity of 372 mAh · g −1 of graphite currently in practical use.

しかし、ケイ素を含む負極活物質を使用した負極は、充放電によるリチウムイオンの吸蔵と放出に伴う負極の膨張と収縮の挙動が、黒鉛を負極活物質として使用した負極よりも膨大に大きくなる。よって、前記の負極を用いたリチウムイオン二次電池では、充電と放電の繰り返しによって、負極合剤層にクラックが発生したり、負極活物質の微粉化が生じていた。すなわち、ケイ素を含む負極の場合、膨脹による負極合剤層および負極活物質の表面積が増大し、電解質の分解反応が大きくなり、その結果、電解質量が減少し正負極およびセパレーターに十分な電解質、つまりリチウムイオンが供給されず、優れた充放電サイクル特性が得られないという問題があった。   However, in a negative electrode using a negative electrode active material containing silicon, the behavior of expansion and contraction of the negative electrode due to insertion and extraction of lithium ions by charging and discharging is enormously larger than that of a negative electrode using graphite as a negative electrode active material. Therefore, in the lithium ion secondary battery using the negative electrode, cracking occurred in the negative electrode mixture layer or fine powdering of the negative electrode active material occurred due to repeated charging and discharging. That is, in the case of a negative electrode containing silicon, the surface area of the negative electrode mixture layer and the negative electrode active material due to expansion increases, the decomposition reaction of the electrolyte increases, and as a result, the electrolytic mass decreases and the electrolyte sufficient for the positive and negative electrodes and the separator, That is, there is a problem that lithium ions are not supplied and excellent charge / discharge cycle characteristics cannot be obtained.

このような課題に対し、先行技術文献1には、負極合剤層の上に低い架橋性モノマーと高分子支持体から形成された架橋被膜を被覆する手法が開示されている。   In order to solve such a problem, Prior Art Document 1 discloses a technique of covering a negative electrode mixture layer with a cross-linked film formed from a low cross-linkable monomer and a polymer support.

しかし、先行技術文献1に記載の手法を用いた場合、我々の検討においては、優れた充放電サイクル特性が得られなかった。   However, when the method described in Prior Art Document 1 was used, excellent charge / discharge cycle characteristics could not be obtained in our study.

特開2005−197258号公報JP-A-2005-197258

本発明の目的は、前記事情に鑑みてなされたものであり、充放電サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池用負極、およびこれを用いたリチウムイオン二次電池を提供することにある。   The objective of this invention is made | formed in view of the said situation, and is providing the negative electrode for lithium ion secondary batteries excellent in charging / discharging cycling characteristics, and a lithium ion secondary battery using the same.

本発明に係るリチウムイオン二次電池用負極は、負極集電体の少なくとも一方の主面に負極合剤層が設けられ、前記負極合剤層は、リチウムイオンを吸蔵および放出が可能な負極活物質を含み、前記負極合剤層の表面の少なくとも一部にタンパク質の被膜を有するものである。   The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention is provided with a negative electrode mixture layer on at least one main surface of a negative electrode current collector, and the negative electrode mixture layer is capable of absorbing and releasing lithium ions. It contains a substance and has a protein film on at least a part of the surface of the negative electrode mixture layer.

さらに前記タンパク質は、カゼインのアルカリ金属塩、カゼインのマグネシウム塩、カゼインのアルカリ土類金属塩、カゼインアンモニウム、アルブミン、リゾチーム、グロブリンの少なくとも1種を含むことが好ましい。   Furthermore, the protein preferably contains at least one of alkali metal salt of casein, magnesium salt of casein, alkaline earth metal salt of casein, ammonium caseinate, albumin, lysozyme, and globulin.

前記タンパク質は、カゼインのアルカリ金属塩であって、前記カゼインのアルカリ金属塩は、カゼインナトリウム、カゼインリチウム、カゼインカリウムの少なくとも1種を含むことが好ましい。   The protein is an alkali metal salt of casein, and the alkali metal salt of casein preferably contains at least one of sodium caseinate, lithium caseinate, and potassium caseinate.

前記タンパク質は、カゼインのマグネシウム塩、カゼインのアルカリ土類金属塩の少なくとも1種であって、前記カゼインのマグネシウム塩は、カゼインマグネシウムであり、前記アルカリ土類金属塩は、カゼインカルシウム、カゼインストロンチウム、カゼインバリウムの少なくとも1種を含むことが好ましい。   The protein is at least one of a magnesium salt of casein and an alkaline earth metal salt of casein, and the magnesium salt of casein is casein magnesium, and the alkaline earth metal salt includes casein calcium, casein strontium, It is preferable to include at least one casein barium.

さらに前記タンパク質を含む被膜の担持量が、負極活物質重量に対して0.5〜50重量%であることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the loading amount of the film containing protein is 0.5 to 50% by weight with respect to the weight of the negative electrode active material.

本発明に係るリチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵および放出する正極、前記リチウムイオン二次電池用負極、前記正極と前記リチウムイオン二次電池用負極との間に介在するセパレーター、および、電解質とを備えたリチウムイオン二次電池とする。   A lithium ion secondary battery according to the present invention includes a positive electrode that occludes and releases lithium ions, a negative electrode for the lithium ion secondary battery, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode for the lithium ion secondary battery, and A lithium ion secondary battery including an electrolyte is provided.

本発明の負極によれば、負極合剤層の表面の少なくとも一部にタンパク質の被膜を有することにより、充放電に伴う膨張を抑制することで、優れた充放電サイクル特性が得られる。   According to the negative electrode of the present invention, by having a protein film on at least a part of the surface of the negative electrode mixture layer, excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained by suppressing expansion associated with charge / discharge.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the lithium ion secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 実施例4に係るリチウムイオン二次電池用負極の負極合剤層の表面形態である。(FE−SEM写真)4 is a surface view of a negative electrode mixture layer of a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Example 4. (FE-SEM photo) 比較例1に係るリチウムイオン二次電池用負極の負極合剤層の表面形態である。(FE−SEM写真)It is a surface form of the negative mix layer of the negative electrode for lithium ion secondary batteries which concerns on the comparative example 1. FIG. (FE-SEM photo) 実施例4と比較例1に係るリチウムイオン二次電池用負極の負極合剤層のFT−IRスペクトルである。It is a FT-IR spectrum of the negative mix layer of the negative electrode for lithium ion secondary batteries which concerns on Example 4 and Comparative Example 1. 300サイクル後の実施例4に係るリチウムイオン二次電池用負極の負極合剤層の表面形態である。(FE−SEM写真)It is the surface form of the negative mix layer of the negative electrode for lithium ion secondary batteries which concerns on Example 4 after 300 cycles. (FE-SEM photo) 300サイクル後の比較例1に係るリチウムイオン二次電池用負極の負極合剤層の表面形態である。(FE−SEM写真)It is the surface form of the negative mix layer of the negative electrode for lithium ion secondary batteries which concerns on the comparative example 1 after 300 cycles. (FE-SEM photo)

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.

<リチウムイオン二次電池>
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100の構成断面図を図1に示す。リチウムイオン二次電池100は、リチウムイオン二次電池用負極10およびリチウムイオン二次電池用正極20と、リチウムイオン二次電池用負極とリチウムイオン二次電池用正極との間に介在されたセパレーター18と電解質から構成され、前記セパレーター18は正極と負極とが物理的に接触することを防止し、正極、負極およびセパレーターには電解質が含浸されている。
<Lithium ion secondary battery>
FIG. 1 shows a structural cross-sectional view of a lithium ion secondary battery 100 according to this embodiment. The lithium ion secondary battery 100 includes a negative electrode 10 for a lithium ion secondary battery and a positive electrode 20 for a lithium ion secondary battery, and a separator interposed between the negative electrode for a lithium ion secondary battery and the positive electrode for a lithium ion secondary battery. 18 and the electrolyte, and the separator 18 prevents physical contact between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode, the negative electrode, and the separator are impregnated with the electrolyte.

リチウムイオン二次電池の形状としては、図1のラミネートフィルム型に制限されるものではなく、例えば、円筒型、角型、コイン型などいずれであってもよい。本実施形態では、ラミネートフィルムを外装体50として用い、実施例では、ラミネートフィルム型電池を作製し評価する。前記のラミネートフィルムとしては、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ポリアミドがこの順に積層されてなる3層構造として構成されているものを用いることができる。   The shape of the lithium ion secondary battery is not limited to the laminate film type of FIG. 1, and may be any of a cylindrical type, a square type, a coin type, and the like. In this embodiment, a laminate film is used as the outer package 50, and in the example, a laminate film type battery is produced and evaluated. As said laminated film, what is comprised as a 3 layer structure by which a polypropylene, aluminum, and polyamide are laminated | stacked in this order, for example can be used.

(リチウムイオン二次電池用負極)
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極10は、負極集電体の少なくとも一方の主面に負極合剤層14が設けられ、前記負極合剤層14は、リチウムイオンを吸蔵および放出が可能なケイ素を含む負極活物質を含み、前記負極合剤層14は、その表面の少なくとも一部にタンパク質の被膜を有する。
(Anode for lithium ion secondary battery)
In the negative electrode 10 for a lithium ion secondary battery according to this embodiment, a negative electrode mixture layer 14 is provided on at least one main surface of a negative electrode current collector, and the negative electrode mixture layer 14 occludes and releases lithium ions. The negative electrode mixture layer 14 includes a negative electrode active material containing silicon, and has a protein film on at least a part of its surface.

特に、前記タンパク質は、カゼインのアルカリ金属塩、カゼインのマグネシウム塩、カゼインのアルカリ土類金属塩、カゼインアンモニウム、アルブミン、リゾチーム、グロブリンの少なくとも1種を含むことが好ましい。   In particular, the protein preferably contains at least one of alkali metal salt of casein, magnesium salt of casein, alkaline earth metal salt of casein, ammonium caseinate, albumin, lysozyme, and globulin.

中でも、本実施形態に係るタンパク質は、カゼインのアルカリ金属塩、カゼインのマグネシウム塩、カゼインのアルカリ土類金属塩の少なくとも1種であることがより好ましい。   Among them, the protein according to the present embodiment is more preferably at least one of an alkali metal salt of casein, a magnesium salt of casein, and an alkaline earth metal salt of casein.

さらに前記カゼインのアルカリ金属塩は、カゼインナトリウム、カゼインリチウム、カゼインカリウム、の少なくとも1種を含み、カゼインのマグネシウム塩は、カゼインマグネシウムであり、カゼインのアルカリ土類金属塩は、カゼインカルシウム、カゼインストロンチウム、カゼインバリウムの少なくとも1種を含むことが好ましい。   Further, the alkali metal salt of casein contains at least one of sodium caseinate, lithium casein, and potassium casein, the magnesium salt of casein is magnesium casein, and the alkaline earth metal salt of casein is casein calcium, casein strontium It is preferable that at least one casein barium is included.

このように、負極合剤層14の表面の少なくとも一部に前記タンパク質の被膜を有する前記負極をリチウムイオン二次電池用負極として用いた場合、充放電に伴う負極の膨張が抑制され、優れた充放電サイクル特性を示すリチウムイオン二次電池となる。   Thus, when the negative electrode having the protein coating on at least a part of the surface of the negative electrode mixture layer 14 was used as a negative electrode for a lithium ion secondary battery, the expansion of the negative electrode accompanying charge / discharge was suppressed, which was excellent. A lithium ion secondary battery exhibiting charge / discharge cycle characteristics is obtained.

前記作用は、次のような効果により奏すると考えられる。負極合剤層の表面の少なくとも一部に被覆された前記タンパク質は、充放電反応の酸化還元反応の影響を受けて、そのタンパク質の立体構造が伸縮することにより、負極合剤層の膨張収縮を好適に抑制することができる。したがって、負極合剤層へのクラックが抑制されるため、電解液との副反応、つまり電解液の分解を抑制することができる。以上の効果により、充放電サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池を得ることができる。   The above action is considered to be achieved by the following effects. The protein coated on at least a part of the surface of the negative electrode mixture layer is affected by the oxidation-reduction reaction of the charge / discharge reaction, and the three-dimensional structure of the protein expands and contracts to expand and contract the negative electrode mixture layer. It can suppress suitably. Therefore, since the crack to the negative electrode mixture layer is suppressed, side reaction with the electrolytic solution, that is, decomposition of the electrolytic solution can be suppressed. Due to the above effects, a lithium ion secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

さらに前記タンパク質の被膜の担持量は、負極活物質重量に対して0.5〜50重量%であることが好ましい。この範囲の担持量である場合、より優れた充放電サイクル特性が得られるためである。   Furthermore, the amount of the protein coating supported is preferably 0.5 to 50% by weight based on the weight of the negative electrode active material. This is because when the amount is within this range, more excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

また、前記タンパク質の被膜は、粒子を含んでいてもよい。前記粒子は、負極活物質の粒子サイズよりも小さいことが好ましく、特に500nm以下のナノサイズの粒子が好ましい。前記粒子の形状としては特に限定はされないが、真球状、略球状、多角形状、鱗片状、板状など適宜用いることができる。負極合剤層の表面に前記粒子を有することで、粒子間の空隙にタンパク質が担持されやすくなるため、負極合剤層の表面にタンパク質の被膜が均一に形成されやすくなる。   The protein coating may contain particles. The particles are preferably smaller than the particle size of the negative electrode active material, and in particular, nano-sized particles of 500 nm or less are preferable. The shape of the particles is not particularly limited, but may be appropriately used such as a true sphere, a substantially spherical shape, a polygonal shape, a scale shape, and a plate shape. By having the particles on the surface of the negative electrode mixture layer, it becomes easier for proteins to be carried in the voids between the particles, so that a protein film is easily formed uniformly on the surface of the negative electrode mixture layer.

前記粒子の材質としては、無機材料でも有機材料でもよく、例えば、非晶質炭素、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化ケイ素、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレンなどが挙げられる。   The material of the particles may be an inorganic material or an organic material, and examples thereof include amorphous carbon, titanium oxide, aluminum oxide, zinc oxide, silicon oxide, polymethyl methacrylate, and polystyrene.

[負極活物質]
本実施形態に係る負極活物質は、例えば、リチウムイオンを電気化学的に吸蔵および放出するケイ素(Si)、スズ、ゲルマニウム、鉄またはこれらの化合物や合金が好ましく、特に高容量であるケイ素が好ましい。膨張による負極合剤層のクラックや負極活物質の微粉化が顕著な負極活物質の方が、本発明の効果が好適に発揮されるためである。
[Negative electrode active material]
The negative electrode active material according to the present embodiment is preferably, for example, silicon (Si), tin, germanium, iron, or a compound or alloy thereof that electrochemically occludes and releases lithium ions, and particularly silicon having a high capacity is preferable. . This is because the negative electrode active material in which cracks in the negative electrode mixture layer due to expansion and fine pulverization of the negative electrode active material are remarkable exerts the effects of the present invention more suitably.

なお、ケイ素は単体で用いてもよく、ケイ素化合物、またはケイ素合金を用いてもよく、さらにこれらの2種以上を併用してもよい。   Silicon may be used alone, a silicon compound or a silicon alloy may be used, and two or more of these may be used in combination.

前記のケイ素化合物としては、例えば、酸化ケイ素が挙げられ、SiOと表記される(ただし、ケイ素に対する酸素の原子比xは、0<x≦2を満たすものとする)。 Examples of the silicon compound include silicon oxide, which is expressed as SiO x (provided that the atomic ratio x of oxygen to silicon satisfies 0 <x ≦ 2).

前記の酸化ケイ素は、ケイ素の微結晶および二酸化ケイ素の非晶質相を含んでいてもよく、この場合、ケイ素と酸素の原子比は、ケイ素の微結晶および二酸化ケイ素の非晶質相を含めた比率となる。すなわち、酸化ケイ素には、非晶質の二酸化ケイ素のマトリックス中に、ケイ素の微結晶が分散した構造のものが含まれ、この非晶質の二酸化ケイ素と、その中に分散しているケイ素の微結晶とを合わせて、前記の原子比xが0<x≦2を満足していればよい。例えば、非晶質の二酸化ケイ素のマトリックス中に、ケイ素が分散した構造で、二酸化ケイ素とケイ素のモル比が1:1の化合物の場合、x=1であるので、構造式としてはSiOと表記される。なお、非晶質の二酸化ケイ素のマトリックスは、非晶質の一酸化ケイ素を含んでいてもよい。   The silicon oxide may include silicon microcrystals and an amorphous phase of silicon dioxide, in which case the atomic ratio of silicon to oxygen includes the silicon microcrystals and the silicon dioxide amorphous phase. Ratio. That is, silicon oxide includes a structure in which silicon microcrystals are dispersed in a matrix of amorphous silicon dioxide, and the amorphous silicon dioxide and the silicon dispersed therein are included. In combination with the microcrystal, the atomic ratio x may satisfy 0 <x ≦ 2. For example, in the case of a compound in which silicon is dispersed in an amorphous silicon dioxide matrix and the molar ratio of silicon dioxide to silicon is 1: 1, x = 1, so that the structural formula is expressed as SiO. Is done. The amorphous silicon dioxide matrix may contain amorphous silicon monoxide.

さらに前記したケイ素合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン、およびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。   Further, the above-described silicon alloy is composed of, for example, tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony, and chromium as the second constituent element other than silicon. The thing containing at least 1 sort (s) of a group is mentioned.

本実施形態に係る負極活物質は、表面を炭素で被覆してもよい。負極活物質の表面を炭素で被覆することで、良好な電子伝導性が得られるためである。   The negative electrode active material according to this embodiment may be coated with carbon on the surface. This is because good electron conductivity can be obtained by coating the surface of the negative electrode active material with carbon.

さらに、負極活物質の形状については、無定形状、球状、粒状、多角形状、鱗片状、板状、繊維状など、特に限定はされることなく適宜使用することができる。特に多角形状の場合、負極合剤層内での導電助剤や集電体および隣接する負極活物質同士との接点が多くなりやすいため、電子伝導性において好ましい。   Furthermore, the shape of the negative electrode active material can be appropriately used without particular limitation, such as an indefinite shape, a spherical shape, a granular shape, a polygonal shape, a scale shape, a plate shape, and a fiber shape. In particular, in the case of a polygonal shape, the number of contacts between the conductive auxiliary agent and the current collector in the negative electrode mixture layer and the adjacent negative electrode active materials tends to increase, which is preferable in terms of electronic conductivity.

さらに前記した負極活物質の他に炭素系の負極活物質を併用してもよく、例えば、結晶質炭素、非晶質炭素、またはこれらを組み合わせて使用してもよい。前記の結晶質炭素としては、例えば、無定形状、球状、粒状、多角形状、鱗片状、板状、繊維状などの天然黒鉛、または人造黒鉛が挙げられ、前記の非晶質炭素としては、例えば、ソフトカーボン、ハードカーボン、メソフェーズピッチ炭化物、焼成したコークスなどが挙げられる。   Further, in addition to the above-described negative electrode active material, a carbon-based negative electrode active material may be used in combination. For example, crystalline carbon, amorphous carbon, or a combination thereof may be used. Examples of the crystalline carbon include natural graphite such as amorphous, spherical, granular, polygonal, scaly, plate-like, and fibrous, or artificial graphite. As the amorphous carbon, For example, soft carbon, hard carbon, mesophase pitch carbide, fired coke and the like can be mentioned.

また、本実施形態に係る負極活物質は、前記に挙げた材料に限定されることはなく、他にもリチウムイオンを電気化学的に吸蔵および放出する材料であれば特に制限はされない。   Further, the negative electrode active material according to the present embodiment is not limited to the above-described materials, and any other material that can electrochemically occlude and release lithium ions is not particularly limited.

[負極導電助剤]
本実施形態に係る負極合剤層14は、導電性の向上を目的として導電助剤を添加してもよい。本実施形態に用いられる導電助剤は特に制限されず、周知の材料を用いることができる。例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ(CNT)、グラフェンなどの炭素繊維、および黒鉛などの炭素材料が挙げられ、これらの1種または2種以上を用いることができる。
[Negative Conductive Aid]
The negative electrode mixture layer 14 according to the present embodiment may add a conductive additive for the purpose of improving conductivity. The conductive auxiliary agent used in the present embodiment is not particularly limited, and a known material can be used. For example, carbon black such as acetylene black, ketjen black, furnace black, channel black, thermal black, carbon fiber such as vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotube (CNT), graphene, and carbon materials such as graphite 1 type or 2 types or more can be used.

[負極バインダー]
本実施形態に係る負極合剤層14は、負極活物質と負極導電助剤と負極集電体12との結着性の向上を目的としてバインダーを用いてもよい。本実施形態の負極合剤層に用いられる負極バインダーとしては、有機溶剤系バインダーでもよく、水系バインダーでもよい。例えば、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリアミド、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、アルギン酸塩、スチレン−ブタジエン共重合体(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリウレタンなどが挙げられ、これらの1種を用いてもよく、複数種を併用することもできる。特に充放電による膨張が大きいケイ素系の負極活物質を用いる場合、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリアミド、ポリアクリル酸が好適に用いることができる。なお、これら列挙したバインダーに限定されるものではない。
[Negative electrode binder]
The negative electrode mixture layer 14 according to this embodiment may use a binder for the purpose of improving the binding properties of the negative electrode active material, the negative electrode conductive additive, and the negative electrode current collector 12. The negative electrode binder used in the negative electrode mixture layer of the present embodiment may be an organic solvent binder or an aqueous binder. For example, polyamideimide, polyimide, polyamide, polyacrylic acid, polyacrylate, alginate, styrene-butadiene copolymer (SBR), carboxymethylcellulose (CMC), polyurethane and the like can be mentioned. It is also possible to use multiple types in combination. In particular, when a silicon-based negative electrode active material having a large expansion due to charge / discharge is used, polyamideimide, polyimide, polyamide, and polyacrylic acid can be preferably used. In addition, it is not limited to these enumerated binders.

[負極集電体]
本実施形態に係る負極集電体12は、導電性材料から構成され、その一方の主面または両面に負極合剤層14が配置される。前記負極集電体12を構成する材料は特に限定するものではないが、負極10に用いられる負極集電体12としては、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金箔を用いることができる。特に銅、銅合金、ステンレス鋼が好ましく、コストの面からは電解銅箔および圧延銅箔を好適に用いることができる。強度の面からは、ステンレス鋼や銅合金の圧延箔が好適に用いることができる。
[Negative electrode current collector]
The negative electrode current collector 12 according to this embodiment is made of a conductive material, and the negative electrode mixture layer 14 is disposed on one main surface or both surfaces thereof. Although the material which comprises the said negative electrode collector 12 is not specifically limited, As the negative electrode collector 12 used for the negative electrode 10, using copper, stainless steel, nickel, titanium, or these alloy foils. it can. In particular, copper, a copper alloy, and stainless steel are preferable. From the viewpoint of cost, an electrolytic copper foil and a rolled copper foil can be suitably used. From the viewpoint of strength, a rolled foil of stainless steel or copper alloy can be suitably used.

(リチウムイオン二次電池用正極)
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極20は、正極集電体22の少なくとも一方の主面に正極合剤層24が設けられ、前記正極合剤層24は、少なくともリチウムイオンを吸蔵および放出する正極活物質を含んでいる。
(Positive electrode for lithium ion secondary battery)
In the positive electrode 20 for a lithium ion secondary battery according to this embodiment, a positive electrode mixture layer 24 is provided on at least one main surface of a positive electrode current collector 22, and the positive electrode mixture layer 24 occludes at least lithium ions. It contains a positive electrode active material to be released.

[正極活物質]
本実施形態に係る正極活物質は、例えば、リチウム酸化物、リチウム硫化物、あるいはリチウムを含む層間化合物等のリチウム含有化合物が好適であり、これらの2種以上を混合して用いてもよい。特に、エネルギー密度を高くするには、一般式LiMOで表されるリチウム複合酸化物、あるいはリチウムを含んだ層間化合物が好ましい。なお、Mは1種類以上の遷移金属が好ましく、具体的には、Co、Ni、Mn、Fe、Al、V、Tiのうちの少なくとも1種が好ましい。xは、電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10の範囲内の値である。また、他にもスピネル型結晶構造を有するマンガンスピネル(LiMn)や、オリビン型結晶構造を有するリン酸鉄リチウム(LiFePO)なども、高いエネルギー密度を得ることができるので好ましい。
[Positive electrode active material]
The positive electrode active material according to this embodiment is preferably a lithium-containing compound such as lithium oxide, lithium sulfide, or an intercalation compound containing lithium, and a mixture of two or more of these may be used. In particular, in order to increase the energy density, a lithium composite oxide represented by the general formula Li x MO 2 or an intercalation compound containing lithium is preferable. M is preferably one or more transition metals, specifically, at least one of Co, Ni, Mn, Fe, Al, V, and Ti is preferable. x varies depending on the charge / discharge state of the battery, and is usually a value in the range of 0.05 ≦ x ≦ 1.10. In addition, manganese spinel (LiMn 2 O 4 ) having a spinel crystal structure, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) having an olivine crystal structure, and the like are preferable because they can provide a high energy density.

具体的には、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、LiNiCoMn(x+y+z+a=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦a≦1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素が挙げられる)、リチウムバナジウム化合物(LiV)、オリビン型LiMPO(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素、またはVOを示す)、チタン酸リチウム(LiTi12)、LiNiCoAl(0.9<x+y+z<1.1)などが挙げられる。また、これらの材料に限定することはなく、他にもリチウムイオンを電気化学的に吸蔵および放出する正極活物質材料であれば、特に制限はされない。 Specifically, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), LiNi x Co y Mn z M a O 2 (x + y + z + a = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ a ≦ 1, M is one or more elements selected from Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, Cr), lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 ), olivine type LiMPO 4 (where M represents one or more elements selected from Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al, and Zr, or VO), lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), LiNi x Co y Al z O 2 (0.9 <x + y + z <1.1) , and the like. Further, the material is not limited to these materials, and any other positive electrode active material that electrochemically occludes and releases lithium ions is not particularly limited.

[正極導電助剤]
本実施形態に係る正極合剤層24は、導電性の向上を目的として導電助剤を添加してもよい。本実施形態に用いられる導電助剤は特に制限されず、負極合剤層で使用される導電助剤と同様の周知の材料を用いることができる。
[Positive electrode conductive aid]
In the positive electrode mixture layer 24 according to the present embodiment, a conductive additive may be added for the purpose of improving conductivity. The conductive auxiliary agent used in the present embodiment is not particularly limited, and a known material similar to the conductive auxiliary agent used in the negative electrode mixture layer can be used.

[正極バインダー]
本実施形態に係る正極合剤層24は、正極活物質と正極導電助剤と正極集電体22との結着性の向上を目的としてバインダーを用いてもよい。本実施形態の正極合剤層24に用いられる正極バインダーとしては、有機溶剤系バインダーでもよく、水系バインダーでもよい。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエチレンビニルアルコール、ポリアクリレート、スチレン−ブタジエン共重合体(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリウレタンなどが挙げられ、これらの1種を用いてもよく、複数種を併用することもできる。なお、これら列挙したバインダーに限定されるものではない。
[Positive electrode binder]
The positive electrode mixture layer 24 according to this embodiment may use a binder for the purpose of improving the binding properties of the positive electrode active material, the positive electrode conductive additive, and the positive electrode current collector 22. The positive electrode binder used for the positive electrode mixture layer 24 of the present embodiment may be an organic solvent binder or an aqueous binder. For example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyimide, polyamideimide, polyamide, polyurethane, polyethylene vinyl alcohol, polyacrylate, styrene-butadiene copolymer (SBR), carboxymethylcellulose (CMC), polyurethane, and the like can be mentioned. Species may be used, and multiple types may be used in combination. In addition, it is not limited to these enumerated binders.

[正極集電体]
本実施形態に係る正極集電体22は、導電性材料から構成され、その一方の主面または両面に正極合剤層24が配置される。前記正極集電体22を構成する材料は特に限定するものではないが、正極20に用いられる正極集電体22としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金箔を用いることができ、特にアルミニウム箔が好ましい。
[Positive electrode current collector]
The positive electrode current collector 22 according to the present embodiment is made of a conductive material, and the positive electrode mixture layer 24 is disposed on one main surface or both surfaces thereof. Although the material which comprises the said positive electrode collector 22 is not specifically limited, As the positive electrode collector 22 used for the positive electrode 20, using aluminum, stainless steel, nickel, titanium, or these alloy foils. In particular, aluminum foil is preferable.

(セパレーター)
本実施形態に係るセパレーター18は、負極10と正極20との間に介在され、両極の接触による短絡を防止し、さらに電解質が含浸されていることにより、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレーター18は、例えば微小な孔を多数有する多孔性膜を備えるものであって、前記のセパレーター18の具体的な材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系多孔膜、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの高耐熱多孔膜、前記のポリオレフィン系多孔膜と高耐熱多孔膜との複合膜、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの不織布などが挙げられる。またセパレーター18は、例えばその厚みが5μm以上、50μm以下の範囲であると共に、その全体積中における空隙体積の比率を表す空孔率が20%以上、60%以下の範囲であるものが好ましい。
(separator)
The separator 18 according to the present embodiment is interposed between the negative electrode 10 and the positive electrode 20, prevents a short circuit due to contact between the two electrodes, and is impregnated with an electrolyte, thereby allowing lithium ions to pass therethrough. The separator 18 includes, for example, a porous film having a large number of minute pores. Specific materials of the separator 18 include polyolefin-based porous films such as polyethylene and polypropylene, polyimide, and polyamideimide. Examples thereof include a highly heat-resistant porous film, a composite film of the polyolefin-based porous film and the highly heat-resistant porous film, and a nonwoven fabric such as aromatic polyamide, polyimide, and polyamideimide. The separator 18 preferably has, for example, a thickness in the range of 5 μm to 50 μm, and a porosity representing a void volume ratio in the total volume of 20% to 60%.

(電解質)
本実施形態に係る電解質は、前記セパレーター18に含浸されており、例えば、溶媒とこの溶媒に溶解された電解質塩とを含んでおり、必要に応じて添加剤を含んでいてもよい。前記電解質の溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、などの環状炭酸エステル、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)などの鎖状炭酸エステル、酢酸メチル(MA),酢酸エチル(EA),プロピオン酸メチル(MP),プロピオン酸エチル(EP)などの鎖状カルボン酸エステル、または、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン(GVL)などの環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。これらのはいずれか1種、または2種以上を混合して溶媒として用いることができる。また、前記列挙した溶媒に限定されることはなく、電解質塩を溶解させてリチウムイオン二次電池100としたときにその特性を損なわない範囲でれば、特に制限はされない。
(Electrolytes)
The electrolyte according to this embodiment is impregnated in the separator 18 and includes, for example, a solvent and an electrolyte salt dissolved in the solvent, and may include an additive as necessary. Examples of the electrolyte solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), and chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate (EMC). Esters, chain carboxylic acid esters such as methyl acetate (MA), ethyl acetate (EA), methyl propionate (MP), ethyl propionate (EP), or γ-butyrolactone (GBL), γ-valerolactone (GVL) ) And the like. Any one of these may be used as a solvent by mixing two or more. Moreover, it is not limited to the enumerated solvent as long as it does not impair the characteristics when the electrolyte salt is dissolved to form the lithium ion secondary battery 100.

また、前記溶媒には、ビニレンカーボネート(VC)などの不飽和結合を有する環式炭酸エステルや、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)などのフッ素化環状カーボネート、1,3−プロパンスルトン(PS)などの硫黄含有化合物、フォスファゼン化合物などの難燃性液体を混合して溶媒として用いることができる。   Examples of the solvent include cyclic carbonates having an unsaturated bond such as vinylene carbonate (VC), fluorinated cyclic carbonates such as fluoroethylene carbonate (FEC) and difluoroethylene carbonate (DFEC), and 1,3-propane. A flame-retardant liquid such as a sulfur-containing compound such as sultone (PS) or a phosphazene compound can be mixed and used as a solvent.

(電解質塩)
本実施形態に係る電解質塩としては、例えばリチウム塩が挙げられ、電解質中で解離してリチウムイオンを供給するものである。このリチウム塩としては、特に限定されるものではないが、例えば、LiPF、LiBF、LiAsF、LiClO、LiB(C、LiCHSO、LiC(SOCF、LiN(CFSO(別名、LiTFSIと呼ぶこともある)、LiN(CSO(別名、LiBETIと呼ぶこともある)、LiCFSO、LiCSO、LiC(CFSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(SOF)(別名、LiFSIと呼ぶこともある)、LiAlCl、LiSiF、LiCl、LiCBO(別名、LiBOBと呼ぶこともある)、あるいはLiBrなどが挙げられ、これらの1種、または2種以上の任意の組み合わせから選択されるものを用いることができる。特に、LiPFは高いイオン伝導性を得ることができるため好適に用いることができる。
(Electrolyte salt)
Examples of the electrolyte salt according to the present embodiment include a lithium salt, which dissociates in the electrolyte and supplies lithium ions. As the lithium salt, is not particularly limited, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiClO 4, LiB (C 6 H 5) 4, LiCH 3 SO 3, LiC (SO 2 CF 3) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 (also referred to as LiTFSI), LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 (also referred to as LiBETI), LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 ), LiN (CF 3 SO 2 ) (C 3 F 7 SO 2 ), LiN (CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2), LiN (SO 2 F) 2 ( also known sometimes referred to as LiFSI), LiAlCl 4, LiSiF 6 , LiCl, LiC BO 8 (aka, sometimes referred to as LiBOB), or the like can be mentioned LiBr, can be used those selected from any combination of one, or two or more thereof. In particular, LiPF 6 can be suitably used because it can obtain high ionic conductivity.

(リチウムイオン二次電池の製造方法)
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、例えば、次のようにして製造することができる。
(Method for producing lithium ion secondary battery)
The lithium ion secondary battery 100 according to the present embodiment can be manufactured as follows, for example.

[負極の製造方法]
本実施形態に係る負極10は、負極活物質と、負極導電助剤と、負極バインダーと、溶媒とを混合分散させてペースト状の負極スラリーを作製する。前記溶媒としては、負極スラリーに添加するバインダーに対して良溶媒を用いることが望ましく、例えば、有機溶剤系バインダーであれば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキサイド、メチルエチルケトン、アセトニトリル、などが挙げられ、水系バインダーであれば、イオン交換水、蒸留水などが挙げられる。
[Production method of negative electrode]
In the negative electrode 10 according to the present embodiment, a negative electrode active material, a negative electrode conductive additive, a negative electrode binder, and a solvent are mixed and dispersed to prepare a paste-like negative electrode slurry. As the solvent, it is desirable to use a good solvent for the binder added to the negative electrode slurry. For example, in the case of an organic solvent-based binder, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, methyl ethyl ketone, acetonitrile and the like can be mentioned, and if it is an aqueous binder, ion-exchanged water, distilled water and the like can be mentioned.

次いで、前記負極スラリーを例えばコンマロールコーターを用いて、所定の厚みを有する負極合剤層14を銅箔などの負極集電体12の片面または両面に塗布し、乾燥炉内にて溶媒を乾燥させる。なお、負極合剤層14を前記負極集電体12の両面に塗布する場合は、両面とも同じ膜厚となる負極合剤層であることが望ましい。   Next, the negative electrode slurry is applied to one surface or both surfaces of the negative electrode current collector 12 such as a copper foil by using a comma roll coater, for example, and the solvent is dried in a drying furnace. Let In addition, when apply | coating the negative mix layer 14 on both surfaces of the said negative electrode collector 12, it is desirable that it is a negative mix layer which becomes the same film thickness on both surfaces.

次いで、前記負極合剤層14が形成された負極をロールプレス機などにより所定の厚みおよび密度になるように調整し、同時に負極合剤層14を負極集電体12の片面または両面に圧着させ、負極合剤層14と負極集電体12との密着性を高める。   Subsequently, the negative electrode on which the negative electrode mixture layer 14 is formed is adjusted to have a predetermined thickness and density by a roll press or the like, and at the same time, the negative electrode mixture layer 14 is pressure-bonded to one side or both sides of the negative electrode current collector 12. The adhesion between the negative electrode mixture layer 14 and the negative electrode current collector 12 is increased.

前記負極を金型で所定の電極サイズに打ち抜き、リチウムイオン二次電池用の負極10とする。前記の負極10の面積は、正極20の面積と同等以上のサイズであることが好ましい。負極10の面積を、対向する正極20の面積と同等以上のサイズすることで、リチウムの析出による内部短絡の発生を防止するためである。   The negative electrode is punched into a predetermined electrode size with a mold to obtain a negative electrode 10 for a lithium ion secondary battery. The area of the negative electrode 10 is preferably equal to or larger than the area of the positive electrode 20. This is to prevent the occurrence of an internal short circuit due to lithium deposition by making the area of the negative electrode 10 equal to or larger than the area of the opposing positive electrode 20.

前記負極10は、真空中または不活性ガスの雰囲気中において前記のバインダーの熱分解する温度以下で熱処理することで、バインダーの重合およびまたは架橋によって負極合剤層14と負極集電体12の界面、および負極活物質同士での密着性をさらに高めることができる。また、負極集電体12の表面が一定の表面粗さを有していれば、その表面の凹凸部分にバインダーが入り込むことにより、バインダーと負極集電体12の間にアンカー効果が作用し、密着性が向上する。そのため、リチウムイオンの吸蔵および放出によって負極活物質が体積膨張した場合においても、負極集電体12からの負極合剤層14の剥離を抑制することができる。   The negative electrode 10 is heat-treated in vacuum or in an inert gas atmosphere at a temperature not higher than the temperature at which the binder is thermally decomposed, whereby the interface between the negative electrode mixture layer 14 and the negative electrode current collector 12 is obtained by polymerization and / or crosslinking of the binder. , And the adhesion between the negative electrode active materials can be further increased. Further, if the surface of the negative electrode current collector 12 has a certain surface roughness, an anchor effect acts between the binder and the negative electrode current collector 12 by allowing the binder to enter the uneven portions of the surface, Adhesion is improved. Therefore, even when the negative electrode active material undergoes volume expansion due to insertion and extraction of lithium ions, peeling of the negative electrode mixture layer 14 from the negative electrode current collector 12 can be suppressed.

本実施形態に係る負極10は、負極合剤層14の表面の少なくとも一部にタンパク質の被膜を有する。タンパク質の被膜を形成する方法としては、例えば、塗布法、浸漬法、あるいはディップコーティング法などの液相法が挙げられる。これらの方法を単独で用いてもよいし、2種以上の方法を併用してもよい。例えば、浸積法では、タンパク質を含有する溶液中に、前記負極10を数秒から数分間含浸させ、その後負極10を引き上げて、乾燥させる。あるいは塗布法では、前記タンパク質を含有する溶液を負極10の負極合剤層14の表面に塗布し、乾燥させることで、タンパク質の被膜が形成される。塗布法では、コンマロールコーター、ドクターブレード、スピンコーターなどの装置を用いることができる。さらに、前記タンパク質の被膜の担持量は、前記タンパク質を含有する溶液の濃度、含浸回数、塗布回数などを調整することで、タンパク質の被膜の担持量を容易に制御することができる。   The negative electrode 10 according to the present embodiment has a protein film on at least a part of the surface of the negative electrode mixture layer 14. Examples of the method for forming a protein film include a liquid phase method such as a coating method, a dipping method, or a dip coating method. These methods may be used alone, or two or more methods may be used in combination. For example, in the immersion method, the negative electrode 10 is impregnated in a protein-containing solution for several seconds to several minutes, and then the negative electrode 10 is pulled up and dried. Alternatively, in the coating method, a protein film is formed by applying a solution containing the protein onto the surface of the negative electrode mixture layer 14 of the negative electrode 10 and drying the solution. In the coating method, devices such as a comma roll coater, a doctor blade, and a spin coater can be used. Furthermore, the amount of the protein film supported can be easily controlled by adjusting the concentration of the protein-containing solution, the number of impregnations, the number of times of application, and the like.

[タンパク質の被膜の同定]
本実施形態に係る負極の負極合剤層の表面に形成されたタンパク質の被膜の同定は、例えば電界放出形走査型電子顕微鏡(FE−SEM)、エネルギー分散型X線分光分析(EDX)、フーリエ変換赤外分光分析(FT−IR)の全反射減衰法(ATR法)、レーザーアブレーション−誘導結合プラズマ質量分析(LA−ICP−MS)、熱分解ガスクロマトグラフ質量分析などにより行うことができる。
[Identification of protein coating]
The identification of the protein film formed on the surface of the negative electrode mixture layer of the negative electrode according to the present embodiment is performed by, for example, a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), Fourier It can be performed by total reflection attenuation method (ATR method) of conversion infrared spectroscopic analysis (FT-IR), laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS), pyrolysis gas chromatograph mass spectrometry, or the like.

FE−SEMによる観察では、タンパク質の被膜を形成させる前後の負極合剤層の表面を観察することで、被膜の有無を簡便に確認することができる。   In the observation by FE-SEM, the presence or absence of the coating can be easily confirmed by observing the surface of the negative electrode mixture layer before and after forming the protein coating.

FT−IR分析では、被覆させる各タンパク質を粉末単体で測定しておき、各タンパク質の吸収スペクトル位置を確認し、次いで各タンパク質の被膜を形成させた負極の吸収スペクトル位置を測定することで、負極合剤層の表面におけるタンパク質の被膜の有無を確認することができる。   In FT-IR analysis, each protein to be coated is measured as a single powder, the absorption spectrum position of each protein is confirmed, and then the absorption spectrum position of the negative electrode on which each protein film is formed is measured. The presence or absence of a protein coating on the surface of the mixture layer can be confirmed.

なお、本実施形態におけるFT−IR分析によるタンパク質の解析においては、4000〜400cm−1の範囲で吸収スペクトルを収集し、1630cm−1付近の吸収スペクトルをペプチド結合(C=O伸縮振動)、1510cm−1付近の吸収スペクトルをペプチド結合(N−H変角振動およびC−N伸縮振動)、1225cm−1付近の吸収スペクトルをペプチド結合(C−N伸縮振動およびN−H変角振動)、3260cm−1付近の吸収スペクトルをタンパク質の側鎖のアミノ基(N−H伸縮振動)、1400cm−1付近の吸収スペクトルをタンパク質の側鎖カルボキシル基に帰属する吸収スペクトルとした。 In the analysis of proteins by FT-IR analysis in the present embodiment collects the absorption spectrum in the range of 4000 to 400 -1, peptide bond absorption spectrum around 1630cm -1 (C = O stretching vibration), 1510 cm Absorption spectrum in the vicinity of −1 is a peptide bond (N—H bending vibration and CN stretching vibration), and absorption spectrum in the vicinity of 1225 cm −1 is a peptide bond (CN stretching vibration and N—H bending vibration), 3260 cm. The absorption spectrum in the vicinity of −1 was the amino group (NH stretching vibration) of the side chain of the protein, and the absorption spectrum in the vicinity of 1400 cm −1 was taken as the absorption spectrum belonging to the side chain carboxyl group of the protein.

さらに、カゼインナトリウム、カゼインリチウム、カゼインカリウム、カゼインマグネシウム、カゼインカルシウム、カゼインストロンチウム、カゼインバリウム、カゼインアンモニウムは、LA−ICP−MS分析、またはEDX分析によりカゼインに含まれる金属元素を分析することで、各カゼインを同定することができる。   Furthermore, casein sodium, casein lithium, casein potassium, casein magnesium, casein calcium, caseinstrontium, casein barium, and casein ammonium are analyzed by analyzing metal elements contained in casein by LA-ICP-MS analysis or EDX analysis. Each casein can be identified.

[正極の製造方法]
本実施形態に係る正極20は、正極活物質と、正極導電助剤と、正極バインダーと、溶媒とを混合分散させて、ペースト状の正極スラリーを作製する。次いで、前記正極スラリーを例えばコンマロールコーターを用いて、所定の厚みを有する正極合剤層24をアルミニウム箔などの正極集電体22の片面または両面に塗布し、乾燥炉内にて溶媒を乾燥させる。なお、正極合剤層24を前記正極集電体22の両面に塗布する場合は、両面とも同じ膜厚となる正極合剤層であることが望ましい。
[Production method of positive electrode]
In the positive electrode 20 according to the present embodiment, a positive electrode active material, a positive electrode conductive additive, a positive electrode binder, and a solvent are mixed and dispersed to produce a paste-like positive electrode slurry. Next, the positive electrode slurry is applied to one surface or both surfaces of the positive electrode current collector 22 such as an aluminum foil by using a comma roll coater, for example, and the solvent is dried in a drying furnace. Let In addition, when apply | coating the positive mix layer 24 on both surfaces of the said positive electrode collector 22, it is desirable that it is a positive mix layer which becomes the same film thickness on both surfaces.

次いで、前記正極合剤層24が形成された正極をロールプレス機などにより所定の厚みおよび密度になるように調整し、同時に正極合剤層24を正極集電体22の片面または両面に圧着させ、正極合剤層24と正極集電体22との密着性を高める。   Next, the positive electrode on which the positive electrode mixture layer 24 is formed is adjusted to have a predetermined thickness and density by a roll press or the like, and at the same time, the positive electrode mixture layer 24 is pressure-bonded to one side or both sides of the positive electrode current collector 22. The adhesion between the positive electrode mixture layer 24 and the positive electrode current collector 22 is improved.

前記正極を金型で所定の電極サイズに打ち抜き、本実施形態のリチウムイオン二次電池用の正極20とする。前記の通り、前記の正極20の面積は、負極10の面積と同等以下のサイズであることが好ましい。正極20の面積を、対向する負極10の面積と同等以下のサイズにすることで、リチウムの析出による内部短絡の発生を防止するためである。   The positive electrode is punched into a predetermined electrode size with a mold to obtain a positive electrode 20 for a lithium ion secondary battery of this embodiment. As described above, the area of the positive electrode 20 is preferably equal to or smaller than the area of the negative electrode 10. This is to prevent the occurrence of an internal short circuit due to lithium deposition by making the area of the positive electrode 20 equal to or smaller than the area of the opposing negative electrode 10.

また前記の正極20においても負極10と同様に、使用するバインダーによって適宜熱処理を行っても良い。   Also, the positive electrode 20 may be appropriately heat-treated depending on the binder used, as with the negative electrode 10.

[電極積層体の作製]
負極10と正極20とをセパレーター18を介して積層することで電極積層体30を作製する。前記電極積層体30は、任意の積層数で構成することができる。なお、前記セパレーター18は、負極10と正極20とが直接接触するのを防ぐために、負極および正極よりも大きいサイズのものを好適に用いることができる。
[Production of electrode laminate]
The electrode laminate 30 is produced by laminating the negative electrode 10 and the positive electrode 20 via the separator 18. The electrode laminate 30 can be configured by any number of layers. In addition, in order to prevent the negative electrode 10 and the positive electrode 20 from contacting directly, the separator 18 can use the thing larger than a negative electrode and a positive electrode suitably.

次いで、前記の電極積層体30の負極10において、負極合剤層14を設けていない負極集電体の突起端部に、ニッケル製の負極リード60を取り付け、一方、電極積層体30の正極20においては、正極合剤層24を設けていない正極集電体の突起端部に、アルミニウム製の正極リード62を超音波溶接機によって取り付ける。そして、この電極積層体30を、アルミニウムのラミネートフィルムの外装体50内に挿入して周囲の1箇所を除いてヒートシールすることにより閉口部を形成し、外装体50内に所定量の電解質を注入した後に、残りの1箇所を減圧しながらヒートシールすることで密封し、リチウムイオン二次電池100(以後、ラミネートセルと呼ぶ場合がある)を作製することができる。   Next, in the negative electrode 10 of the electrode laminate 30, a negative electrode lead 60 made of nickel is attached to the protruding end portion of the negative electrode current collector that is not provided with the negative electrode mixture layer 14, while the positive electrode 20 of the electrode laminate 30 is provided. , The positive electrode lead 62 made of aluminum is attached to the protruding end portion of the positive electrode current collector not provided with the positive electrode mixture layer 24 by an ultrasonic welding machine. Then, the electrode laminate 30 is inserted into an aluminum laminate film outer package 50 and heat-sealed except for one peripheral portion to form a closed portion, and a predetermined amount of electrolyte is formed in the outer package 50. After the injection, the remaining one portion is sealed by heat-sealing while reducing the pressure, and the lithium ion secondary battery 100 (hereinafter sometimes referred to as a laminate cell) can be manufactured.

このリチウムイオン二次電池100では、充電を行うと、例えば、正極合剤層24からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極合剤層14に吸蔵される。また、放電を行うと、例えば、負極合剤層14からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極合剤層24に吸蔵される。   In the lithium ion secondary battery 100, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode mixture layer 24 and inserted into the negative electrode mixture layer 14 through the electrolytic solution. Further, when discharging is performed, for example, lithium ions are released from the negative electrode mixture layer 14 and are occluded in the positive electrode mixture layer 24 through the electrolytic solution.

(電池評価)
本実施形態において作製されるリチウムイオン二次電池は、下記の電池特性について評価することができる。
(Battery evaluation)
The lithium ion secondary battery produced in the present embodiment can be evaluated for the following battery characteristics.

[充放電サイクル試験]
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、例えば以下に示す充放電条件によって充放電サイクル特性を評価することができる。充放電サイクル試験条件は、25℃の環境下において、0.5Cレートの定電流で4.2Vの電池電圧になるまで定電流定電圧充電(CC−CV充電)を行い、その後、1.0Cレートの定電流で2.5Vの電池電圧になるまで放電させる(CC放電)。上記の充電と放電を1サイクルとし、これを所定のサイクル数まで繰り返した後の放電容量維持率を充放電サイクル特性として評価した。なお1Cレートとは、1時間でリチウムイオン二次電池を充電、または放電させるための電流値のことである。例えば、公称容量1Ahのリチウムイオン二次電池における1Cレートでは、1Aの電流値となる。なお、本実施形態における充放電サイクル特性は、以下の計算式によって定義される。

Figure 2017162693
[Charge / discharge cycle test]
The lithium ion secondary battery according to the present embodiment can evaluate charge / discharge cycle characteristics, for example, according to the following charge / discharge conditions. The charge / discharge cycle test conditions were as follows: constant current and constant voltage charge (CC-CV charge) until a battery voltage of 4.2 V was reached at a constant current of 0.5 C in an environment of 25 ° C., and then 1.0 C Discharge until the battery voltage reaches 2.5 V at a constant current (CC discharge). The above charge and discharge were set as one cycle, and the discharge capacity retention rate after repeating this to a predetermined number of cycles was evaluated as charge / discharge cycle characteristics. The 1C rate is a current value for charging or discharging the lithium ion secondary battery in one hour. For example, at a 1 C rate in a lithium ion secondary battery with a nominal capacity of 1 Ah, the current value is 1 A. In addition, the charging / discharging cycle characteristic in this embodiment is defined by the following calculation formulas.
Figure 2017162693

前記放電容量維持率は、例えばケイ素系の負極活物質をリチウムイオン二次電池に用いた場合は、例えば300サイクル時点での放電容量維持率にて評価することができる。一方、黒鉛を含む負極活物質をリチウムイオン二次電池に用いた場合は、放電容量維持率が比較的高いため、例えば600サイクル時点での放電容量維持率にて評価することができる。   For example, when a silicon-based negative electrode active material is used in a lithium ion secondary battery, the discharge capacity maintenance rate can be evaluated by, for example, the discharge capacity maintenance rate at 300 cycles. On the other hand, when a negative electrode active material containing graphite is used for a lithium ion secondary battery, the discharge capacity retention rate is relatively high, and therefore, it can be evaluated by, for example, the discharge capacity retention rate at 600 cycles.

[ラミネートセルの厚み膨張試験]
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池(ラミネートセル)は、充放電前と所定の充放電を繰り返した時点のラミネートセルの厚みを測定することで、ラミネートセルの厚みの膨張率を評価することができる。なお、本実施形態における膨張率は、以下の計算式により定義される。

Figure 2017162693
[Thickness expansion test of laminate cell]
The lithium ion secondary battery (laminate cell) according to the present embodiment evaluates the expansion coefficient of the laminate cell thickness by measuring the thickness of the laminate cell before charging / discharging and when the predetermined charging / discharging is repeated. Can do. In addition, the expansion coefficient in this embodiment is defined by the following calculation formula.
Figure 2017162693

[負極の劣化状態の観察]
充放電に伴う負極活物質の劣化状態は、負極合剤層の負極活物質の粒子形態を観察することで容易に行うことができる。例えば、充放電前と充放電後のリチウムイオン二次電池を用意し、これらをドライルーム内で分解し、負極をそれぞれ採取する。次いで、採取した負極をジメチルカーボネート(DMC)で洗浄し、ドライルーム内で乾燥させた後、電界放射形走査型電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて負極活物質の粒子形態から劣化状態を観察することができる。
[Observation of deterioration state of negative electrode]
The deterioration state of the negative electrode active material accompanying charging / discharging can be easily performed by observing the particle form of the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer. For example, lithium ion secondary batteries before and after charging / discharging are prepared, these are decomposed in a dry room, and negative electrodes are collected respectively. Next, the collected negative electrode was washed with dimethyl carbonate (DMC), dried in a dry room, and then observed for deterioration from the particle form of the negative electrode active material using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). can do.

以上、本発明に係る実施形態について詳細に説明したが、前記の実施形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、前記の実施形態においては、ラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池について説明したが、正極、負極およびセパレーターを巻回または折り畳んだ構造を有するリチウムイオン二次電池についても同様に適用することができる。さらに、電池形状として、円筒型、角型、コイン型などのリチウムイオン二次電池についても好適に応用することができる。   As mentioned above, although embodiment concerning this invention was described in detail, it is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above-described embodiment, the laminated film type lithium ion secondary battery has been described. However, the present invention can be similarly applied to a lithium ion secondary battery having a structure in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are wound or folded. it can. Furthermore, it can apply suitably also about lithium ion secondary batteries, such as a cylindrical shape, a square shape, and a coin type, as a battery shape.

以下、前記の実施形態に基づいて、さらに実施例および比較例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, based on the above-described embodiment, the present invention will be described in more detail using examples and comparative examples.

(リチウムイオン二次電池用負極の作製)
塗料組成比として、負極活物質としてケイ素を83重量%と、導電助剤としてアセチレンブラックを2重量%と、さらにバインダーとしてポリアミドイミドを15重量%秤量し、これらを自転公転する攪拌機(商品名:ハイブリッドミキサー)を用いて混合分散させ、最後に溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを添加し、所定の粘度に調整したペースト状の負極スラリーを作製した。そして、コンマロールコーターを用いて、この負極スラリーを銅箔(厚さ10μm)表面に所定の厚みで負極合剤層を塗布した。なお、負極合剤層に含まれる負極活物質重量は、負極合剤層の単位面積当たり2.0mg・cm−2とした。100℃の乾燥炉内にて前記の負極合剤層中のN−メチル−2−ピロリドン溶媒を乾燥除去させた後、もう一方の銅箔の裏面側にも同様の手順で負極合剤層を塗布した。なお、裏面側の負極合剤層に含まれる負極活物質重量も、負極合剤層の単位面積当たり2.0mg・cm−2とした。
(Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery)
As a paint composition ratio, 83% by weight of silicon as a negative electrode active material, 2% by weight of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 15% by weight of polyamideimide as a binder were weighed, and a stirrer (product name: The mixture was dispersed using a hybrid mixer, and finally N-methyl-2-pyrrolidone was added as a solvent to prepare a paste-like negative electrode slurry adjusted to a predetermined viscosity. And using the comma roll coater, this negative electrode slurry apply | coated the negative mix layer by predetermined thickness on the copper foil (thickness 10 micrometers) surface. The weight of the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture layer was 2.0 mg · cm −2 per unit area of the negative electrode mixture layer. After the N-methyl-2-pyrrolidone solvent in the negative electrode mixture layer was dried and removed in a drying furnace at 100 ° C., the negative electrode mixture layer was formed on the back side of the other copper foil by the same procedure. Applied. In addition, the negative electrode active material weight contained in the negative electrode mixture layer on the back side was also 2.0 mg · cm −2 per unit area of the negative electrode mixture layer.

前記の負極合剤層が形成された負極をロールプレス機によって、負極合剤層を負極集電体の両面に圧着させ、所定の密度を有する負極を得た。   The negative electrode on which the negative electrode mixture layer was formed was pressure-bonded to both surfaces of the negative electrode current collector by a roll press to obtain a negative electrode having a predetermined density.

前記の負極は、金型で19mm×23mmサイズの電極に打ち抜き、次いでバインダーであるポリアミドイミドの架橋および残留溶媒の乾燥除去を目的として、熱処理炉にて30℃・min−1の昇温速度で350℃まで昇温し、1時間保持した後に室温まで急冷させることでリチウムイオン二次電池用負極を得た。なお、前記の熱処理は減圧下の真空中にて実施した。 The negative electrode is punched into a 19 mm × 23 mm size electrode with a die, and then crosslinked at a polyamide imide serving as a binder and dried to remove residual solvent at a heating rate of 30 ° C. · min −1 in a heat treatment furnace. The temperature was raised to 350 ° C., held for 1 hour, and then rapidly cooled to room temperature to obtain a negative electrode for a lithium ion secondary battery. The heat treatment was performed in a vacuum under reduced pressure.

(実施例1〜8)
実施例1〜8に係るリチウムイオン二次電池用負極は、前記負極を0.2重量%カゼインナトリウム水溶液に1分間含浸させた後、負極を引き上げて60℃の乾燥機中で乾燥させることで、負極合剤層の表面に、カゼインナトリウムの被膜を担持させた。前記カゼインナトリウム水溶液は、イオン交換水にカゼインナトリウムの粉末を0.2重量%溶解させることで調製した。カゼインナトリウムの被膜担持量は、含浸回数を調整することで、表1に示した担持量にそれぞれ調製した。なお、カゼインナトリウムの被膜担持量は、含浸前後の負極の重量変化より算出し、負極活物質重量に対する重量%で表記した。
(Examples 1-8)
In the negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 8, the negative electrode was impregnated with 0.2 wt% sodium caseinate aqueous solution for 1 minute, and then the negative electrode was pulled up and dried in a dryer at 60 ° C. The sodium caseinate film was supported on the surface of the negative electrode mixture layer. The sodium caseinate aqueous solution was prepared by dissolving 0.2% by weight of sodium caseinate powder in ion-exchanged water. The coating amount of sodium caseinate was adjusted to the loading amount shown in Table 1 by adjusting the number of impregnations. In addition, the coating amount of sodium caseinate was calculated from a change in the weight of the negative electrode before and after the impregnation, and expressed as a weight percent with respect to the weight of the negative electrode active material.

(比較例1)
比較例1に係るリチウムイオン二次電池用負極は、カゼインナトリウムの被膜を担持させなかった。
(Comparative Example 1)
The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 did not carry a sodium caseinate coating.

(実施例9〜16)
実施例9〜16に係るリチウムイオン二次電池用負極は、負極活物質を酸化ケイ素に変更し、負極合剤層に含まれる負極活物質の重量を、負極合剤層の単位面積当たり3.3mg・cm−2とした以外は、実施例1と同様の手順でリチウムイオン二次電池用負極を作製した。カゼインナトリウムの被膜担持量は、含浸回数を調整することで、表2に示した担持量にそれぞれ調製した。
(Examples 9 to 16)
In the negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Examples 9 to 16, the negative electrode active material is changed to silicon oxide, and the weight of the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture layer is set to 3 per unit area of the negative electrode mixture layer. A negative electrode for a lithium ion secondary battery was produced in the same procedure as in Example 1 except that the concentration was 3 mg · cm −2 . The coating amount of sodium caseinate was adjusted to the loading amount shown in Table 2 by adjusting the number of impregnations.

(比較例2)
比較例2に係るリチウムイオン二次電池用負極は、比較例1の負極活物質を酸化ケイ素に変更し、負極合剤層に含まれる負極活物質の重量を、負極合剤層の単位面積当たり3.3mg・cm−2とした。なお、比較例1と同様にカゼインナトリウムの被膜は担持させなかった。
(Comparative Example 2)
In the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 2, the negative electrode active material of Comparative Example 1 was changed to silicon oxide, and the weight of the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture layer was determined per unit area of the negative electrode mixture layer. It was set to 3.3 mg · cm −2 . As in Comparative Example 1, a sodium caseinate coating was not supported.

(実施例17〜22)
実施例17、実施例19、実施例20に係るリチウムイオン二次電池用負極は、カゼインナトリウムの被膜を5重量%担持させた実施例4の負極を、1重量%の水酸化リチウム水溶液、1重量%の塩化カルシウム水溶液、1重量%の塩化マグネシウム水溶液にそれぞれ含浸させ、負極を引き上げて60℃の乾燥機中で乾燥させた。被膜であるカゼインナトリウム分子内のナトリウムイオンを前記水溶液中の各金属イオンで置換させることで、負極合剤層の表面に、カゼインリチウム、カゼインカルシウム、カゼインマグネシウムの被膜をそれぞれ担持させた。各実施例に係る負極合剤層をLA−ICP−MS分析、およびEDX分析した結果、各金属イオンが検出されたことから、カゼインリチウム、カゼインカルシウム、カゼインマグネシウムが生成されていることを確認した。
(Examples 17 to 22)
The negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Example 17, Example 19, and Example 20 were prepared by using the negative electrode of Example 4 in which a 5% by weight sodium casein coating was supported, a 1% by weight lithium hydroxide aqueous solution, A weight percent calcium chloride aqueous solution and a 1 weight percent magnesium chloride aqueous solution were impregnated, respectively, and the negative electrode was pulled up and dried in a dryer at 60 ° C. By replacing the sodium ions in the sodium caseinate molecule, which is a coating, with each metal ion in the aqueous solution, a coating of casein lithium, casein calcium, and casein magnesium was supported on the surface of the negative electrode mixture layer. As a result of LA-ICP-MS analysis and EDX analysis of the negative electrode mixture layer according to each example, each metal ion was detected, and it was confirmed that casein lithium, casein calcium, and casein magnesium were generated. .

実施例18に係るリチウムイオン二次電池用負極は、比較例1の負極を0.2重量%のカゼインカリウム水溶液に1分間含浸させた後、負極を引き上げて60℃の乾燥機中で乾燥させることで、負極合剤層の表面に、カゼインカリウムの被膜を担持させた。前記カゼインカリウム水溶液は、イオン交換水にカゼインカリウムの粉末を0.2重量%溶解させることで調製した。カゼインカリウムの担持量は、含浸回数を調整することで、表3に示した担持量に調製した。   In the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Example 18, the negative electrode of Comparative Example 1 was impregnated with 0.2 wt% potassium casein aqueous solution for 1 minute, and then the negative electrode was pulled up and dried in a dryer at 60 ° C. Thus, a potassium casein film was supported on the surface of the negative electrode mixture layer. The casein potassium aqueous solution was prepared by dissolving 0.2% by weight of potassium casein powder in ion-exchanged water. The amount of potassium casein was adjusted to the amount shown in Table 3 by adjusting the number of impregnations.

実施例21に係るリチウムイオン二次電池用負極は、比較例1の負極を0.2%重量のカゼインアンモニウム水溶液に1分間含浸させた後、負極を引き上げて60℃の乾燥機中で乾燥させることで、負極合剤層の表面に、カゼインアンモニウムの被膜を担持させた。前記カゼインアンモニウム水溶液は、0.05質量%のアンモニア水に、カゼインの粉末を0.2重量%溶解させることで調製した。カゼインアンモニウムの担持量は含浸回数を調整することで、表3に示した担持量に調製した。   In the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Example 21, the negative electrode of Comparative Example 1 was impregnated with a 0.2% weight aqueous casein ammonium solution for 1 minute, and then the negative electrode was pulled up and dried in a dryer at 60 ° C. Thus, a casein ammonium film was supported on the surface of the negative electrode mixture layer. The casein ammonium aqueous solution was prepared by dissolving 0.2% by weight of casein powder in 0.05% by mass of ammonia water. The amount of casein ammonium supported was adjusted to the amount shown in Table 3 by adjusting the number of impregnations.

実施例22に係るリチウムイオン二次電池用負極は、カゼインアンモニウムを担持させた実施例21の負極を0.05%の塩酸に1分間含浸させた後、負極を引き上げて60℃の乾燥機中で乾燥させることで、負極合剤層の表面に、カゼインの被膜を担持させた。なお、カゼインはイオン交換水中に溶解しなかったため、実施例21におけるカゼインアンモニウムのアンモニウムイオンを塩酸の水素イオンで置換させることにより、カゼインへ転換させた。   The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Example 22 was prepared by impregnating the negative electrode of Example 21 supporting casein ammonium with 0.05% hydrochloric acid for 1 minute, and then lifting the negative electrode in a dryer at 60 ° C. The casein film was supported on the surface of the negative electrode mixture layer. Since casein did not dissolve in ion-exchanged water, it was converted to casein by substituting ammonium ion of casein ammonium in Example 21 with hydrogen ion of hydrochloric acid.

(実施例23〜30)
実施例23〜30に係るリチウムイオン二次電池用負極は、比較例1の負極を0.2重量%のアルブミン水溶液に1分間含浸させた後、負極を引き上げて60℃の乾燥機中で乾燥させることで、負極合剤層の表面に、アルブミンの被膜を担持させた。前記アルブミン水溶液は、イオン交換水にアルブミンの粉末を0.2重量%溶解させることで調製した。アルブミンの担持量は含浸回数を調整することで、表4に示した担持量にそれぞれ調製した。
(Examples 23 to 30)
In the negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Examples 23 to 30, the negative electrode of Comparative Example 1 was impregnated with 0.2% by weight albumin aqueous solution for 1 minute, and then the negative electrode was pulled up and dried in a dryer at 60 ° C. By doing so, the albumin coating was supported on the surface of the negative electrode mixture layer. The albumin aqueous solution was prepared by dissolving 0.2% by weight of albumin powder in ion-exchanged water. The supported amount of albumin was adjusted to the supported amount shown in Table 4 by adjusting the number of impregnations.

(実施例31〜37)
実施例31〜37に係るリチウムイオン二次電池用負極は、比較例1の負極を0.2%重量のリゾチーム水溶液に1分間含浸させた後、負極を引き上げて60℃の乾燥機中で乾燥させることで、負極合剤層の表面に、リゾチームの被膜を担持させた。前記リゾチーム水溶液は、イオン交換水にリゾチームの粉末を0.2重量%溶解させることで調製した。リゾチームの担持量は含浸回数を調整することで、表5に示した担持量にそれぞれ調製した。
(Examples 31-37)
In the negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Examples 31 to 37, the negative electrode of Comparative Example 1 was impregnated with 0.2% by weight lysozyme aqueous solution for 1 minute, and then the negative electrode was pulled up and dried in a dryer at 60 ° C. As a result, a lysozyme film was supported on the surface of the negative electrode mixture layer. The lysozyme aqueous solution was prepared by dissolving 0.2% by weight of lysozyme powder in ion-exchanged water. The supported amount of lysozyme was adjusted to the supported amount shown in Table 5 by adjusting the number of impregnations.

(実施例38〜44)
実施例38〜44に係るリチウムイオン二次電池用負極は、比較例1の負極を0.2重量%のグロブリン水溶液に1分間含浸させた後、負極を引き上げて60℃の乾燥機中で乾燥させることで、負極合剤層の表面に、グロブリンの被膜を担持させた。前記グロブリン水溶液は、イオン交換水にグロブリンの粉末を0.2重量%溶解させることで調製した。グロブリンの担持量は含浸回数を調整することで、表6に示した担持量にそれぞれ調製した。
(Examples 38 to 44)
In the negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Examples 38 to 44, the negative electrode of Comparative Example 1 was impregnated with a 0.2 wt% globulin aqueous solution for 1 minute, and then the negative electrode was pulled up and dried in a dryer at 60 ° C. As a result, a globulin film was supported on the surface of the negative electrode mixture layer. The globulin aqueous solution was prepared by dissolving 0.2% by weight of globulin powder in ion exchange water. The supported amount of globulin was adjusted to the supported amount shown in Table 6 by adjusting the number of impregnations.

(比較例3)
比較例3に係るリチウムイオン二次電池用負極は、比較例1の負極活物質を黒鉛に変更し、負極合剤層に含まれる負極活物質の重量を、負極合剤層の単位面積当たり14.0mg・cm−2とした以外は、比較例1と同様の手順でリチウムイオン二次電池用負極を作製した。
(Comparative Example 3)
In the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 3, the negative electrode active material of Comparative Example 1 was changed to graphite, and the weight of the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture layer was set to 14 per unit area of the negative electrode mixture layer. A negative electrode for a lithium ion secondary battery was produced in the same procedure as in Comparative Example 1 except that the concentration was 0.0 mg · cm −2 .

(実施例45)
実施例45に係るリチウムイオン二次電池用負極は、比較例3の負極合剤層の表面にカゼインナトリウムを5重量%担持させたものを比較例4のリチウムイオン二次電池用負極とした。
(Example 45)
The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Example 45 was obtained by supporting 5% by weight of sodium caseinate on the surface of the negative electrode mixture layer of Comparative Example 3 as a negative electrode for a lithium ion secondary battery of Comparative Example 4.

(比較例4)
比較例4に係るリチウムイオン二次電池用負極は、負極活物質をケイ素と黒鉛の混合系負極活物質(50重量%:50重量%)に変更し、負極合剤層に含まれる負極活物質の重量を、負極合剤層の単位面積当たり2.7mg・cm−2とした以外は、比較例1と同様の手順でリチウムイオン二次電池用負極を作製した。
(Comparative Example 4)
In the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 4, the negative electrode active material is changed to a mixed negative electrode active material (50% by weight: 50% by weight) of silicon and graphite, and the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture layer A negative electrode for a lithium ion secondary battery was produced in the same procedure as Comparative Example 1 except that the weight of was 2.7 mg · cm −2 per unit area of the negative electrode mixture layer.

(実施例46)
実施例46に係るリチウムイオン二次電池用負極は、比較例4の負極合剤層の表面にカゼインナトリウムを5重量%担持させたものを実施例46のリチウムイオン二次電池用負極とした。
(Example 46)
The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Example 46 was obtained by supporting 5% by weight of sodium caseinate on the surface of the negative electrode mixture layer of Comparative Example 4 as the negative electrode for a lithium ion secondary battery of Example 46.

(比較例5)
比較例5に係るリチウムイオン二次電池用負極は、負極活物質を酸化ケイ素と黒鉛の混合系負極活物質(50重量%:50重量%)に変更し、負極合剤層に含まれる負極活物質の重量を、負極合剤層の単位面積当たり5.0mg・cm−2とした以外は、比較例1と同様の手順でリチウムイオン二次電池用負極を作製した。
(Comparative Example 5)
In the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 5, the negative electrode active material was changed to a mixed negative electrode active material of silicon oxide and graphite (50 wt%: 50 wt%), and the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture layer A negative electrode for a lithium ion secondary battery was produced in the same procedure as Comparative Example 1 except that the weight of the substance was 5.0 mg · cm −2 per unit area of the negative electrode mixture layer.

(実施例47)
実施例47に係るリチウムイオン二次電池用負極は、比較例5の負極合剤層の表面にカゼインナトリウムを5重量%担持させたものを実施例47のリチウムイオン二次電池用負極とした。
(Example 47)
The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Example 47 was obtained by supporting 5% by weight of sodium caseinate on the surface of the negative electrode mixture layer of Comparative Example 5 as the negative electrode for a lithium ion secondary battery of Example 47.

(リチウムイオン二次電池用正極の作製)
正極活物質としてニッケルコバルトアルミ酸リチウム(NCA)を96重量%と、導電助剤としてケッチェンブラックを2重量%と、バインダーとしてPVdFを2重量%と、N−メチル−2−ピロリドンの溶媒とを混合分散させて、ペースト状の正極スラリーを作製した。
そして、コンマロールコーターを用いて、この正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に所定の厚みとなるように、均一に正極合剤層を塗布した。なお、正極合剤層に含まれる正極活物質重量は、正極合剤層の単位面積当たり22mg・cm−2とした。次いで、乾燥炉内にて、110℃の大気雰囲気下で前記の正極合剤層中のN−メチル−2−ピロリドンを乾燥除去させた。なお、前記のアルミニウム箔の両面に塗布された正極合剤層の塗膜の厚みは、ほぼ同じ膜厚に調整した。前記の正極活物質が形成された正極をロールプレス機によって、正極合剤層を正極集電体の両面に圧着させ、所定の密度を有する正極を得た。
(Preparation of positive electrode for lithium ion secondary battery)
96 wt% of nickel cobalt lithium aluminate (NCA) as a positive electrode active material, 2 wt% of ketjen black as a conductive additive, 2 wt% of PVdF as a binder, a solvent of N-methyl-2-pyrrolidone, Were mixed and dispersed to prepare a paste-like positive electrode slurry.
Then, using a comma roll coater, the positive electrode mixture layer was uniformly applied on both surfaces of the aluminum foil having a thickness of 20 μm so as to have a predetermined thickness. The weight of the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer was 22 mg · cm −2 per unit area of the positive electrode mixture layer. Next, N-methyl-2-pyrrolidone in the positive electrode mixture layer was dried and removed in a drying furnace in an air atmosphere at 110 ° C. In addition, the thickness of the coating film of the positive mix layer apply | coated to both surfaces of the said aluminum foil was adjusted to the substantially same film thickness. The positive electrode on which the positive electrode active material was formed was pressure-bonded to both surfaces of the positive electrode current collector by a roll press to obtain a positive electrode having a predetermined density.

前記の正極は、金型を用いて18mm×22mmの電極サイズに打ち抜き、リチウムイオン二次電池用正極を作製した。   The positive electrode was punched into an electrode size of 18 mm × 22 mm using a mold to produce a positive electrode for a lithium ion secondary battery.

(リチウムイオン二次電池の作製)
前記の作製した実施例および比較例に係るリチウムイオン二次電池用負極は、前記のリチウムイオン二次電池用正極と、厚さ16μmの22mm×23mmサイズのポリエチレン製のセパレーターを介して積層し、電極積層体を作製した。これを電極体1層とし、同様の作製方法にて4層で構成された電極積層体を作製した。なお、前記の負極および正極は、両面に各合剤層を備えているため、負極3枚と正極2枚とセパレーター4枚とで構成されている。さらに、前記の電極積層体の負極において、負極合剤層を設けていない銅箔の突起端部にニッケル製の負極リードを取り付け、一方、電極積層体の正極においては、正極合剤層を設けていないアルミニウム箔の突起端部にアルミニウム製の正極リードを超音波融着機によって取り付けた。そしてこの電極積層体を、外装体用のアルミニウムのラミネートフィルムに融着させ、前記のラミネートフィルムを折り畳むことで前記の電極体を外装体内に挿入させた。外装体周囲の1辺を除いてヒートシールすることにより閉口部を形成し、この開口部より、FEC/DECが3:7の体積割合で配合された溶媒中に、リチウム塩としてLiPFが1mol・L−1となるように添加された電解液を注入した。そして、前記の外装体の開口部を真空シール機によって減圧しながらヒートシールで密封し、実施例および比較例に係るラミネートタイプのリチウムイオン二次電池をそれぞれ作製した。
(Production of lithium ion secondary battery)
The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the above-described Examples and Comparative Examples was laminated with the positive electrode for a lithium ion secondary battery via a polyethylene separator having a thickness of 16 μm and a size of 22 mm × 23 mm, An electrode laminate was prepared. This was used as one electrode body, and an electrode laminate composed of four layers was produced by the same production method. In addition, since the said negative electrode and a positive electrode are equipped with each mixture layer on both surfaces, they are comprised by 3 negative electrodes, 2 positive electrodes, and 4 separators. Furthermore, in the negative electrode of the electrode laminate, a negative electrode lead made of nickel is attached to the protruding end of the copper foil not provided with the negative electrode mixture layer, while the positive electrode mixture layer is provided in the positive electrode of the electrode laminate. The positive electrode lead made of aluminum was attached to the protruding end portion of the aluminum foil that was not formed by an ultrasonic fusion machine. Then, this electrode laminate was fused to an aluminum laminate film for an exterior body, and the laminate film was folded to insert the electrode body into the exterior body. A closed portion is formed by heat-sealing except for one side around the outer casing, and 1 mol of LiPF 6 is used as a lithium salt in a solvent in which FEC / DEC is mixed at a volume ratio of 3: 7 from the opening. -The electrolyte solution added so that it might become L- 1 was inject | poured. And the opening part of the said exterior body was sealed by heat sealing, reducing pressure with a vacuum sealing machine, and the laminate type lithium ion secondary battery which concerns on an Example and a comparative example was produced, respectively.

(結果)
代表として実施例4と比較例1に係るリチウムイオン二次電池用負極のFE−SEM写真を図2および図3に示す。実施例4に係るリチウムイオン二次電池用負極(図2)では、負極合剤層の表面にカゼインナトリウムと思われる被膜の存在が観察された。一方、比較例1に係るリチウムイオン二次電池用負極(図3)では、負極合剤層の表面に被膜の存在は観察されなかった。
(result)
As representative examples, FE-SEM photographs of negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Example 4 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. In the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Example 4 (FIG. 2), the presence of a coating that was considered to be sodium caseinate was observed on the surface of the negative electrode mixture layer. On the other hand, in the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 (FIG. 3), the presence of a coating on the surface of the negative electrode mixture layer was not observed.

実施例4と比較例1に係るリチウムイオン二次電池用負極のFT−IR分析の結果を図4に示す。実施例4に係るリチウムイオン二次電池用負極では、カゼインナトリウムのペプチド結合に帰属する吸収スペクトルを1630cm−1付近、1510cm−1付近、カゼインナトリウムの側鎖のアミノ基に帰属する吸収スペクトルを3260cm−1付近に確認した。一方、比較例1に係るリチウムイオン二次電池用負極では、前記の吸収スペクトルは確認されなかった。さらにEDX分析(またはLA−ICP−MS分析)の結果から、実施例4に係る負極合剤層表面からナトリウム元素が検出された。以上の解析結果から、実施例4に係る負極合剤層の表面に担持されている被膜(図3)が、カゼインナトリウムであることを確認した。 The result of the FT-IR analysis of the negative electrode for lithium ion secondary batteries according to Example 4 and Comparative Example 1 is shown in FIG. In the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Example 4, 3260Cm near 1630 cm -1 an absorption spectrum attributable to the peptide bond sodium caseinate, 1510 cm around -1, the absorption spectrum attributable to the amino groups of the side chains of sodium caseinate -1 was confirmed in the vicinity. On the other hand, in the negative electrode for lithium ion secondary batteries according to Comparative Example 1, the absorption spectrum was not confirmed. Furthermore, sodium element was detected from the surface of the negative electrode mixture layer according to Example 4 from the results of EDX analysis (or LA-ICP-MS analysis). From the above analysis results, it was confirmed that the coating (FIG. 3) carried on the surface of the negative electrode mixture layer according to Example 4 was sodium caseinate.

それ以外の実施例に係るリチウムイオン二次電池用負極においても、実施例4と同様の解析手法を用いて、負極合剤層の表面に各タンパク質の被膜が担持されていることを確認した。   Also in the negative electrode for lithium ion secondary batteries according to the other examples, it was confirmed that the protein coating was supported on the surface of the negative electrode mixture layer using the same analysis method as in Example 4.

実施例1〜8および比較例1に係るリチウムイオン二次電池の電池特性(300サイクル後)の結果を表1に示す。なお、充放電サイクル特性、およびラミネートセルの厚み膨張率については、比較例1の測定結果をそれぞれ100%として、比較例1の測定結果に対する相対比として示す。ケイ素を含む負極合剤層にカゼインナトリウムの被膜を担持させた実施例に係るリチウムイオン二次電池では、被膜を担持させていない比較例1に係るリチウムイオン二次電池よりもラミネートセルの厚み膨張率が抑制され、さらに充放電サイクル特性も優れた。特に、カゼインナトリウムの被膜担持量が0.5〜50重量%である場合、より充放電サイクル特性が優れた。カゼインナトリウムの被膜担持量が、60重量%になると充放電サイクル特性が低下する傾向にあった。これは被膜担持量が過剰になると、被膜が抵抗成分となり、リチウムイオンの吸蔵および放出を阻害しているものと思われる。

Figure 2017162693
Table 1 shows the results of the battery characteristics (after 300 cycles) of the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 8 and Comparative Example 1. In addition, about the charge / discharge cycle characteristic and the thickness expansion coefficient of the laminate cell, the measurement result of Comparative Example 1 is set to 100%, and the relative ratio to the measurement result of Comparative Example 1 is shown. In the lithium ion secondary battery according to the example in which the sodium caseinate film is supported on the negative electrode mixture layer containing silicon, the thickness expansion of the laminate cell is larger than that of the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 in which the film is not supported. The rate was suppressed, and the charge / discharge cycle characteristics were also excellent. In particular, when the amount of sodium caseinate coating was 0.5 to 50% by weight, the charge / discharge cycle characteristics were more excellent. When the coating amount of sodium caseinate was 60% by weight, the charge / discharge cycle characteristics tended to deteriorate. This is presumably because when the amount of the coating film is excessive, the coating film becomes a resistance component, which inhibits occlusion and release of lithium ions.
Figure 2017162693

実施例9〜16および比較例2に係るリチウムイオン二次電池の電池特性(300サイクル後)の結果を表2に示す。なお、充放電サイクル特性、およびラミネートセルの厚み膨張率については、比較例2の測定結果をそれぞれ100%として、比較例2の測定結果に対する相対比として示す。負極活物質として酸化ケイ素を用いた場合においても、負極合剤層にカゼインナトリウムの被膜を担持させた実施例に係るリチウムイオン二次電池では、被膜を担持していない比較例2に係るリチウムイオン二次電池よりもラミネートセルの厚み膨張率が抑制され、さらに充放電サイクル特性も優れた。特に、カゼインナトリウムの被膜担持量が0.5〜50重量%である場合、充放電サイクル特性がより優れた。

Figure 2017162693
Table 2 shows the results of the battery characteristics (after 300 cycles) of the lithium ion secondary batteries according to Examples 9 to 16 and Comparative Example 2. In addition, about the charging / discharging cycle characteristic and the thickness expansion coefficient of a laminate cell, the measurement result of the comparative example 2 is set as 100%, and it shows as a relative ratio with respect to the measurement result of the comparative example 2. Even in the case of using silicon oxide as the negative electrode active material, in the lithium ion secondary battery according to the example in which the negative electrode mixture layer is supported with the sodium casein film, the lithium ion according to Comparative Example 2 that does not carry the film. The thickness expansion coefficient of the laminate cell was suppressed as compared with the secondary battery, and the charge / discharge cycle characteristics were also excellent. In particular, when the amount of sodium caseinate coating was 0.5 to 50% by weight, the charge / discharge cycle characteristics were more excellent.
Figure 2017162693

実施例17〜22に係るリチウムイオン二次電池の電池特性(300サイクル後)の結果を表3に示す。なお、充放電サイクル特性、およびラミネートセルの厚み膨張率については、比較例1の測定結果をそれぞれ100%として、比較例1の測定結果に対する相対比として示す。負極合剤層にカゼインリチウム、カゼインカリウム、カゼインカルシウム、カゼインマグネシウム、カゼインアンモニウム、カゼインの被膜を担持させた実施例17〜22に係るリチウムイオン二次電池では、被膜を担持させていない比較例1に係るリチウムイオン二次電池よりもラミネートセルの厚み膨張率が抑制され、さらに充放電サイクル特性が優れた。特にカゼインのアルカリ金属塩、カゼインのアルカリ土類金属塩、カゼインマグネシウムの被膜を担持させた実施例において、厚み膨張率および充放電サイクル特性の改善効果が大きかった。

Figure 2017162693
Table 3 shows the results of the battery characteristics (after 300 cycles) of the lithium ion secondary batteries according to Examples 17 to 22. In addition, about the charge / discharge cycle characteristic and the thickness expansion coefficient of the laminate cell, the measurement result of Comparative Example 1 is set to 100%, and the relative ratio to the measurement result of Comparative Example 1 is shown. In the lithium ion secondary batteries according to Examples 17 to 22 in which the negative electrode mixture layer is loaded with a casein lithium, casein potassium, casein calcium, casein magnesium, casein ammonium, and casein film, Comparative Example 1 in which no film is supported The thickness expansion coefficient of the laminate cell was suppressed and the charge / discharge cycle characteristics were superior to those of the lithium ion secondary battery according to the present invention. In particular, in the examples in which a coating of casein alkali metal salt, casein alkaline earth metal salt, and casein magnesium was supported, the effect of improving the thickness expansion coefficient and charge / discharge cycle characteristics was great.
Figure 2017162693

実施例23〜30に係るリチウムイオン二次電池の電池特性(300サイクル後)の結果を表4に示す。なお、充放電サイクル特性、およびラミネートセルの厚み膨張率については、比較例1の測定結果をそれぞれ100%として、比較例1の測定結果に対する相対比として示す。負極合剤層にアルブミンの被膜を担持させた実施例23〜30に係るリチウムイオン二次電池では、被膜を担持していない比較例1に係るリチウムイオン二次電池よりもラミネートセルの厚み膨張率が抑制され、さらに充放電サイクル特性が優れた。特に、アルブミンの被膜担持量が0.5〜50重量%である場合、充放電サイクル特性がより優れた。

Figure 2017162693
Table 4 shows the results of the battery characteristics (after 300 cycles) of the lithium ion secondary batteries according to Examples 23 to 30. In addition, about the charge / discharge cycle characteristic and the thickness expansion coefficient of the laminate cell, the measurement result of Comparative Example 1 is set to 100%, and the relative ratio to the measurement result of Comparative Example 1 is shown. In the lithium ion secondary batteries according to Examples 23 to 30 in which the negative electrode mixture layer was supported with the albumin coating, the thickness expansion coefficient of the laminate cell was higher than that of the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 that was not supporting the coating. The charge / discharge cycle characteristics were excellent. In particular, when the amount of the albumin film supported was 0.5 to 50% by weight, the charge / discharge cycle characteristics were more excellent.
Figure 2017162693

実施例31〜37に係るリチウムイオン二次電池の電池特性(300サイクル後)の結果を表5に示す。なお、充放電サイクル特性、およびラミネートセルの厚み膨張率については、比較例1の測定結果をそれぞれ100%として、比較例1の測定結果に対する相対比として示す。負極合剤層にリゾチームの被膜を担持させた実施例31〜37に係るリチウムイオン二次電池では、被膜を担持していない比較例1に係るリチウムイオン二次電池よりもラミネートセルの膨張が抑制され、さらに充放電サイクル特性が優れた。特に、リゾチームの被膜担持量が0.5〜50重量%である場合、充放電サイクル特性がより優れた。

Figure 2017162693
Table 5 shows the results of the battery characteristics (after 300 cycles) of the lithium ion secondary batteries according to Examples 31 to 37. In addition, about the charge / discharge cycle characteristic and the thickness expansion coefficient of the laminate cell, the measurement result of Comparative Example 1 is set to 100%, and the relative ratio to the measurement result of Comparative Example 1 is shown. In the lithium ion secondary batteries according to Examples 31 to 37 in which the negative electrode mixture layer was supported with the lysozyme film, the expansion of the laminate cell was suppressed as compared with the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 that was not supported with the film. Furthermore, the charge / discharge cycle characteristics were excellent. In particular, when the coating amount of lysozyme was 0.5 to 50% by weight, the charge / discharge cycle characteristics were more excellent.
Figure 2017162693

実施例38〜44に係るリチウムイオン二次電池の電池特性(300サイクル後)の結果を表6に示す。なお、充放電サイクル特性、およびラミネートセルの厚み膨張率については、比較例1の測定結果をそれぞれ100%として、比較例1の測定結果に対する相対比として示す。負極合剤層にグロブリンの被膜を担持させた実施例38〜44に係るリチウムイオン二次電池では、被膜を担持していない比較例1のリチウムイオン二次電池よりもラミネートセルの厚み膨張率が抑制され、さらに充放電サイクル特性が優れた。特に、グロブリンの被膜担持量が0.5〜50重量%である場合、充放電サイクル特性がより優れた。

Figure 2017162693
Table 6 shows the results of the battery characteristics (after 300 cycles) of the lithium ion secondary batteries according to Examples 38 to 44. In addition, about the charge / discharge cycle characteristic and the thickness expansion coefficient of the laminate cell, the measurement result of Comparative Example 1 is set to 100%, and the relative ratio to the measurement result of Comparative Example 1 is shown. In the lithium ion secondary batteries according to Examples 38 to 44 in which the globulin film was supported on the negative electrode mixture layer, the thickness expansion coefficient of the laminate cell was higher than that of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 that did not support the film. In addition, the charge / discharge cycle characteristics were excellent. In particular, when the globulin film carrying amount was 0.5 to 50% by weight, the charge / discharge cycle characteristics were more excellent.
Figure 2017162693

実施例45および比較例3に係るリチウムイオン二次電池の電池特性(600サイクル後)の結果を表7に示す。なお、充放電サイクル特性、およびラミネートセルの厚み膨張率については、比較例3の測定結果をそれぞれ100%として、比較例3の測定結果に対する相対比として示す。負極活物質として黒鉛を用いた実施例45に係るリチウムイオン二次電池では、負極合剤層にカゼインナトリウムの被膜を担持させても、ラミネートセルの厚み膨張率および充放電サイクル特性の顕著たる改善効果は確認できなかった。

Figure 2017162693
Table 7 shows the results of the battery characteristics (after 600 cycles) of the lithium ion secondary batteries according to Example 45 and Comparative Example 3. In addition, about the charge / discharge cycle characteristic and the thickness expansion coefficient of the laminate cell, the measurement result of Comparative Example 3 is set to 100%, and the relative ratio to the measurement result of Comparative Example 3 is shown. In the lithium ion secondary battery according to Example 45 using graphite as the negative electrode active material, the thickness expansion coefficient and charge / discharge cycle characteristics of the laminate cell were significantly improved even when the sodium caseinate film was supported on the negative electrode mixture layer. The effect could not be confirmed.
Figure 2017162693

実施例46および比較例4に係るリチウムイオン二次電池の電池特性(300サイクル後)の結果を表8に示す。なお、充放電サイクル特性、およびラミネートセルの厚み膨張率については、比較例4の測定結果をそれぞれ100%として、比較例4の測定結果に対する相対比として示す。負極活物質としてケイ素と黒鉛とを混合させた実施例46に係るリチウムイオン二次電池では、負極合剤層にカゼインナトリウムの被膜を担持することで、被膜を担持していない比較例4よりもラミネートセルの厚み膨張率が抑制され、さらに充放電サイクル特性が優れた。

Figure 2017162693
Table 8 shows the results of the battery characteristics (after 300 cycles) of the lithium ion secondary batteries according to Example 46 and Comparative Example 4. In addition, about the charge / discharge cycle characteristic and the thickness expansion coefficient of the laminate cell, the measurement result of Comparative Example 4 is set to 100%, and the relative ratio to the measurement result of Comparative Example 4 is shown. In the lithium ion secondary battery according to Example 46 in which silicon and graphite were mixed as the negative electrode active material, the negative electrode mixture layer was supported with the sodium caseinate coating, which was more than the comparative example 4 that did not support the coating. The thickness expansion coefficient of the laminate cell was suppressed, and the charge / discharge cycle characteristics were excellent.
Figure 2017162693

実施例47および比較例5に係るリチウムイオン二次電池の電池特性(600サイクル後)の結果を表9に示す。なお、充放電サイクル特性、およびラミネートセルの厚み膨張率については、比較例5の測定結果をそれぞれ100%として、比較例5の測定結果に対する相対比として示す。負極活物質として酸化ケイ素と黒鉛とを混合させた実施例47に係るリチウムイオン二次電池では、負極合剤層にカゼインナトリウムの被膜を担持することで、被膜を担持していない比較例5よりもラミネートセルの厚み膨張率が抑制され、さらに充放電サイクル特性が優れた。

Figure 2017162693
Table 9 shows the results of the battery characteristics (after 600 cycles) of the lithium ion secondary batteries according to Example 47 and Comparative Example 5. In addition, about the charging / discharging cycle characteristic and the thickness expansion coefficient of a laminate cell, the measurement result of the comparative example 5 is set as 100%, and it shows as a relative ratio with respect to the measurement result of the comparative example 5. In the lithium ion secondary battery according to Example 47 in which silicon oxide and graphite were mixed as the negative electrode active material, the negative electrode mixture layer was supported with a sodium caseinate coating, which was compared with Comparative Example 5 where no coating was supported. Also, the thickness expansion coefficient of the laminate cell was suppressed, and the charge / discharge cycle characteristics were excellent.
Figure 2017162693

次いで、代表としてカゼインナトリウムの被膜を担持した実施例4に係るリチウムイオン二次電池の300サイクル後の負極のFE−SEM写真を図5に示す。前記負極では、300サイクル後においても負極合剤層の表面はカゼインナトリウムの被膜で覆われており、負極合剤層におけるクラックが抑制されていた。さらに負極合剤層の表面に存在する負極活物質は、その形態を維持しており、顕著たる微粉化は観察されなかった。   Next, FIG. 5 shows a FE-SEM photograph of the negative electrode after 300 cycles of the lithium ion secondary battery according to Example 4 carrying a sodium caseinate coating as a representative. In the negative electrode, even after 300 cycles, the surface of the negative electrode mixture layer was covered with a sodium caseinate coating, and cracks in the negative electrode mixture layer were suppressed. Furthermore, the negative electrode active material present on the surface of the negative electrode mixture layer maintained its form, and no significant pulverization was observed.

一方、カゼインナトリウムの被膜を担持していない比較例1に係るリチウムイオン二次電池の300サイクル後の負極のFE−SEM写真を図6に示す。前記負極では、300サイクル後の負極合剤層にはクラックが多く観察され、特に負極合剤層の表面に存在する負極活物質は、充放電に伴う膨張収縮によってサンゴ状に微粉化していた。よって、前記比較例1に係る負極では新生面の生成が顕著となり、電解質との副反応、つまり電解質の分解反応が過剰となり、その結果、優れた充放電サイクル特性が得られなかったものと思われる。   On the other hand, FIG. 6 shows an FE-SEM photograph of the negative electrode after 300 cycles of the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 that does not carry a sodium caseinate coating. In the negative electrode, many cracks were observed in the negative electrode mixture layer after 300 cycles. In particular, the negative electrode active material present on the surface of the negative electrode mixture layer was pulverized in a coral shape due to expansion and contraction associated with charge and discharge. Therefore, in the negative electrode according to Comparative Example 1, the formation of a new surface becomes remarkable, and the side reaction with the electrolyte, that is, the decomposition reaction of the electrolyte becomes excessive. As a result, it seems that excellent charge / discharge cycle characteristics cannot be obtained. .

以上の結果から、ここに開示される技術によれば、負極合剤層の表面にタンパク質の被膜を有する負極を用いることで、充放電反応にともなうリチウムイオン二次電池の厚み膨張を抑制することができ、かつ優れた充放電サイクル特性となるリチウムイオン二次電池を実現することができる。   From the above results, according to the technology disclosed herein, by using a negative electrode having a protein coating on the surface of the negative electrode mixture layer, the thickness expansion of the lithium ion secondary battery due to the charge / discharge reaction is suppressed. And a lithium ion secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics can be realized.

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここに開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, the said embodiment and Example are only illustrations and what changed and modified the above-mentioned specific example is included in the invention disclosed here.

100・・・リチウムイオン二次電池、10・・・正極(同義:リチウムイオン二次電池用正極)、12・・・正極集電体、14・・・正極合剤層、60・・・正極リード、
20・・・負極(同義:リチウムイオン二次電池用負極)、22・・・負極集電体、24・・・負極合剤層、62・・・負極リード、18・・・セパレーター、30・・・電極積層体、50・・・外装体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Lithium ion secondary battery, 10 ... Positive electrode (synonymous: Positive electrode for lithium ion secondary batteries), 12 ... Positive electrode collector, 14 ... Positive electrode mixture layer, 60 ... Positive electrode Lead,
20 ... Negative electrode (synonymous: negative electrode for lithium ion secondary battery), 22 ... Negative electrode current collector, 24 ... Negative electrode mixture layer, 62 ... Negative electrode lead, 18 ... Separator, 30. ..Electrode laminated body, 50 ... exterior body

Claims (6)

負極集電体の少なくとも一方の主面に負極合剤層が設けられ、前記負極合剤層は、リチウムイオンを吸蔵および放出が可能な負極活物質を含み、前記負極合剤層の表面の少なくとも一部にタンパク質の被膜を有するリチウムイオン二次電池用負極。   A negative electrode mixture layer is provided on at least one main surface of the negative electrode current collector, the negative electrode mixture layer includes a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and at least a surface of the negative electrode mixture layer A negative electrode for a lithium ion secondary battery partially having a protein film. 前記タンパク質は、カゼインのアルカリ金属塩、カゼインのマグネシウム塩、カゼインのアルカリ土類金属塩、カゼインアンモニウム、アルブミン、リゾチーム、グロブリンの少なくとも1種を含む請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極。   2. The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the protein includes at least one of alkali metal salt of casein, magnesium salt of casein, alkaline earth metal salt of casein, ammonium caseinate, albumin, lysozyme, and globulin. . 前記タンパク質は、カゼインのアルカリ金属塩であって、前記カゼインのアルカリ金属塩は、カゼインナトリウム、カゼインリチウム、カゼインカリウムの少なくとも1種を含む請求項1または2のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。   3. The lithium ion according to claim 1, wherein the protein is an alkali metal salt of casein, and the alkali metal salt of casein includes at least one of sodium caseinate, lithium caseinate, and potassium caseinate. 4. Negative electrode for secondary battery. 前記タンパク質は、カゼインのマグネシウム塩またはカゼインのアルカリ土類金属塩であって、前記カゼインのマグネシウム塩は、カゼインマグネシウムであり、前記アルカリ土類金属塩は、カゼインカルシウム、カゼインストロンチウム、カゼインバリウムの少なくとも1種を含む請求項1または2のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。   The protein is a magnesium salt of casein or an alkaline earth metal salt of casein, and the magnesium salt of casein is casein magnesium, and the alkaline earth metal salt is at least calcium caseinate, casein strontium, or casein barium. The negative electrode for lithium ion secondary batteries as described in any one of Claim 1 or 2 containing 1 type. 前記タンパク質を含む被膜の担持量が、負極活物質重量に対して0.5〜50重量%である請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。   The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein a loading amount of the protein-containing film is 0.5 to 50% by weight based on the weight of the negative electrode active material. リチウムイオンを吸蔵および放出するリチウムイオン二次電池用正極と、請求項1〜5のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレーター、および電解質とを備えたリチウムイオン二次電池。   A positive electrode for a lithium ion secondary battery that occludes and releases lithium ions, a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode And a lithium ion secondary battery comprising an electrolyte.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019039109A1 (en) 2017-08-25 2019-02-28 キヤノン株式会社 Radiation imaging device and radiation imaging system
JP2019160613A (en) * 2018-03-14 2019-09-19 Tdk株式会社 Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery using the same

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