JP2018129212A - Negative electrode for secondary battery - Google Patents

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良輔 大澤
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明宏 谷口
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直利 小野寺
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress an increase in resistance due to charge and discharge in a negative electrode for a secondary battery containing silicon oxide in a negative electrode mixture layer.SOLUTION: A negative electrode for a secondary battery includes a negative electrode current collector foil and a negative electrode mixture layer formed on a surface of the negative electrode current collector foil. The negative electrode mixture layer contains a carbon-based negative electrode active material, silicon oxide, and expanded graphite. In the negative electrode mixture layer, an orientation degree of the expanded graphite in a long axis direction with respect to the surface of the negative electrode current collector foil is 30° or more and 90° or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、二次電池用の負極に関する。   The present disclosure relates to a negative electrode for a secondary battery.

特開2014−067583号公報(特許文献1)には、塊状黒鉛と鱗片状黒鉛と酸化ケイ素との混合物である負極活物質が開示されている。   Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2014-067583 (Patent Document 1) discloses a negative electrode active material that is a mixture of massive graphite, flaky graphite, and silicon oxide.

特開2014−067583号公報JP 2014-067583 A

酸化ケイ素は、黒鉛等の炭素系負極活物質よりも高容量であり、二次電池の高容量化の観点から、負極活物質の材料として注目されている。しかし、酸化ケイ素は、炭素系負極活物質よりも充放電時の膨張率および収縮率が大きいため、充放電サイクルによる酸化ケイ素の膨張および収縮に対して、炭素系負極活物質の追従が不十分となり、負極合材層中の炭素系負極活物質および酸化ケイ素が孤立して、負極の抵抗が増加する虞があった。   Silicon oxide has a higher capacity than carbon-based negative electrode active materials such as graphite, and has attracted attention as a material for negative electrode active materials from the viewpoint of increasing the capacity of secondary batteries. However, since silicon oxide has a larger expansion rate and shrinkage rate during charge / discharge than carbon-based negative electrode active material, carbon-based negative electrode active material does not sufficiently follow the expansion and contraction of silicon oxide due to charge / discharge cycles. Thus, the carbon-based negative electrode active material and silicon oxide in the negative electrode mixture layer are isolated, and the resistance of the negative electrode may increase.

なお、特許文献1では、鱗片状黒鉛は、形状的に粒子同士の接触を良化させる働きがあり、酸化ケイ素の膨張および収縮に対して追従できる旨記載されている。しかし、鱗片状黒鉛を添加するだけでは、酸化ケイ素の膨張および収縮に対して十分に追従することは困難であり、負極合材層内の導電パスを維持して、抵抗増加を抑制することは難しい。   Patent Document 1 describes that scaly graphite has a function of improving the contact between particles in terms of shape and can follow expansion and contraction of silicon oxide. However, it is difficult to sufficiently follow the expansion and contraction of silicon oxide only by adding scaly graphite, and it is difficult to maintain a conductive path in the negative electrode mixture layer and suppress an increase in resistance. difficult.

したがって、本開示の課題は、負極合材層中に酸化ケイ素を含有する二次電池用の負極において、充放電による抵抗の増加を抑制することである。   Therefore, the subject of this indication is suppressing the increase in resistance by charging / discharging in the negative electrode for secondary batteries containing a silicon oxide in a negative electrode compound material layer.

本開示の二次電池用の負極は、負極集電箔と、負極集電箔の表面に形成された負極合材層と、を備える。
負極合材層は、炭素系負極活物質、酸化ケイ素および膨張黒鉛を含む。
負極合材層において、負極集電箔の表面に対する膨張黒鉛の長軸方向の配向度は、30°以上90°以下である。
A negative electrode for a secondary battery of the present disclosure includes a negative electrode current collector foil and a negative electrode mixture layer formed on the surface of the negative electrode current collector foil.
The negative electrode mixture layer includes a carbon-based negative electrode active material, silicon oxide, and expanded graphite.
In the negative electrode mixture layer, the degree of orientation of the expanded graphite in the major axis direction with respect to the surface of the negative electrode current collector foil is 30 ° or more and 90 ° or less.

以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし本開示の作用メカニズムは推定を含む場合があり、作用メカニズムの正否により、本開示の範囲が限定されるべきではない。   Hereinafter, the technical configuration and effects of the present disclosure will be described. However, the action mechanism of the present disclosure may include estimation, and the scope of the present disclosure should not be limited by the correctness of the action mechanism.

本開示によれば、負極合材層中に酸化ケイ素を含有する二次電池用の負極において、充放電による抵抗の増加を抑制することができる。その理由は、以下のように考えられる。   According to the present disclosure, an increase in resistance due to charge / discharge can be suppressed in a negative electrode for a secondary battery containing silicon oxide in the negative electrode mixture layer. The reason is considered as follows.

酸化ケイ素は導電性に乏しいため、酸化ケイ素の添加により負極合材層の抵抗が増加しやすい。そこで、アセチレンブラック、鱗片状黒鉛等の導電材を添加することにより、負極合材層の抵抗増加を抑制することが考えられる。しかし、酸化ケイ素は、Liとの合金化および脱合金化に伴う体積変化が非常に大きい。すなわち、酸化ケイ素は、充電時に大きく膨張し、放電時に大きく収縮する。このため、充放電を繰り返したときに、通常の導電材では、酸化ケイ素の膨張収縮に十分に追随することが難しい。   Since silicon oxide has poor conductivity, the resistance of the negative electrode mixture layer is likely to increase by the addition of silicon oxide. Therefore, it is conceivable to suppress an increase in the resistance of the negative electrode mixture layer by adding a conductive material such as acetylene black or flaky graphite. However, silicon oxide has a very large volume change accompanying alloying and dealloying with Li. That is, silicon oxide expands greatly during charging and contracts greatly during discharging. For this reason, when charging / discharging is repeated, it is difficult for a normal conductive material to sufficiently follow the expansion and contraction of silicon oxide.

具体的には、例えば、図5を参照して、充電により酸化ケイ素22が膨張すると、図5(a)の状態から図5(b)の状態になる。その後、放電により酸化ケイ素22が収縮して図5(c)の状態となる際に、導電材24が酸化ケイ素22から離れてしまう可能性がある。これにより、負極合材層における導電パスを維持することができなくなり、負極の抵抗が増加すると考えられる。   Specifically, for example, referring to FIG. 5, when the silicon oxide 22 expands by charging, the state shown in FIG. 5 (a) is changed to the state shown in FIG. 5 (b). Thereafter, when the silicon oxide 22 contracts due to electric discharge and enters the state of FIG. 5C, the conductive material 24 may be separated from the silicon oxide 22. Thereby, it is considered that the conductive path in the negative electrode mixture layer cannot be maintained, and the resistance of the negative electrode is increased.

これに対して、本開示の負極においては、負極合材層が導電材として膨潤黒鉛を含んでいる。膨張黒鉛は、(特に構成層の積層方向に)弾性的な伸縮性を有しているため、膨張黒鉛が伸縮したり、摺動したりすることにより、酸化ケイ素の膨張および収縮に対して可逆的に追随し易いと考えられる(図1参照)。これにより、充放電サイクル後も負極合材層における導電パスを維持することができ、負極の抵抗増加が抑制されると考えられる。   On the other hand, in the negative electrode of the present disclosure, the negative electrode mixture layer includes swollen graphite as a conductive material. Expanded graphite has elastic stretchability (especially in the stacking direction of the constituent layers), so that expanded graphite expands and contracts, and reversible with respect to silicon oxide expansion and contraction. Therefore, it is considered easy to follow (see FIG. 1). Thereby, it is thought that the conductive path in the negative electrode mixture layer can be maintained even after the charge / discharge cycle, and the increase in resistance of the negative electrode is suppressed.

ただし、膨張黒鉛は、異方性を有する形状(黒鉛を構成する層の積層方向よりも面方向に長い形状)である場合が多い。そして、このような形状の膨張黒鉛を含む負極合材ペーストを負極集電箔上に塗布して、負極合材層を形成する場合、塗工時の応力等により、図6に示されるように、膨張黒鉛23の長軸方向が負極集電箔1の表面に平行な方向側に配向し易い。膨張黒鉛23がこのように配向すると、負極合材層内のイオン(例えば、Li)の動きを阻害して、抵抗が増加すると考えられる。   However, expanded graphite often has an anisotropic shape (a shape that is longer in the plane direction than the stacking direction of the layers constituting the graphite). When a negative electrode mixture paste containing expanded graphite having such a shape is applied onto the negative electrode current collector foil to form a negative electrode mixture layer, as shown in FIG. The major axis direction of the expanded graphite 23 tends to be oriented in the direction parallel to the surface of the negative electrode current collector foil 1. When the expanded graphite 23 is oriented in this way, it is considered that the resistance is increased by inhibiting the movement of ions (for example, Li) in the negative electrode mixture layer.

したがって、本開示の負極においては、図1に示されるように、膨張黒鉛23の長軸方向23a(図2参照)が、負極集電箔1の表面対して垂直な方向側に多く配向していれば、すなわち、負極集電箔の表面に対する膨張黒鉛の長軸方向の配向度が30°以上90°以下であれば、負極合材層内のイオンの動きが阻害され難く、負極の抵抗増加をより確実に抑制することができると考えられる。   Therefore, in the negative electrode of the present disclosure, as shown in FIG. 1, the major axis direction 23 a (see FIG. 2) of the expanded graphite 23 is largely oriented in the direction perpendicular to the surface of the negative electrode current collector foil 1. That is, if the degree of orientation of the expanded graphite in the major axis direction with respect to the surface of the negative electrode current collector foil is 30 ° or more and 90 ° or less, the movement of ions in the negative electrode mixture layer is hardly inhibited, and the resistance of the negative electrode is increased. It is thought that it can suppress more reliably.

実施形態の負極合材層の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the negative mix layer of embodiment. 膨潤黒鉛の配向角度を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the orientation angle of swollen graphite. 膨潤黒鉛の配向角度の測定方法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the measuring method of the orientation angle of swollen graphite. 実施形態に係る二次電池用の負極の製造方法の概略を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the outline of the manufacturing method of the negative electrode for secondary batteries which concerns on embodiment. 従来の製造方法において形成される負極合材層の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the negative mix layer formed in the conventional manufacturing method. 従来の製造方法において形成される負極合材層の別の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows another structure of the negative mix layer formed in the conventional manufacturing method.

以下、本開示の実施形態(以下「本実施形態」と記される)が説明される。ただし、以下の説明は、本開示の範囲を限定するものではない。   Hereinafter, an embodiment of the present disclosure (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described. However, the following description does not limit the scope of the present disclosure.

図1を参照して、本開示の二次電池用の負極は、負極集電箔1と、負極集電箔の表面に形成された負極合材層2と、を備える。負極合材層2は、炭素系負極活物質21、酸化ケイ素22および膨張黒鉛23を含む。負極合材層2は、さらに他の添加剤(結着材、増粘材等)を含んでもよい。   With reference to FIG. 1, the negative electrode for a secondary battery according to the present disclosure includes a negative electrode current collector foil 1 and a negative electrode mixture layer 2 formed on the surface of the negative electrode current collector foil. The negative electrode mixture layer 2 includes a carbon-based negative electrode active material 21, silicon oxide 22, and expanded graphite 23. The negative electrode mixture layer 2 may further contain other additives (binder, thickener, etc.).

〔負極集電箔〕
負極集電箔は、たとえば、銅(Cu)箔でよい。Cu箔は、純Cu箔であってもよいし、Cu合金箔であってもよい。負極集電箔は、たとえば、5〜30μmの厚さを有してもよい。負極合材層は、たとえば、10〜150μmの厚さを有するように形成されてもよい。
[Negative electrode current collector foil]
The negative electrode current collector foil may be, for example, a copper (Cu) foil. The Cu foil may be a pure Cu foil or a Cu alloy foil. The negative electrode current collector foil may have a thickness of 5 to 30 μm, for example. The negative electrode mixture layer may be formed to have a thickness of 10 to 150 μm, for example.

〔負極合材層〕
(炭素系負極活物質)
「炭素系負極活物質」とは、炭素を備え、Liイオンの吸蔵、放出が可能な物質を示す。炭素系負極活物質は、たとえば、黒鉛、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)および難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)からなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。負極合材層が炭素系負極活物質を含むことにより、容量、出力特性およびサイクル特性などのバランスが向上する可能性もある。
[Negative electrode mixture layer]
(Carbon-based negative electrode active material)
The “carbon-based negative electrode active material” refers to a material that contains carbon and can absorb and release Li ions. The carbon-based negative electrode active material may be at least one selected from the group consisting of graphite, graphitizable carbon (soft carbon), and non-graphitizable carbon (hard carbon), for example. When the negative electrode mixture layer contains the carbon-based negative electrode active material, there is a possibility that the balance of capacity, output characteristics, cycle characteristics, and the like is improved.

(酸化ケイ素)
酸化ケイ素は、一般式「SiOx」(ただし0.01≦x<2である)で表される化合物である。該一般式において、好ましくは0.1≦x≦1.5であり、より好ましくは0.5≦x≦1.5であり、さらに好ましくは0.5≦x≦1.0である。なお、酸化ケイ素は、以下、「SiO」と略記される場合がある。
(Silicon oxide)
Silicon oxide is a compound represented by the general formula “SiO x ” (where 0.01 ≦ x <2). In the general formula, preferably 0.1 ≦ x ≦ 1.5, more preferably 0.5 ≦ x ≦ 1.5, and further preferably 0.5 ≦ x ≦ 1.0. Hereinafter, silicon oxide may be abbreviated as “SiO”.

酸化ケイ素と炭素系負極活物質との質量比は、たとえば、「酸化ケイ素:炭素系負極活物質=1:99〜30:70程度であり、好ましくは「酸化ケイ素:炭素系負極活物質=5:95〜25:75」程度である。   The mass ratio of silicon oxide to carbon-based negative electrode active material is, for example, “silicon oxide: carbon-based negative electrode active material = 1: 99 to 30:70, preferably“ silicon oxide: carbon-based negative electrode active material = 5 ”. : 95-25: 75 ".

なお、SiOは、炭素系負極活物質よりも高容量であるため、負極合材層がSiOを含むことにより、二次電池の容量を向上させることができる。   Since SiO has a higher capacity than the carbon-based negative electrode active material, the capacity of the secondary battery can be improved when the negative electrode mixture layer contains SiO.

(膨張黒鉛)
膨張黒鉛とは、天然黒鉛などの通常の黒鉛より嵩密度が小さい黒鉛である。膨張黒鉛の嵩密度は、例えば、0.008〜0.15程度である。本開示の効果(充放電による抵抗増加の抑制)の面からは、好ましくは0.01〜0.5である。
(Expanded graphite)
Expanded graphite is graphite having a lower bulk density than normal graphite such as natural graphite. The bulk density of expanded graphite is, for example, about 0.008 to 0.15. From the aspect of the effect of the present disclosure (suppression of increase in resistance due to charge / discharge), it is preferably 0.01 to 0.5.

また、膨張黒鉛において、構成層間の距離は、天然黒鉛などの通常の黒鉛よりも広くなっている。膨張黒鉛において、構成層間の距離は、例えば、300nm〜30μm程度である。本開示の効果の面からは、好ましくは500nm〜1000nmである。   Further, in expanded graphite, the distance between constituent layers is wider than that of normal graphite such as natural graphite. In the expanded graphite, the distance between the constituent layers is, for example, about 300 nm to 30 μm. From the aspect of the effect of the present disclosure, the thickness is preferably 500 nm to 1000 nm.

膨張黒鉛は、例えば、黒鉛の構成層間に硫酸等を挿入し、加熱することにより、内部のガス化によって層間が広がることで得られる。このような製法で製造された場合、膨張黒鉛は、硫酸基(−S0)等の硫酸由来の硫黄が15〜200ppm程度含まれている。 Expanded graphite can be obtained, for example, by inserting sulfuric acid or the like between the constituent layers of graphite and heating to expand the layers by internal gasification. If such a process were produced, the expanded graphite, sulfur derived from sulfuric acid such as sulfuric acid group (-S0 4) is included about 15~200Ppm.

膨張黒鉛は、(特に膨張黒鉛を形成する層構造の積層方向に)弾性的な伸縮性を有している。このため、膨張黒鉛が伸縮したり、摺動することにより、酸化ケイ素の膨張および収縮に追随し易いと考えられる。   Expanded graphite has elastic stretchability (particularly in the stacking direction of the layer structure forming expanded graphite). For this reason, it is considered that the expanded graphite easily follows expansion and contraction of silicon oxide by expanding and contracting or sliding.

なお、膨張黒鉛は、汎用されている黒鉛の形状に由来して、異方性を有する形状(黒鉛を構成する層の積層方向よりも面方向に長い形状)である場合が多い。   The expanded graphite is often derived from the shape of graphite that is widely used, and has an anisotropic shape (a shape that is longer in the surface direction than the stacking direction of the layers constituting the graphite).

図2を参照して、負極合材層2において、負極集電箔1の表面に対する膨張黒鉛23の長軸方向23aの配向度は、30°以上90°以下である。ここで、「負極集電箔の表面に対する膨張黒鉛の長軸方向の配向度」(以下、「膨張黒鉛の配向度」と略記される場合がある。)とは、負極集電箔1の表面に対する膨張黒鉛23の長軸方向23aのなす鋭角(または直角)の角度θの平均的な値であり、負極合材層2内の複数の膨張黒鉛23についてのθの平均値である。   Referring to FIG. 2, in negative electrode mixture layer 2, the degree of orientation of expanded graphite 23 in the major axis direction 23 a with respect to the surface of negative electrode current collector foil 1 is 30 ° or more and 90 ° or less. Here, “the degree of orientation of the expanded graphite in the major axis direction relative to the surface of the negative electrode current collector foil” (hereinafter sometimes abbreviated as “the degree of orientation of the expanded graphite”) is the surface of the negative electrode current collector foil 1. Is an average value of an acute angle (or a right angle) formed by the long axis direction 23a of the expanded graphite 23 with respect to the average value of θ for the plurality of expanded graphites 23 in the negative electrode mixture layer 2.

膨張黒鉛の配向度は、好ましくは40°以上90°以下である。この場合、サイクル後抵抗比率の増加を抑制する効果がより大きく、かつ、初期抵抗の増大も抑制され、容量維持率の低下も抑制される。   The degree of orientation of expanded graphite is preferably 40 ° or more and 90 ° or less. In this case, the effect of suppressing the increase in the resistance ratio after cycling is greater, the increase in the initial resistance is also suppressed, and the decrease in the capacity maintenance rate is also suppressed.

なお、「長軸方向」とは、1つの膨張黒鉛の表面上の2点を結ぶ最長の線分の方向を意味する(図2の長軸方向23aを参照)。   The “major axis direction” means the direction of the longest line segment connecting two points on the surface of one expanded graphite (see the major axis direction 23a in FIG. 2).

SiOに対する膨張黒鉛の添加率は、たとえば、10〜150質量%程度である。SiOに対する膨張黒鉛の添加率は、好ましくは30〜120質量%である。この場合、充放電サイクル後の抵抗比率の増加を抑制する効果がより大きく、かつ、初期抵抗の増大も抑制され、充放電サイクル後の容量維持率の低下も抑制される。   The addition rate of expanded graphite with respect to SiO is, for example, about 10 to 150% by mass. The addition ratio of expanded graphite to SiO is preferably 30 to 120% by mass. In this case, the effect of suppressing the increase in the resistance ratio after the charge / discharge cycle is greater, the increase in the initial resistance is also suppressed, and the decrease in the capacity retention rate after the charge / discharge cycle is also suppressed.

膨張黒鉛の平均粒径に対するSiOの平均粒径の比率(SiOの平均粒径/膨張黒鉛の平均粒径)は、たとえば、0.25〜4程度である。この平均粒径の比率は、好ましくは0.3超3.0未満である。平均粒径の比率がこの範囲内にある場合、サイクル後抵抗比率の増加を抑制する効果がより大きく、かつ、初期抵抗の増大も抑制され、容量維持率の低下も抑制される。   The ratio of the average particle diameter of SiO to the average particle diameter of expanded graphite (average particle diameter of SiO / average particle diameter of expanded graphite) is, for example, about 0.25 to 4. The ratio of the average particle diameter is preferably more than 0.3 and less than 3.0. When the ratio of the average particle diameter is within this range, the effect of suppressing the increase in the resistance ratio after cycling is greater, the increase in the initial resistance is also suppressed, and the decrease in the capacity retention rate is also suppressed.

なお、本明細書において、「平均粒径」は、レーザ回折散乱法によって測定される体積基準の粒度分布において、微粒側から累積50%の粒径を意味する。   In this specification, “average particle size” means a particle size of 50% cumulative from the fine particle side in the volume-based particle size distribution measured by the laser diffraction scattering method.

(他の成分)
負極合材層は、上記以外の成分として、バインダ等を含んでいてもよい。バインダとしては、たとえば、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が挙げられる。
(Other ingredients)
The negative electrode mixture layer may contain a binder or the like as a component other than the above. Examples of the binder include styrene butadiene rubber (SBR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), polytetrafluoroethylene (PTFE), and the like.

(負極の製造方法)
図4を参照して、本実施形態の二次電池用の負極は、少なくとも以下の(A)負極合材ペーストの調製、(B)負極合材ペーストの塗布、および、(C)膨張黒鉛の配向を含む製造方法により製造され得る。
(Method for producing negative electrode)
Referring to FIG. 4, the negative electrode for the secondary battery of the present embodiment includes at least the following (A) preparation of negative electrode mixture paste, (B) application of negative electrode mixture paste, and (C) expanded graphite. It can be manufactured by a manufacturing method including orientation.

(A)負極合材ペーストの調製
まず、炭素系負極活物質と、酸化ケイ素と、膨張黒鉛と、を含む負極合材ペーストを調製する。たとえば、炭素系負極活物質、酸化ケイ素、膨張黒鉛および溶媒が混合されることにより、負極合材ペーストが調製される。溶媒は、たとえば水でよい。負極ペーストの調製には、一般的な混合装置が使用され得る。
(A) Preparation of negative electrode mixture paste First, a negative electrode mixture paste containing a carbon-based negative electrode active material, silicon oxide, and expanded graphite is prepared. For example, a negative electrode mixture paste is prepared by mixing a carbon-based negative electrode active material, silicon oxide, expanded graphite, and a solvent. The solvent may be water, for example. For the preparation of the negative electrode paste, a general mixing apparatus can be used.

ここで、まず、SiO粒子が膨張黒鉛によって被覆された造粒体を調製し、その造粒体を炭素系負極活物質、溶媒等と混合することで、負極合材ペーストを調製することが好ましい。この場合、膨潤黒鉛とSiOとの接触が良好であるため、負極合材層内の導電パスを十分に形成することができ、初期抵抗の増加、および、充放電サイクルによる抵抗増加を、より確実に抑制することができる。   Here, it is preferable to prepare a negative electrode mixture paste by first preparing a granulated body in which SiO particles are coated with expanded graphite, and mixing the granulated body with a carbon-based negative electrode active material, a solvent, and the like. . In this case, since the contact between the swollen graphite and SiO is good, the conductive path in the negative electrode mixture layer can be sufficiently formed, and the increase in initial resistance and the increase in resistance due to the charge / discharge cycle are more reliably ensured. Can be suppressed.

(B)負極合材ペーストの塗布
調製された負極合材ペーストが、負極集電箔の表面に塗工される。ペーストの塗工には、たとえば、ダイコータ等が使用され得る。
(B) Application of negative electrode composite paste The prepared negative electrode mixture paste is applied to the surface of the negative electrode current collector foil. For example, a die coater or the like can be used for applying the paste.

(C)膨張黒鉛の配向
塗布された負極合材ペーストにおいて、膨張黒鉛の配向度が30°以上90°以下となるように、膨張黒鉛を磁場により配向させる。磁場は、例えば、永久磁石などにより発生され得る。なお、磁場の強さ、配向処理時間などを調整することにより、膨張黒鉛の配向度の調製が可能である。磁場の強さは、例えば0.6T〜1.2T程度である。配向処理時間は、例えば3〜60秒間程度であり、より好ましくは10〜30秒間程度である。例えば、磁場配向を実施する装置を負極集電箔の面方向に沿って移動させながら配向処理を行う場合、初期には配向処理時間に応じて膨張黒鉛の配向度が大きくなるが、配向処理の時間が所定時間を超えると、膨張黒鉛の配向度が逆に時間と共に小さくなる場合があるため、適当な時間で配向処理を終了することが望ましい。
(C) Orientation of expanded graphite In the applied negative electrode composite paste, the expanded graphite is oriented by a magnetic field so that the degree of orientation of the expanded graphite is 30 ° or more and 90 ° or less. The magnetic field can be generated by, for example, a permanent magnet. The degree of orientation of expanded graphite can be adjusted by adjusting the strength of the magnetic field, the orientation treatment time, and the like. The strength of the magnetic field is, for example, about 0.6T to 1.2T. The alignment treatment time is, for example, about 3 to 60 seconds, and more preferably about 10 to 30 seconds. For example, when the orientation treatment is performed while moving the apparatus for performing the magnetic field orientation along the surface direction of the negative electrode current collector foil, the degree of orientation of the expanded graphite increases initially depending on the orientation treatment time. If the time exceeds a predetermined time, the degree of orientation of the expanded graphite may decrease with time, and therefore it is desirable to finish the orientation treatment at an appropriate time.

膨張黒鉛が磁場配向された後に、塗工された負極合材ペーストが乾燥されることにより、負極集電箔の表面に負極合材層が形成される。これにより、負極が製造される。なお、負極は、二次電池の仕様に合わせて、所定の寸法に圧縮(圧延)、裁断され得る。圧延には、たとえばローラ圧延機等が使用され得る。   After the expanded graphite is magnetically oriented, the coated negative electrode mixture paste is dried to form a negative electrode mixture layer on the surface of the negative electrode current collector foil. Thereby, a negative electrode is manufactured. The negative electrode can be compressed (rolled) and cut to a predetermined size in accordance with the specifications of the secondary battery. For rolling, for example, a roller mill or the like can be used.

本実施形態の負極は、例えば、リチウムイオン二次電池(非水電解質二次電池)などの二次電池用の負極として用いることができる。その二次電池は、例えば、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド車(PHV)等の電源として用いることができる。ただし、本開示の製造方法によって得られる負極は、このような用途に限られず、あらゆる二次電池に適用可能である。   The negative electrode of this embodiment can be used as a negative electrode for a secondary battery such as a lithium ion secondary battery (nonaqueous electrolyte secondary battery). The secondary battery can be used, for example, as a power source for a hybrid vehicle (HV), an electric vehicle (EV), a plug-in hybrid vehicle (PHV), or the like. However, the negative electrode obtained by the manufacturing method of the present disclosure is not limited to such a use, and can be applied to any secondary battery.

以下、実施例が説明される。ただし以下の例は、本開示の範囲を限定するものではない。以下、二次電池が「電池」と略記される場合がある。   Examples will be described below. However, the following examples do not limit the scope of the present disclosure. Hereinafter, the secondary battery may be abbreviated as “battery”.

<実施例1>
《負極の製造》
以下の材料が準備された。
炭素系負極活物質: 天然黒鉛(平均粒径:10μm)
酸化ケイ素(平均粒径:10μm)
膨張黒鉛(平均粒径:10μm)
バインダ: SBR
増粘材: CMC−Na
溶媒: 水
負極集電箔: 銅箔(厚さ:10μm)
〔尚、膨張黒鉛(導電材)の平均粒径に対する酸化ケイ素の平均粒径の比率(表1の「粒径比率(SiO/導電材)」欄の値)は、1である。〕
<Example 1>
<Manufacture of negative electrode>
The following materials were prepared:
Carbon-based negative electrode active material: natural graphite (average particle size: 10 μm)
Silicon oxide (average particle size: 10 μm)
Expanded graphite (average particle size: 10 μm)
Binder: SBR
Thickener: CMC-Na
Solvent: Water Negative electrode current collector foil: Copper foil (thickness: 10 μm)
[Note that the ratio of the average particle diameter of silicon oxide to the average particle diameter of expanded graphite (conductive material) (value in the column of “particle size ratio (SiO / conductive material)” in Table 1) is 1. ]

10質量部の酸化ケイ素、5質量部の膨張黒鉛、および、10質量部の増粘剤が混合された。ここで、酸化ケイ素に対する膨張黒鉛(導電材)の添加率(表1の「SiOに対する添加率」欄の値)は、50質量%である。得られた混合物に、5質量部の溶媒を添加し、さらに混合することで、酸化ケイ素の表面に膨張黒鉛が被覆されてなる造粒体が調製された。   10 parts by mass of silicon oxide, 5 parts by mass of expanded graphite, and 10 parts by mass of thickener were mixed. Here, the addition ratio of expanded graphite (conductive material) to silicon oxide (value in the column “Addition ratio to SiO” in Table 1) is 50 mass%. By adding 5 parts by mass of a solvent to the obtained mixture and further mixing, a granulated body in which the surface of silicon oxide was coated with expanded graphite was prepared.

得られた造粒体に、酸化ケイ素の10質量部に対して90質量部となる量の炭素系負極活物質が添加され、それらが混合された。ここで、負極活物質に対する膨張黒鉛(導電材)の添加率(表1の「負極活物質に対する添加率」欄の値)は、5質量%である。混合物に、さらに、増粘材1質量部および溶媒が加えられ、それらが混練された。得られた混練物に、溶媒および2質量部のバインダを加えて希釈および分散を行うことにより、負極合材ペースト(スラリー)が調製された。なお、溶媒の添加量は、得られる負極合材ペーストの不揮発分率が54質量%となるように調整された。「不揮発分率」とは、溶媒を含む全ての原材料の質量合計に対する、溶媒以外の成分(不揮発成分)の質量比率を意味する。   A carbon-based negative electrode active material in an amount of 90 parts by mass with respect to 10 parts by mass of silicon oxide was added to the obtained granulated body, and these were mixed. Here, the addition ratio of expanded graphite (conductive material) to the negative electrode active material (value in the column “Addition ratio to negative electrode active material” in Table 1) is 5 mass%. Furthermore, 1 part by mass of a thickener and a solvent were added to the mixture, and they were kneaded. A negative electrode mixture paste (slurry) was prepared by adding a solvent and 2 parts by mass of a binder to the obtained kneaded material for dilution and dispersion. In addition, the addition amount of the solvent was adjusted so that the non-volatile fraction of the obtained negative electrode mixture paste might be 54 mass%. “Nonvolatile fraction” means the mass ratio of components (nonvolatile components) other than the solvent to the total mass of all raw materials including the solvent.

調製された負極合材スラリーが、ダイコータを用いて、負極集電箔の表面(表裏両面)に塗工された。なお、負極合材ペーストは、負極合材層(溶媒を除く)の目付量(負極集電箔の単位面積当りの質量)が18mg/cmとなるように、塗工量が調整された。 The prepared negative electrode mixture slurry was applied to the surface (both front and back surfaces) of the negative electrode current collector foil using a die coater. The coating amount of the negative electrode mixture paste was adjusted so that the basis weight of the negative electrode mixture layer (excluding the solvent) (mass per unit area of the negative electrode current collector foil) was 18 mg / cm 2 .

負極集電箔上に塗工された負極合材ペーストに対して、負極合材ペーストが乾燥する前に、永久磁石により配向化処理(磁場の強さ:0.8T、配向処理時間:12秒間)が実施され、膨張黒鉛の配向度が30°以上90°以下になるように膨張黒鉛が配向された。なお、永久磁石を負極集電箔の面方向に沿って移動させながら全体的に配向処理を行った。その後、負極合材ペーストを乾燥させることで、負極合材層が形成され、負極が作製された。負極は、厚みが87μmになるようにロールプレス機によって圧縮され、帯状に裁断された。このようにして、実施例1の負極が製造された。   With respect to the negative electrode mixture paste coated on the negative electrode current collector foil, before the negative electrode mixture paste is dried, orientation treatment is performed with a permanent magnet (magnetic field strength: 0.8 T, alignment treatment time: 12 seconds. The expanded graphite was oriented so that the degree of orientation of the expanded graphite was 30 ° or more and 90 ° or less. In addition, the orientation treatment was performed as a whole while moving the permanent magnet along the surface direction of the negative electrode current collector foil. Then, the negative electrode mixture layer was formed by drying the negative electrode mixture paste, and the negative electrode was produced. The negative electrode was compressed by a roll press so as to have a thickness of 87 μm and cut into a strip shape. In this way, the negative electrode of Example 1 was produced.

《二次電池の製造》
実施例1の負極を用いて、二次電池(リチウムイオン二次電池)が製造された。
(正極の製造)
以下の材料が準備された。
正極活物質: リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物
導電材: アセチレンブラック(AB)
バインダ: ポリフッ化ビニリデン(PVdF)
溶媒: N−メチル−2−ピロリドン(NMP)
正極集電箔: アルミニウム箔(厚さ:15μm)
<< Manufacture of secondary batteries >>
Using the negative electrode of Example 1, a secondary battery (lithium ion secondary battery) was produced.
(Manufacture of positive electrode)
The following materials were prepared:
Cathode active material: Lithium nickel cobalt manganese composite oxide Conductive material: Acetylene black (AB)
Binder: Polyvinylidene fluoride (PVdF)
Solvent: N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)
Positive electrode current collector foil: Aluminum foil (thickness: 15 μm)

100質量部の正極活物質、4質量部の導電材、および、2質量部のバインダが、溶媒中で混合された。これにより正極合材ペーストが調製された。ダイコータにより、正極合材ペーストが正極集電箔の表面(表裏両面)に塗工され、乾燥されることにより、正極合材層が形成された。なお、正極合材ペーストは、正極合材層(溶媒を除く)の目付量(正極集電箔の単位面積当りの質量)が32mg/cmとなるように、塗工量が調整された。これにより正極が製造された。正極は、さらにロールプレス機によって圧縮され、帯状に裁断された。 100 parts by mass of a positive electrode active material, 4 parts by mass of a conductive material, and 2 parts by mass of a binder were mixed in a solvent. Thus, a positive electrode mixture paste was prepared. The positive electrode mixture paste was applied to the surface (both front and back surfaces) of the positive electrode current collector foil by a die coater and dried to form a positive electrode mixture layer. The coating amount of the positive electrode mixture paste was adjusted so that the basis weight of the positive electrode mixture layer (excluding the solvent) (mass per unit area of the positive electrode current collector foil) was 32 mg / cm 2 . This produced a positive electrode. The positive electrode was further compressed by a roll press and cut into a strip shape.

(電極群の製造)
帯状のセパレータ(多孔質膜)が準備された。このセパレータは20μmの厚さを有する。このセパレータは、3層構造を有する。3層構造は、ポリプロピレンの多孔質層、ポリエチレンの多孔質層およびポリプロピレンの多孔質層がこの順序で積層されることにより構成されている。
(Manufacture of electrode groups)
A strip-shaped separator (porous membrane) was prepared. This separator has a thickness of 20 μm. This separator has a three-layer structure. The three-layer structure is configured by laminating a polypropylene porous layer, a polyethylene porous layer, and a polypropylene porous layer in this order.

セパレータを間に挟んで、正極および負極が積層され、各部材の長手方向に巻回された。これにより巻回型の電極群が構成された。ニッケルメッキ処理された鉄製の円筒形の外装ケース(直径18mm、高さ650mm)が準備された。電極群に外部端子が接続された。電極群が外装ケース内に収納された。   A positive electrode and a negative electrode were laminated with a separator in between, and wound in the longitudinal direction of each member. Thus, a wound electrode group was formed. A nickel-plated iron cylindrical outer case (diameter 18 mm, height 650 mm) was prepared. An external terminal was connected to the electrode group. The electrode group was housed in the outer case.

エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)およびジメチルカーボネート(DMC)が混合されることにより電解液溶媒が調製された。電解液溶媒にLiPF6が分散、溶解されることにより、以下の組成を備える電解液が調製された。 An electrolyte solution solvent was prepared by mixing ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC). By dispersing and dissolving LiPF 6 in the electrolyte solvent, an electrolyte solution having the following composition was prepared.

電解液溶媒: [EC:EMC:DMC=3:4:3(体積比)]
LiPF: 1.0mоl/L
Electrolyte solvent: [EC: EMC: DMC = 3: 4: 3 (volume ratio)]
LiPF 6 : 1.0 mol / L

所定量の電解液が外装ケース内に注入された。外装ケースが密閉された。以上より、実施例1に係る二次電池が製造された。この電池の理論容量は、550mAhであった。   A predetermined amount of electrolyte was injected into the outer case. The outer case was sealed. From the above, the secondary battery according to Example 1 was manufactured. The theoretical capacity of this battery was 550 mAh.

<実施例2〜5>
表1に示されるように、膨張黒鉛(導電材)の配向処理時間が変更され、膨張黒鉛の配向度が実施例1より小さい値に変更された。それ以外の点は、実施例1と基本的に同じ製造方法により、実施例2〜5の負極ならびに該負極を備える電池が製造された。なお、永久磁石を負極集電箔の面方向に沿って移動させながら全体的に配向処理を行ったため、初期には配向処理時間に応じて膨張黒鉛の配向度が大きくなるが、配向処理の時間が長過ぎると膨張黒鉛の配向度が逆に時間と共に小さくなる。このため、実施例2〜5では、実施例1よりも配向度が小さくなっている。
<Examples 2 to 5>
As shown in Table 1, the orientation treatment time of the expanded graphite (conductive material) was changed, and the orientation degree of the expanded graphite was changed to a value smaller than that of Example 1. Except for this point, the negative electrode of Examples 2 to 5 and a battery including the negative electrode were manufactured by basically the same manufacturing method as in Example 1. In addition, since the entire orientation treatment was performed while moving the permanent magnet along the surface direction of the negative electrode current collector foil, the degree of orientation of the expanded graphite increases according to the orientation treatment time at the beginning. Is too long, the degree of orientation of the expanded graphite decreases with time. For this reason, in Examples 2 to 5, the degree of orientation is smaller than that in Example 1.

<実施例6〜9>
表1に示されるように、膨張黒鉛(導電材)の添加量が変更された。それ以外の点は、実施例1と基本的に同じ製造方法により、実施例6〜9の負極ならびに該負極を備える電池が製造された。
<Examples 6 to 9>
As shown in Table 1, the amount of expanded graphite (conductive material) added was changed. Except for this point, the negative electrode of Examples 6 to 9 and a battery including the negative electrode were manufactured by basically the same manufacturing method as in Example 1.

<実施例10〜13>
表1に示されるように、膨張黒鉛(導電材)の粒子径が変更された。なお、それに伴い膨張黒鉛の嵩密度および硫酸含有量も変化している。それ以外の点は、実施例1と基本的に同じ製造方法により、実施例10〜13の負極ならびに該負極を備える電池が製造された。
<Examples 10 to 13>
As shown in Table 1, the particle diameter of expanded graphite (conductive material) was changed. Along with this, the bulk density and sulfuric acid content of expanded graphite have also changed. Except for this point, the negative electrode of Examples 10 to 13 and a battery including the negative electrode were manufactured by the same manufacturing method as in Example 1.

<比較例1>
表1に示されるように、導電材として、膨張黒鉛の代わりに、鱗片状黒鉛を使用した。なお、それに伴い膨張黒鉛の嵩密度および硫酸含有量も変化している。それ以外の点は、実施例1と基本的に同じ製造方法により、比較例1の負極ならびに該負極を備える電池が製造された。なお、負極集電箔に塗布された負極合材ペーストに対する磁場配向処理も、実施例1と同じ方法で実施された。
<Comparative Example 1>
As shown in Table 1, scaly graphite was used as the conductive material instead of expanded graphite. Along with this, the bulk density and sulfuric acid content of expanded graphite have also changed. Except for this point, the negative electrode of Comparative Example 1 and a battery including the negative electrode were manufactured by basically the same manufacturing method as in Example 1. The magnetic field orientation treatment for the negative electrode mixture paste applied to the negative electrode current collector foil was also performed in the same manner as in Example 1.

<評価>
《導電材の嵩密度の測定》
試験を行うのに十分な量の試料(導電材)の粉体が、1.0mm以上の目開きを有するふるいに通された。なお、この操作は試料の性質を変化させないよう静かに行われた。次に、0.1質量%の精度で秤量された100gの試料が、圧縮されずに、乾いた250mLメスシリンダー(最小目盛単位:2mL)に静かに投入された。その後、粉体層の上面が(粉体が圧縮されないように)注意深くならされ、ゆるみ嵩体積が最小目盛単位まで読み取られた。その体積と試料の質量(100g)とから、嵩密度(g/cm)が計算により求められた。
<Evaluation>
<< Measurement of bulk density of conductive material >>
A sufficient amount of the sample (conductive material) powder to conduct the test was passed through a sieve having an aperture of 1.0 mm or more. This operation was performed gently so as not to change the properties of the sample. Next, 100 g of the sample weighed with an accuracy of 0.1 mass% was gently put into a dry 250 mL graduated cylinder (minimum scale unit: 2 mL) without being compressed. The upper surface of the powder layer was then carefully leveled (so that the powder was not compressed) and the loose bulk volume was read to the smallest scale unit. From the volume and the mass (100 g) of the sample, the bulk density (g / cm 3 ) was obtained by calculation.

《導電材の硫酸含有量の測定》
ICP発光分光分析装置(株式会社島津製作所製、ICPS−8100)により、試料(導電材)に含まれる硫黄元素量が測定された。硫黄元素量の測定値をS0基の質量に換算することにより、硫酸含有量が求められた。
<Measurement of sulfuric acid content of conductive material>
The amount of sulfur element contained in the sample (conductive material) was measured with an ICP emission spectroscopic analyzer (manufactured by Shimadzu Corporation, ICPS-8100). By converting the measured value of sulfur element content in mass of S0 4 groups, sulfate content was determined.

《配向角度の測定》
負極が厚み方向と平行な断面で切断され、切断面のSEM(Scanning Electron Microscope)像が撮影された。測定装置として、SEM装置(日立ハイテクノロジー製、型番S−4300)が用いられた。切断面のSEM像において、負極集電箔の片面に形成された負極合材層を厚み方向に10分割した領域(図3の点線を参照)の各々において、20個の膨張黒鉛を選択し、各々の膨張黒鉛の負極集電箔の表面に対する長軸方向の傾き(鋭角または直角)の角度を目視で測定した(図3参照)。測定された計200の角度の傾きの平均値を、膨張黒鉛の配向度(表1の「配向度」欄の値)として算出した。
<Measurement of orientation angle>
The negative electrode was cut in a cross section parallel to the thickness direction, and a SEM (Scanning Electron Microscope) image of the cut surface was taken. An SEM device (manufactured by Hitachi High-Technology, model number S-4300) was used as a measuring device. In the SEM image of the cut surface, 20 expanded graphites were selected in each of the regions (see the dotted lines in FIG. 3) obtained by dividing the negative electrode composite material layer formed on one side of the negative electrode current collector foil into 10 in the thickness direction, The angle of inclination (acute angle or right angle) in the major axis direction of each expanded graphite with respect to the surface of the negative electrode current collector foil was measured visually (see FIG. 3). The average value of the measured angle gradients of the total 200 was calculated as the degree of orientation of the expanded graphite (value in the column “Orientation degree” in Table 1).

《初期抵抗の測定》
25℃環境下において、充電により電池の充電率(SOC)が60%に調整された。その電池を10Cの電流で10秒間放電させた。なお「C」は電流レートの単位である。「1C」は、1時間の充電により、充電率(SOC)が0%から100%に到達する電流レートを示す。
<Measurement of initial resistance>
Under a 25 ° C. environment, the charging rate (SOC) of the battery was adjusted to 60% by charging. The battery was discharged at a current of 10 C for 10 seconds. “C” is a unit of current rate. “1C” indicates a current rate at which the charging rate (SOC) reaches 0% to 100% by charging for one hour.

放電時の電圧降下量を測定し、電圧降下量と、放電時の電流との関係から、電池抵抗(初期抵抗)が算出された。なお、実施例および比較例の各々について、10個の電池に対して電池抵抗が測定され、その平均値(表1の「初期抵抗」欄の値)が算出された。   The voltage drop during discharge was measured, and the battery resistance (initial resistance) was calculated from the relationship between the voltage drop and the current during discharge. For each of the examples and comparative examples, the battery resistance was measured for 10 batteries, and the average value (value in the “initial resistance” column of Table 1) was calculated.

《サイクル後の抵抗比率の測定》
25℃の環境下において、電池のサイクル特性が評価された。充電によりSOCが60%に調整された電池に対して、以下の「CC充電→休止→CC放電→休止」が1サイクルと定義され、当該サイクルが3000回繰り返された。ここで「CC(Constant Current)」は定電流方式を示している。
(サイクル条件)
CC充電:電流=10C、終止電圧=4.3V
休止:80秒間
CC放電:電流=2C、終止電圧=2.5V
休止:400秒間
3000サイクル後、初期抵抗と同じ手順で電池抵抗が測定された。初期抵抗に対するサイクル後の電池抵抗の比率(表1の「サイクル後抵抗比率」欄の値)が算出された。
<Measurement of resistance ratio after cycle>
Under the environment of 25 ° C., the cycle characteristics of the battery were evaluated. The following “CC charge → pause → CC discharge → pause” was defined as one cycle for a battery whose SOC was adjusted to 60% by charging, and the cycle was repeated 3000 times. Here, “CC (Constant Current)” indicates a constant current method.
(Cycle conditions)
CC charging: Current = 10C, end voltage = 4.3V
Pause: 80 seconds CC discharge: Current = 2C, end voltage = 2.5V
Rest: 400 seconds After 3000 cycles, battery resistance was measured in the same procedure as the initial resistance. The ratio of the battery resistance after cycling to the initial resistance (value in the “Ratio after cycling ratio” column of Table 1) was calculated.

《高温保存耐久試験》
電池は、1Cの電流レートにより4.1Vまで充電され、その後、3Cの電流レートにより3.0Vまで放電された。これにより、電池の初期容量(初期の放電容量)が測定された。なお、実施例および比較例の各々について、50個の電池に対して容量電池抵抗を測定し、その平均値が算出された。
《High temperature storage durability test》
The battery was charged to 4.1V at a 1C current rate and then discharged to 3.0V at a 3C current rate. Thereby, the initial capacity (initial discharge capacity) of the battery was measured. In addition, about each of the Example and the comparative example, capacity | capacitance battery resistance was measured with respect to 50 batteries, and the average value was computed.

25℃環境下において、充電により電池のSOCが100%に調整された。その電池を、60℃の条件下で100日間保存した後、電池容量(放電容量)が初期容量と同じ手順で測定された。初期容量に対する高温保存後の電池容量の比率が容量維持率(表1の「容量維持率」欄の値)として算出された。   In a 25 ° C. environment, the SOC of the battery was adjusted to 100% by charging. The battery was stored at 60 ° C. for 100 days, and then the battery capacity (discharge capacity) was measured by the same procedure as the initial capacity. The ratio of the battery capacity after high-temperature storage to the initial capacity was calculated as a capacity maintenance ratio (value in the “capacity maintenance ratio” column of Table 1).

Figure 2018129212
Figure 2018129212

<結果>
表1に示されるように、実施例1〜13では、比較例1に比べて、初期抵抗に対するサイクル後の抵抗の比率(サイクル後抵抗比率)が小さくなっている。したがって、実施例1〜13のように、負極合材層中に膨張黒鉛を含み、膨張黒鉛の配向度が30°以上90°以下である場合は、負極合材層中に酸化ケイ素を含有する負極を用いた場合でも、充放電による電池抵抗の増加を抑制できることが分かる。
<Result>
As shown in Table 1, in Examples 1 to 13, the ratio of the resistance after cycling to the initial resistance (the resistance ratio after cycling) is smaller than in Comparative Example 1. Therefore, as in Examples 1 to 13, when the negative electrode mixture layer contains expanded graphite and the orientation degree of the expanded graphite is 30 ° or more and 90 ° or less, silicon oxide is contained in the negative electrode mixture layer. It can be seen that even when the negative electrode is used, an increase in battery resistance due to charge / discharge can be suppressed.

なお、実施例2〜5の結果より、膨張黒鉛の配向度が40°以上90°以下の範囲内である場合に、サイクル後抵抗比率の増加を抑制する効果がより大きく、かつ、初期抵抗の増大も抑制され、容量維持率の低下も抑制されることが分かる。なお、膨張黒鉛の配向度が30°以下である場合、膨張黒鉛が負極合材層内でのLiイオンの動きの障壁となるため、抵抗が高くなったと考えられる。また、膨張黒鉛の配向度が30°以下である場合、充放電サイクルによる膨張および収縮によって、負極中の電解液が負極集電箔の面方向に押し出され易くなると考えられる。これにより、負極内の電解液が欠乏し、容量に寄与しない未反応部分が生じ、また、充放電時の反応が不均一化するため、電池容量(容量維持率)が低下し、抵抗上昇率も大きくなったと考えられる。   From the results of Examples 2 to 5, when the degree of orientation of expanded graphite is in the range of 40 ° or more and 90 ° or less, the effect of suppressing an increase in the resistance ratio after cycling is greater, and the initial resistance It can be seen that the increase is also suppressed and the decrease in the capacity maintenance rate is also suppressed. When the degree of orientation of the expanded graphite is 30 ° or less, the expanded graphite becomes a barrier to the movement of Li ions in the negative electrode mixture layer, and it is considered that the resistance is increased. Moreover, when the orientation degree of expanded graphite is 30 degrees or less, it is thought that the electrolyte solution in a negative electrode becomes easy to be extruded in the surface direction of negative electrode current collector foil by the expansion and contraction by a charging / discharging cycle. As a result, the electrolyte solution in the negative electrode is deficient, an unreacted portion that does not contribute to the capacity is generated, and the reaction at the time of charging and discharging becomes non-uniform. It is thought that it became large.

また、実施例6〜9の結果より、酸化ケイ素(SiO)に対する膨張黒鉛の添加率が30〜120質量%である場合、サイクル後抵抗比率の増加を抑制する効果がより大きく、かつ、初期抵抗の増大も抑制され、容量維持率の低下も抑制されることが分かる。なお、膨張黒鉛の添加率が低すぎると、負極合材層内での導電パスが十分に形成されず、充放電サイクルによって負極活物質が孤立化し、抵抗上昇を招くと考えられる。一方、膨張黒鉛の添加率が高すぎると、保存時の副反応等による容量低下を招くと考えられる。   From the results of Examples 6 to 9, when the addition ratio of expanded graphite to silicon oxide (SiO) is 30 to 120% by mass, the effect of suppressing the increase in the resistance ratio after cycling is greater, and the initial resistance is increased. It can be seen that the increase in the capacity is also suppressed, and the decrease in the capacity maintenance rate is also suppressed. In addition, when the addition rate of expanded graphite is too low, it is thought that a conductive path in the negative electrode mixture layer is not sufficiently formed, and the negative electrode active material is isolated by the charge / discharge cycle, resulting in an increase in resistance. On the other hand, if the addition rate of expanded graphite is too high, it is considered that the capacity is reduced due to side reactions during storage.

実施例10〜13の結果より、膨張黒鉛(導電材)の平均粒径に対する酸化ケイ素(SiO)の平均粒径の比率〔粒径比率(SiO/導電材)〕が、0.3超3.0未満の範囲内にある場合、サイクル後抵抗比率の増加を抑制する効果がより大きく、かつ、初期抵抗の増大も抑制され、容量維持率の低下も抑制されることが分かる。なお、粒径比率(SiO/導電材)が0.3より小さい場合(膨張黒鉛の平均粒径がSiO粒子の平均粒径に比べて大きい場合)は、SiO粒子が膨張黒鉛によって十分に被覆されないために、負極合材層内の導電パスが十分に形成されず、初期抵抗が増加し、また、充放電サイクルによるSiOの膨張および収縮による抵抗増加の抑制が困難となって、サイクル後抵抗比率も増加したと考えられる。一方、粒径比率(SiO/導電材)が3.0より大きい場合(膨張黒鉛の平均粒径がSiOの平均粒径に比べて小さい場合)は、SiO粒子が膨張黒鉛によって被覆されるものの、膨張黒鉛の伸縮性が十分でなく、その結果、充放電サイクルによるSiO粒子の膨張および収縮に追従できず、サイクル後抵抗比率が増加したと考えられる。また、この場合、充放電時の反応が不均一化するため、電池容量(容量維持率)も低下したと考えられる。   From the results of Examples 10 to 13, the ratio of the average particle diameter of silicon oxide (SiO) to the average particle diameter of expanded graphite (conductive material) [particle diameter ratio (SiO / conductive material)] is more than 0.3. When it is in the range of less than 0, it can be seen that the effect of suppressing the increase in the resistance ratio after the cycle is greater, the increase in the initial resistance is also suppressed, and the decrease in the capacity retention rate is also suppressed. In addition, when the particle size ratio (SiO / conductive material) is smaller than 0.3 (when the average particle size of expanded graphite is larger than the average particle size of SiO particles), the SiO particles are not sufficiently covered with expanded graphite. Therefore, the conductive path in the negative electrode mixture layer is not sufficiently formed, the initial resistance increases, and it becomes difficult to suppress the increase in resistance due to the expansion and contraction of SiO due to the charge / discharge cycle, and the resistance ratio after cycle It is thought that the number also increased. On the other hand, when the particle size ratio (SiO / conductive material) is larger than 3.0 (when the average particle size of expanded graphite is smaller than the average particle size of SiO), the SiO particles are covered with expanded graphite. It is considered that the expanded graphite does not have sufficient stretchability, and as a result, the expansion and contraction of the SiO particles due to the charge / discharge cycle cannot be followed, and the post-cycle resistance ratio increases. In this case, it is considered that the battery capacity (capacity maintenance ratio) is also lowered because the reaction at the time of charging and discharging becomes uneven.

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記の説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all aspects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present disclosure is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 負極集電箔、2 負極合材層、21 炭素系負極活物質、22 酸化ケイ素(SiO)、23 膨張黒鉛、24 導電材。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative electrode collector foil, 2 Negative electrode compound material layer, 21 Carbon type negative electrode active material, 22 Silicon oxide (SiO), 23 Expanded graphite, 24 Conductive material.

Claims (1)

負極集電箔と、前記負極集電箔の表面に形成された負極合材層と、を備える、二次電池用の負極であって、
前記負極合材層は、炭素系負極活物質、酸化ケイ素および膨張黒鉛を含み、
前記負極合材層において、前記負極集電箔の表面に対する前記膨張黒鉛の長軸方向の配向度は、30°以上90°以下である、二次電池用の負極。
A negative electrode for a secondary battery, comprising: a negative electrode current collector foil; and a negative electrode mixture layer formed on a surface of the negative electrode current collector foil,
The negative electrode mixture layer includes a carbon-based negative electrode active material, silicon oxide and expanded graphite,
The negative electrode for a secondary battery, wherein the degree of orientation of the expanded graphite in the major axis direction with respect to the surface of the negative electrode current collector foil is 30 ° or more and 90 ° or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111613791A (en) * 2020-06-24 2020-09-01 湖南电将军新能源有限公司 Negative electrode active material, silicon-carbon negative electrode piece and high-energy-density quick-charging lithium ion battery
WO2022102724A1 (en) * 2020-11-13 2022-05-19 日本ゼオン株式会社 Negative electrode material sheet for non-aqueous secondary cell, method for manufacturing same, negative electrode for non-aqueous secondary cell, and non-aqueous secondary cell
CN114695889A (en) * 2020-12-14 2022-07-01 丰田自动车株式会社 All-solid-state battery

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