JP2018147624A - Negative electrode for lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve cycle durability while increasing short circuit resistance.SOLUTION: A negative electrode 10 for a lithium ion secondary battery includes at least a negative electrode mixture layer 12 and a surface layer 13. The surface layer 13 is disposed on the surface of the negative electrode mixture layer 12. The surface layer 13 contains a composite particle 3. The composite particle 3 contains a resin particle 1 and a lithium titanate particle 2. The lithium titanate particle 2 coats the resin particle 1.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、リチウムイオン二次電池用負極に関する。   The present disclosure relates to a negative electrode for a lithium ion secondary battery.

特開2015−115168号公報(特許文献1)は、負極合材層に樹脂粒子を含むリチウムイオン二次電池用負極(以下単に「負極」と記される場合がある)を開示している。   Japanese Patent Laying-Open No. 2015-115168 (Patent Document 1) discloses a negative electrode for a lithium ion secondary battery (hereinafter sometimes simply referred to as “negative electrode”) in which a negative electrode composite material layer includes resin particles.

特開2015−115168号公報JP2015-115168A

特許文献1の負極では、負極合材層内に樹脂粒子が分散している。この負極では、電池温度が樹脂粒子の融点を超えると、樹脂粒子が融解する。これにより負極全体の電気抵抗が増加し、負極に電流が流れることによる温度上昇が抑制されると考えられる。   In the negative electrode of Patent Document 1, resin particles are dispersed in the negative electrode mixture layer. In this negative electrode, when the battery temperature exceeds the melting point of the resin particles, the resin particles melt. Thereby, the electrical resistance of the whole negative electrode increases, and it is thought that the temperature rise by a current flowing into the negative electrode is suppressed.

しかしながら、たとえば釘刺し試験のように、導電性異物を通して、正極と負極とが短絡する異常モードにおいて、導電性異物と負極との間の短絡抵抗を大きくすることは困難である。短絡抵抗が小さいと、導電性異物に電流が流れ、ジュール熱が発生する。ジュール熱によりセパレータが収縮するため、短絡面積が拡大し、温度上昇が促進されると考えられる。さらに樹脂粒子は、電子伝導性およびリチウム(Li)イオン伝導性を有しないため、負極合材層内に樹脂粒子が含まれることにより、サイクル耐久性が低下する可能性がある。   However, it is difficult to increase the short-circuit resistance between the conductive foreign material and the negative electrode in an abnormal mode in which the positive electrode and the negative electrode are short-circuited through the conductive foreign material, for example, as in a nail penetration test. When the short-circuit resistance is small, current flows through the conductive foreign matter, and Joule heat is generated. Since the separator contracts due to Joule heat, it is considered that the short-circuit area is expanded and the temperature rise is promoted. Further, since the resin particles do not have electronic conductivity and lithium (Li) ion conductivity, the cycle durability may be reduced by including the resin particles in the negative electrode mixture layer.

本開示の目的は、短絡抵抗を増大させつつ、サイクル耐久性を向上させることにある。   An object of the present disclosure is to improve cycle durability while increasing short-circuit resistance.

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んでいる。作用メカニズムの正否により、特許請求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 mechanism of action of the present disclosure includes estimation. The scope of the claims should not be limited by the correctness of the mechanism of action.

本開示のリチウムイオン二次電池用負極は、負極合材層および表面層を少なくとも含む。表面層は、負極合材層の表面に配置されている。表面層は複合粒子を含む。複合粒子は、樹脂粒子およびチタン酸リチウム粒子を含む。チタン酸リチウム粒子は、樹脂粒子を被覆している。   The negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present disclosure includes at least a negative electrode mixture layer and a surface layer. The surface layer is disposed on the surface of the negative electrode mixture layer. The surface layer includes composite particles. The composite particles include resin particles and lithium titanate particles. Lithium titanate particles coat resin particles.

本開示の負極では、負極合材層の表面に、樹脂粒子を含む表面層が配置されている。導電性異物を通して短絡が起こるためには、導電性異物が表面層を貫通する必要がある。導電性異物が表面層を貫通する際、導電性異物と負極合材層との間に樹脂粒子が入り込むことになるため、短絡抵抗が増大することが期待される。   In the negative electrode of the present disclosure, a surface layer containing resin particles is disposed on the surface of the negative electrode mixture layer. In order to cause a short circuit through the conductive foreign matter, the conductive foreign matter needs to penetrate the surface layer. When the conductive foreign matter penetrates the surface layer, the resin particles enter between the conductive foreign matter and the negative electrode mixture layer, so that the short circuit resistance is expected to increase.

導電性異物に短絡電流が流れることにより、ジュール熱が発生すると、導電性異物の周囲において樹脂粒子が溶け広がり、導電性異物の周囲に絶縁膜が形成されると考えられる。これにより短絡面積の拡大が抑制されることが期待される。   It is considered that when Joule heat is generated due to a short-circuit current flowing through the conductive foreign matter, the resin particles melt and spread around the conductive foreign matter, and an insulating film is formed around the conductive foreign matter. This is expected to suppress the expansion of the short circuit area.

さらに本開示の負極では、樹脂粒子がチタン酸リチウム(LTO)粒子によって被覆されている。LTO粒子は、Liイオンを吸蔵し、放出することができる。樹脂粒子がLTO粒子によって被覆されていることにより、LTO粒子同士が接触し、連続しやすくなると考えられる。LTO粒子同士が接触し、連続することにより、ネットワーク状のLiイオン拡散パスが形成されると考えられる。その結果、負極の表層において、Liイオンの拡散が促進され、サイクル耐久性が向上することが期待される。   Furthermore, in the negative electrode of the present disclosure, the resin particles are coated with lithium titanate (LTO) particles. LTO particles can occlude and release Li ions. It is considered that the LTO particles come into contact with each other and are easily continuous when the resin particles are covered with the LTO particles. It is considered that a network-like Li ion diffusion path is formed when the LTO particles come into contact with each other and are continuous. As a result, it is expected that in the surface layer of the negative electrode, the diffusion of Li ions is promoted and the cycle durability is improved.

図1は、本開示の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極の構成の一例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present disclosure.

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

<リチウムイオン二次電池用負極>
図1は、本開示の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極の構成の一例を示す概略断面図である。負極10は、集電体11、負極合材層12および表面層13を含む。すなわち、負極10は、負極合材層12および表面層13を少なくとも含む。集電体11は、たとえば、銅(Cu)箔等でよい。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。集電体11は、たとえば、5〜20μmの厚さを有してもよい。
<Anode for lithium ion secondary battery>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present disclosure. The negative electrode 10 includes a current collector 11, a negative electrode mixture layer 12, and a surface layer 13. That is, the negative electrode 10 includes at least a negative electrode mixture layer 12 and a surface layer 13. The current collector 11 may be a copper (Cu) foil or the like, for example. The Cu foil may be a pure Cu foil or a Cu alloy foil. For example, the current collector 11 may have a thickness of 5 to 20 μm.

(負極合材層)
負極合材層12は、集電体11の表面に配置されている。負極合材層12は、たとえば、負極合材ペーストが集電体11の表面に塗布され、乾燥されることにより形成される。塗布方式は、たとえば、スロットダイ方式等でよい。負極合材ペーストは、負極活物質、結着材および溶媒が混合されることにより調製される。溶媒は、たとえば水等でよい。乾燥後、負極合材層12が圧縮されることにより、負極合材層12の厚さが調整されてもよい。負極合材層12は、たとえば、10〜100μmの厚さを有してもよい。
(Negative electrode mixture layer)
The negative electrode mixture layer 12 is disposed on the surface of the current collector 11. The negative electrode mixture layer 12 is formed, for example, by applying a negative electrode mixture paste on the surface of the current collector 11 and drying it. The application method may be, for example, a slot die method. The negative electrode mixture paste is prepared by mixing a negative electrode active material, a binder, and a solvent. The solvent may be water, for example. After drying, the thickness of the negative electrode mixture layer 12 may be adjusted by compressing the negative electrode mixture layer 12. The negative electrode mixture layer 12 may have a thickness of 10 to 100 μm, for example.

負極合材層12は、たとえば、95〜99.5質量%の負極活物質、および0.5〜5質量%の結着材を含む。負極活物質は、たとえば、黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、珪素、酸化珪素、錫、酸化錫等であってもよい。1種の負極活物質が単独で使用されてもよいし、2種以上の負極活物質が組み合わされて使用されてもよい。結着材は、たとえば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリル酸(PAA)、アルギン酸等であってもよい。1種の結着材が単独で使用されてもよいし、2種以上の結着材が組み合わされて使用されてもよい。   The negative electrode mixture layer 12 includes, for example, 95 to 99.5% by mass of a negative electrode active material and 0.5 to 5% by mass of a binder. The negative electrode active material may be, for example, graphite, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, silicon, silicon oxide, tin, tin oxide, or the like. One type of negative electrode active material may be used alone, or two or more types of negative electrode active materials may be used in combination. The binder may be, for example, carboxymethyl cellulose (CMC), styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylic acid (PAA), alginic acid, and the like. One kind of binder may be used alone, or two or more kinds of binders may be used in combination.

(表面層)
表面層13は、負極合材層12の表面に配置されている。表面層13は、負極合材層12の全面を被覆していることが望ましい。ただし、短絡抵抗の増大効果およびサイクル耐久性の向上効果が得られる限り、負極合材層12の表面に、表面層13によって被覆されていない部分があってもよい。表面層13は、複合粒子3を含む。複合粒子3は、樹脂粒子1およびLTO粒子2を含む。表面層13は、たとえば圧縮後の負極合材層12の表面に、粒子分散液が塗布され、乾燥されることにより形成される。塗布方式は、たとえば、グラビア方式等でよい。
(Surface layer)
The surface layer 13 is disposed on the surface of the negative electrode mixture layer 12. The surface layer 13 desirably covers the entire surface of the negative electrode mixture layer 12. However, as long as the effect of increasing the short-circuit resistance and the effect of improving the cycle durability are obtained, there may be a portion that is not covered with the surface layer 13 on the surface of the negative electrode mixture layer 12. The surface layer 13 includes the composite particles 3. Composite particles 3 include resin particles 1 and LTO particles 2. The surface layer 13 is formed, for example, by applying a particle dispersion to the surface of the compressed negative electrode mixture layer 12 and drying it. The application method may be a gravure method, for example.

表面層13は、たとえば、5〜20μmの厚さを有してもよい。表面層13が厚くなると、正負極間距離が広がるため、電池抵抗が増加する可能性もある。電池抵抗の増加を抑制するとの観点から、表面層13は、好ましくは複合粒子3のD50以上、負極合材層12の厚さの1/10(10分の1)以下の厚さを有する。本明細書の「D50」は、体積基準の粒度分布において微粒側から累積50%の粒径を示す。体積基準の粒度分布は、たとえば、レーザ回折散乱法、コールターカウンター法により測定される。表面層13は、たとえば、5〜10μmの厚さを有してもよい。   The surface layer 13 may have a thickness of 5 to 20 μm, for example. If the surface layer 13 is thick, the distance between the positive and negative electrodes is increased, and thus the battery resistance may be increased. From the viewpoint of suppressing an increase in battery resistance, the surface layer 13 preferably has a thickness not less than D50 of the composite particles 3 and not more than 1/10 (1/10) of the thickness of the negative electrode mixture layer 12. “D50” in the present specification indicates a particle size of 50% cumulative from the fine particle side in the volume-based particle size distribution. The volume-based particle size distribution is measured by, for example, a laser diffraction scattering method or a Coulter counter method. The surface layer 13 may have a thickness of 5 to 10 μm, for example.

複合粒子3は、いわゆるコアシェル型の粒子である。コアは樹脂粒子1であり、シェルはLTO粒子2である。複合粒子3は、たとえば、3〜20μmのD50を有してもよい。表面層13は、複合粒子3を含む限り、その他の成分を含んでもよい。表面層13は、たとえば、90〜99.5質量%の複合粒子3、および0.5〜10質量%の結着材(図示されず)を含んでもよい。結着材としては、負極合材層12の結着材として例示された結着材と同様の結着材が使用され得る。また表面層13は、複合粒子3を含む限り、たとえば、複合化されていない樹脂粒子1およびLTO粒子2を含んでいてもよい。   The composite particle 3 is a so-called core-shell type particle. The core is resin particles 1 and the shell is LTO particles 2. The composite particle 3 may have a D50 of 3 to 20 μm, for example. As long as the surface layer 13 includes the composite particles 3, the surface layer 13 may include other components. The surface layer 13 may include, for example, 90 to 99.5% by mass of the composite particles 3 and 0.5 to 10% by mass of a binder (not shown). As the binder, a binder similar to the binder exemplified as the binder of the negative electrode mixture layer 12 can be used. As long as the surface layer 13 includes the composite particles 3, for example, the surface layer 13 may include the resin particles 1 and the LTO particles 2 that are not combined.

樹脂粒子1は、複合粒子3のコアを構成する。樹脂粒子1は、たとえば、1〜10μmのD50を有してもよい。樹脂粒子1は、熱可塑性樹脂により構成される。樹脂粒子1は、150℃以上300℃以下の融点を有することが好ましい。融点は「JIS K7121:プラスチックの転移温度測定方法」に準拠した方法により測定される融解温度を示す。導電性異物に短絡電流が流れると、その周囲は150℃以上になると考えられる。その際、樹脂粒子1が150℃以上300℃以下の融点を有することにより、樹脂粒子1によって絶縁膜が形成された後、絶縁膜がその形態を維持しやすいと考えられる。すなわち、温度上昇の抑制効果が長期に亘って持続すると考えられる。   The resin particle 1 constitutes the core of the composite particle 3. The resin particle 1 may have D50 of 1 to 10 μm, for example. The resin particle 1 is made of a thermoplastic resin. The resin particles 1 preferably have a melting point of 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. The melting point indicates the melting temperature measured by a method in accordance with “JIS K7121: Plastic Transition Temperature Measurement Method”. When a short-circuit current flows through the conductive foreign matter, the surrounding area is considered to be 150 ° C. or higher. At that time, it is considered that the resin film 1 has a melting point of 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, so that after the insulating film is formed by the resin particle 1, the insulating film easily maintains its form. That is, it is considered that the temperature rise suppressing effect lasts for a long time.

150℃以上の融点を有する熱可塑性樹脂としては、たとえば、ポリプロピレン(PP)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリブチレンテレフタラート(PBT)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエステル、ナイロン等が挙げられる。1種の熱可塑性樹脂が単独で使用されてもよいし、2種以上の熱可塑性樹脂が組み合わされて使用されてもよい。   Examples of the thermoplastic resin having a melting point of 150 ° C. or higher include polypropylene (PP), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyphenylene sulfide (PPS), polyester, and nylon. Etc. One kind of thermoplastic resin may be used alone, or two or more kinds of thermoplastic resins may be used in combination.

LTO粒子2は、複合粒子3のシェルを構成する。LTO粒子2は、コアである樹脂粒子1を被覆している。LTO粒子2は、チタン酸リチウム(Li4Ti512)の粒子である。LTO粒子2は、Liイオンを吸蔵し、放出することができる。樹脂粒子1がLTO粒子2によって被覆されていることにより、LTO粒子2同士が接触し、連続することにより、ネットワーク状のLiイオン拡散パスが形成されると考えられる。その結果、負極10の表層においてLiイオンの拡散が促進され、サイクル耐久性が向上することが期待される。 The LTO particle 2 constitutes a shell of the composite particle 3. The LTO particles 2 cover the resin particles 1 that are cores. The LTO particles 2 are lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) particles. The LTO particles 2 can occlude and release Li ions. It is considered that when the resin particles 1 are covered with the LTO particles 2, the LTO particles 2 come into contact with each other and are continuous to form a network-like Li ion diffusion path. As a result, it is expected that the diffusion of Li ions is promoted in the surface layer of the negative electrode 10 and the cycle durability is improved.

またチタン酸リチウムは、1.55V vs.Li/Li+付近で、Liイオンを吸蔵し放出する。すなわちチタン酸リチウムは、Li金属の析出電位(0V vs.Li/Li+)よりも貴な電位でLiイオンと反応する。そのため負極10の表層において、Li金属の析出が抑制されることも期待される。 In addition, lithium titanate is 1.55 V vs. Li ions are occluded and released near Li / Li + . That is, lithium titanate reacts with Li ions at a potential nobler than the deposition potential of Li metal (0 V vs. Li / Li + ). Therefore, it is expected that the deposition of Li metal is suppressed in the surface layer of the negative electrode 10.

LTO粒子2は、樹脂粒子1の全面を被覆していてもよいし、樹脂粒子1の表面の一部を被覆していてもよい。LTO粒子2が、樹脂粒子1の表面の少なくとも一部を被覆することにより、サイクル耐久性の向上効果が得られると考えられる。LTO粒子2同士の接触率を高めるとの観点から、LTO粒子2は、好ましくは樹脂粒子1のD50の1/4(4分の1)以下のD50を有する。LTO粒子2同士の接触率が高まることにより、サイクル耐久性がいっそう向上することが期待される。LTO粒子2は、たとえば、0.2〜2μmのD50を有してもよい。   The LTO particle 2 may cover the entire surface of the resin particle 1 or may cover a part of the surface of the resin particle 1. It is considered that the LTO particle 2 covers at least a part of the surface of the resin particle 1 so that an effect of improving the cycle durability can be obtained. From the viewpoint of increasing the contact ratio between the LTO particles 2, the LTO particles 2 preferably have a D50 that is ¼ (one quarter) or less of the D50 of the resin particles 1. It is expected that the cycle durability is further improved by increasing the contact rate between the LTO particles 2. The LTO particles 2 may have a D50 of 0.2 to 2 μm, for example.

樹脂粒子1とLTO粒子2との複合化の方法は、特に限定されるべきではない。たとえば、ジェットミルを使用することが考えられる。ジェットミルでは、樹脂粒子1の表面に大きなエネルギーを与えることができる。そのため、短時間で樹脂粒子1とLTO粒子2とが複合化されることが期待される。   The method for combining the resin particles 1 and the LTO particles 2 should not be particularly limited. For example, it is conceivable to use a jet mill. In the jet mill, a large energy can be given to the surface of the resin particle 1. Therefore, it is expected that the resin particles 1 and the LTO particles 2 are combined in a short time.

以下、実施例が説明される。ただし以下の例は、特許請求の範囲を限定するものではない。   Examples will be described below. However, the following examples do not limit the scope of the claims.

<比較例1>
1.負極の製造
以下の材料が準備された。
負極活物質:天然黒鉛
結着材:CMC(日本製紙社製)およびSBR(JSR社製)
溶媒:イオン交換水
集電体:Cu箔
<Comparative Example 1>
1. Production of negative electrode The following materials were prepared.
Negative electrode active material: Natural graphite Binder: CMC (Nippon Paper Industries) and SBR (JSR)
Solvent: Ion exchange water Current collector: Cu foil

負極活物質、結着材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た。固形分の組成は、天然黒鉛:CMC:SBR=98:1:1(質量比)とされた。負極合材ペーストが集電体の表面に塗布され、乾燥された。これにより負極合材層が形成された。塗布量(乾燥後)は20mg/cm2とされた。負極合材層が圧縮された。圧縮後の負極合材層(片面)の厚さは、66.5μmとされた。圧縮後の負極合材層の密度は、1.5g/cm3とされた。以上より、負極が製造された。 A negative electrode mixture paste was prepared by mixing the negative electrode active material, the binder, and the solvent. The composition of the solid content was natural graphite: CMC: SBR = 98: 1: 1 (mass ratio). The negative electrode mixture paste was applied to the surface of the current collector and dried. As a result, a negative electrode mixture layer was formed. The coating amount (after drying) was 20 mg / cm 2 . The negative electrode mixture layer was compressed. The thickness of the negative electrode mixture layer (one side) after compression was 66.5 μm. The density of the negative electrode mixture layer after compression was 1.5 g / cm 3 . From the above, a negative electrode was produced.

2.正極の製造
以下の材料が準備された。
正極活物質:ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(以下「NCM」と略記される)
導電材:アセチレンブラック(デンカ社製、以下「AB」と略記される)
結着材:ポリフッ化ビニリデン(クレハ社製、以下「PVdF」と略記される)
溶媒:N−メチル−2−ピロリドン
集電体:アルミニウム箔
2. Production of positive electrode The following materials were prepared.
Positive electrode active material: nickel cobalt lithium manganate (hereinafter abbreviated as “NCM”)
Conductive material: Acetylene black (manufactured by Denka, hereinafter abbreviated as “AB”)
Binder: Polyvinylidene fluoride (manufactured by Kureha, hereinafter abbreviated as “PVdF”)
Solvent: N-methyl-2-pyrrolidone Current collector: Aluminum foil

正極活物質、導電材、結着材および溶媒が混合されることにより、正極合材ペーストが調製された。固形分の組成は、NCM:AB:PVdF=90:8:2(質量比)とされた。正極合材ペーストが集電体の表面に塗布され、乾燥された。これにより正極合材層が形成された。塗布量(乾燥後)は40mg/cm2とされた。正極合材層が圧縮された。圧縮後の正極合材層の密度は、3.0g/cm3とされた。以上より、正極が製造された。 A positive electrode mixture paste was prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive material, a binder, and a solvent. The composition of the solid content was NCM: AB: PVdF = 90: 8: 2 (mass ratio). The positive electrode mixture paste was applied to the surface of the current collector and dried. As a result, a positive electrode mixture layer was formed. The coating amount (after drying) was 40 mg / cm 2 . The positive electrode mixture layer was compressed. The density of the positive electrode mixture layer after compression was 3.0 g / cm 3 . From the above, a positive electrode was manufactured.

3.電池の製造
セパレータとして、20μmの厚さを有するポリエチレン多孔質膜が準備された。セパレータを挟んで、正極と負極とが対向配置された。これにより電極群が構成された。外装体として、アルミラミネートフィルム製の袋が準備された。外装体に電極群が挿入された。外装体に電解液が注入された。外装体が密封された。以上より、電池(ラミネート型リチウムイオン二次電池)が製造された。この電池は3.0〜4.1Vの範囲で動作するように設計されたものである。
3. Production of Battery A polyethylene porous membrane having a thickness of 20 μm was prepared as a separator. The positive electrode and the negative electrode were disposed opposite to each other with the separator interposed therebetween. Thus, an electrode group was configured. An aluminum laminate film bag was prepared as an exterior body. An electrode group was inserted into the outer package. The electrolyte was injected into the outer package. The outer package was sealed. From the above, a battery (laminated lithium ion secondary battery) was manufactured. This battery is designed to operate in the range of 3.0 to 4.1V.

<比較例2>
樹脂粒子分散液(製品名「ケミパール400W」、三井化学社製)が準備された。80℃に設定されたオーブンにより、樹脂粒子分散液が加熱された。これにより溶媒が蒸発し、ポリエチレン(PE)粒子が得られた。このPE粒子は、110℃の融点、および4μmのD50を有するものであった。負極活物質、PE粒子、結着材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た。固形分の組成は、天然黒鉛:PE粒子:CMC:SBR=92:2:1:1(質量比)とされた。これらを除いては比較例1と同じ製造方法により、負極が製造され、電池が製造された。
<Comparative Example 2>
A resin particle dispersion (product name “Chemical 400W”, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was prepared. The resin particle dispersion was heated in an oven set at 80 ° C. Thereby, the solvent was evaporated and polyethylene (PE) particles were obtained. The PE particles had a melting point of 110 ° C. and a D50 of 4 μm. A negative electrode mixture paste was prepared by mixing the negative electrode active material, the PE particles, the binder, and the solvent. The composition of the solid content was natural graphite: PE particles: CMC: SBR = 92: 2: 1: 1 (mass ratio). Except for these, the negative electrode was produced and the battery was produced by the same production method as in Comparative Example 1.

<比較例3>
樹脂粒子分散液(製品名「ケミパール4005W」、三井化学社製)が準備された。80℃に設定されたオーブンにより、樹脂粒子分散液が加熱された。これにより溶媒が蒸発し、PE粒子が得られた。このPE粒子は、110℃の融点、および0.6μmのD50を有するものであった。負極活物質、PE粒子、結着材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た。固形分の組成は、天然黒鉛:PE粒子:CMC:SBR=96:2:1:1(質量比)とされた。これらを除いては比較例1と同じ製造方法により、負極が製造され、電池が製造された。
<Comparative Example 3>
A resin particle dispersion (product name “Chemical 4005W”, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was prepared. The resin particle dispersion was heated in an oven set at 80 ° C. As a result, the solvent was evaporated and PE particles were obtained. The PE particles had a melting point of 110 ° C. and a D50 of 0.6 μm. A negative electrode mixture paste was prepared by mixing the negative electrode active material, the PE particles, the binder, and the solvent. The composition of the solid content was natural graphite: PE particles: CMC: SBR = 96: 2: 1: 1 (mass ratio). Except for these, the negative electrode was produced and the battery was produced by the same production method as in Comparative Example 1.

<比較例4>
樹脂粒子として、ポリエステルエラストマー(TPC)粒子(製品名「トレパールTPC」、東レ社製)が準備された。このTPC粒子は、220℃の融点、および5μmのD50を有するものであった。
<Comparative example 4>
Polyester elastomer (TPC) particles (product name “Trepearl TPC”, manufactured by Toray Industries, Inc.) were prepared as resin particles. The TPC particles had a melting point of 220 ° C. and a D50 of 5 μm.

LTO粒子(石原産業社製)が準備された。卓上型スパイラルジェットミル(型式「50AS」、ホソカワミクロン社製)により、LTO粒子(二次粒子)が解砕された。解砕後のLTO粒子(一次粒子)は、1.1μmのD50を有していた。   LTO particles (Ishihara Sangyo Co., Ltd.) were prepared. LTO particles (secondary particles) were crushed by a desktop spiral jet mill (model “50AS”, manufactured by Hosokawa Micron Corporation). The pulverized LTO particles (primary particles) had a D50 of 1.1 μm.

TPC粒子、LTO粒子、CMCおよびイオン交換水が混合されることにより、粒子分散液が調製された。固形分の組成は、TPC粒子:LTO粒子:CMC=60:35:5(質量比)とされた。粒子分散液の固形分比率は40質量%とされた。グラビア方式により、圧縮後の負極合材層の表面に粒子分散液が塗布され、乾燥された。これにより、6.5μmの厚さを有する表面層が形成された。これらを除いては比較例1と同じ製造方法により、負極が製造され、電池が製造された。   A particle dispersion was prepared by mixing TPC particles, LTO particles, CMC and ion-exchanged water. The composition of the solid content was TPC particles: LTO particles: CMC = 60: 35: 5 (mass ratio). The solid content ratio of the particle dispersion was 40% by mass. The particle dispersion was applied to the surface of the negative electrode mixture layer after compression by a gravure method and dried. As a result, a surface layer having a thickness of 6.5 μm was formed. Except for these, the negative electrode was produced and the battery was produced by the same production method as in Comparative Example 1.

<実施例1>
卓上型スパイラルジェットミルにより、TPC粒子と、解砕後のLTO粒子とが複合化された。これによりTPC粒子がLTO粒子によって被覆され、複合粒子が調製された。複合粒子、CMCおよびイオン交換水が混合されることにより、粒子分散液が調製された。固形分の組成は、複合粒子:CMC=95:5(質量比)とされた。粒子分散液の固形分比率は40質量%とされた。グラビア方式により、圧縮後の負極合材層の表面に粒子分散液が塗布され、乾燥された。これにより、6.5μmの厚さを有する表面層が形成された。これらを除いては比較例1と同じ製造方法により、負極が製造され、電池が製造された。
<Example 1>
The TPC particles and the pulverized LTO particles were combined by a desktop spiral jet mill. Thereby, TPC particles were covered with LTO particles, and composite particles were prepared. A particle dispersion was prepared by mixing the composite particles, CMC and ion-exchanged water. The composition of the solid content was composite particles: CMC = 95: 5 (mass ratio). The solid content ratio of the particle dispersion was 40% by mass. The particle dispersion was applied to the surface of the negative electrode mixture layer after compression by a gravure method and dried. As a result, a surface layer having a thickness of 6.5 μm was formed. Except for these, the negative electrode was produced and the battery was produced by the same production method as in Comparative Example 1.

<実施例2>
20μmの厚さを有する表面層が形成されることを除いては、実施例1と同じ製造方法により、負極が製造され、電池が製造された。
<Example 2>
A negative electrode was manufactured and a battery was manufactured by the same manufacturing method as in Example 1 except that a surface layer having a thickness of 20 μm was formed.

<実施例3>
比較例2で使用されたPE粒子が準備された。卓上型スパイラルジェットミルにより、PE粒子と、解砕後のLTO粒子とが複合化された。これにより複合粒子が調製された。複合粒子、CMCおよびイオン交換水が混合されることにより、粒子分散液が調製された。固形分の組成は、複合粒子:CMC=95:5(質量比)とされた。粒子分散液の固形分比率は40質量%とされた。グラビア方式により、圧縮後の負極合材層の表面に粒子分散液が塗布され、乾燥された。これにより、5.5μmの厚さを有する表面層が形成された。これらを除いては実施例1と同じ製造方法により、負極が製造され、電池が製造された。
<Example 3>
The PE particles used in Comparative Example 2 were prepared. PE particles and pulverized LTO particles were combined by a desktop spiral jet mill. Thereby, composite particles were prepared. A particle dispersion was prepared by mixing the composite particles, CMC and ion-exchanged water. The composition of the solid content was composite particles: CMC = 95: 5 (mass ratio). The solid content ratio of the particle dispersion was 40% by mass. The particle dispersion was applied to the surface of the negative electrode mixture layer after compression by a gravure method and dried. As a result, a surface layer having a thickness of 5.5 μm was formed. Except for these, the negative electrode was produced and the battery was produced by the same production method as in Example 1.

<評価>
(短絡抵抗)
6mmの胴部径を有する釘(金属製)が準備された。集電体および釘に抵抗測定器が接続された。0.2cm/秒の速度で、釘が負極に突き刺された。集電体と釘との間の電気抵抗が略一定になったときの値が短絡抵抗とされた。結果は下記表1に示されている。
<Evaluation>
(Short circuit resistance)
A nail (made of metal) having a body diameter of 6 mm was prepared. A resistance measuring instrument was connected to the current collector and the nail. The nail was pierced into the negative electrode at a speed of 0.2 cm / sec. The value when the electrical resistance between the current collector and the nail became substantially constant was taken as the short-circuit resistance. The results are shown in Table 1 below.

(電池抵抗)
電池のSOC(State Of Charge)が60%に調整された。25℃に設定された恒温槽内において、5Cの電流により電池が10秒間放電された。放電10秒後の電圧降下量が測定された。電圧降下量が放電電流で除されることにより、電池抵抗が算出された。結果は下記表1に示されている。ここで「5C」は、電池の満充電容量を0.2時間で放電できる電流を示している。
(Battery resistance)
The SOC (State Of Charge) of the battery was adjusted to 60%. In a thermostat set at 25 ° C., the battery was discharged with a current of 5 C for 10 seconds. The amount of voltage drop after 10 seconds of discharge was measured. The battery resistance was calculated by dividing the voltage drop by the discharge current. The results are shown in Table 1 below. Here, “5C” indicates a current capable of discharging the full charge capacity of the battery in 0.2 hours.

(サイクル耐久性)
0℃に設定された恒温槽内に電池が配置された。以下の充電および放電の一巡が1サイクルとされ、500サイクルが実施された。ここで「10C」は、電池の満充電容量を0.1時間で放電できる電流を示している。
充電:電流=10C、終止電圧=4.1V
放電:電流=10C、終止電圧=3.0V
(Cycle durability)
The battery was placed in a thermostat set at 0 ° C. One cycle of the following charging and discharging was taken as one cycle, and 500 cycles were carried out. Here, “10C” indicates a current capable of discharging the full charge capacity of the battery in 0.1 hour.
Charging: Current = 10C, end voltage = 4.1V
Discharge: Current = 10C, end voltage = 3.0V

500サイクル後の放電容量が初期の放電容量で除されることにより、容量維持率が算出された。結果は下記表1に示されている。   The capacity retention rate was calculated by dividing the discharge capacity after 500 cycles by the initial discharge capacity. The results are shown in Table 1 below.

Figure 2018147624
Figure 2018147624

<結果>
比較例1は、樹脂粒子を含まないため短絡抵抗が小さい。比較例2および3は、比較例1に対して、短絡抵抗が増大している。しかし、その増大幅は小幅である。樹脂粒子が負極合材層内に分散されているためと考えられる。また比較例2および3は、比較例1に対して、サイクル耐久性が低下している。比較例3は、サイクル耐久性の低下幅が特に大きい。樹脂粒子が小粒径であるため、樹脂粒子が負極活物質の反応面を閉塞しやすいものと考えられる。
<Result>
Since Comparative Example 1 does not include resin particles, the short circuit resistance is small. In Comparative Examples 2 and 3, the short circuit resistance is increased as compared with Comparative Example 1. However, the increase width is small. This is probably because the resin particles are dispersed in the negative electrode mixture layer. Moreover, the cycle durability of Comparative Examples 2 and 3 is lower than that of Comparative Example 1. Comparative Example 3 has a particularly large reduction in cycle durability. Since the resin particles have a small particle size, it is considered that the resin particles easily block the reaction surface of the negative electrode active material.

比較例4では、短絡抵抗が大幅に増大した。負極合材層の表面に、樹脂粒子を含む表面層が形成されているためと考えられる。しかし比較例4は、比較例1に対してサイクル耐久性が低下していた。比較例4では、樹脂粒子とLTO粒子とが複合化されていない。粒子分散液においてLTO粒子が凝集するため、負極の表層においてネットワーク状のLiイオン拡散パスが形成されないものと考えられる。   In Comparative Example 4, the short circuit resistance was significantly increased. This is probably because a surface layer containing resin particles is formed on the surface of the negative electrode mixture layer. However, the cycle durability of Comparative Example 4 was lower than that of Comparative Example 1. In Comparative Example 4, resin particles and LTO particles are not combined. Since LTO particles aggregate in the particle dispersion, it is considered that a network-like Li ion diffusion path is not formed in the surface layer of the negative electrode.

実施例1〜3では、比較例1に対して、短絡抵抗が大幅に増大し、なおかつサイクル耐久性が向上していた。樹脂粒子がLTO粒子によって被覆されているため、LTO粒子同士が接触し、連続することにより、負極の表層においてネットワーク状のLiイオン拡散パスが形成されるものと考えられる。   In Examples 1 to 3, the short circuit resistance was significantly increased as compared with Comparative Example 1, and the cycle durability was improved. Since the resin particles are covered with the LTO particles, it is considered that the LTO particles are in contact with each other and are continuous to form a network-like Li ion diffusion path in the surface layer of the negative electrode.

実施例1および2の結果から、電池抵抗を考慮すると、表面層は、負極合材層の厚さの1/10以下の厚さを有することが好ましいと考えられる。   From the results of Examples 1 and 2, it is considered that the surface layer preferably has a thickness of 1/10 or less of the thickness of the negative electrode mixture layer in consideration of battery resistance.

上記の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。特許請求の範囲によって定められる技術的範囲には、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。   The above embodiments and examples are illustrative in all respects and not restrictive. The technical scope defined by the claims includes meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.

1 樹脂粒子、2 チタン酸リチウム粒子、3 複合粒子、10 負極(リチウムイオン二次電池用負極)、11 集電体、12 負極合材層、13 表面層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Resin particle, 2 Lithium titanate particle, 3 Composite particle, 10 Negative electrode (negative electrode for lithium ion secondary batteries), 11 Current collector, 12 Negative electrode compound material layer, 13 Surface layer.

Claims (1)

負極合材層および表面層
を少なくとも含み、
前記表面層は、前記負極合材層の表面に配置されており、
前記表面層は、複合粒子を含み、
前記複合粒子は、樹脂粒子およびチタン酸リチウム粒子を含み、
前記チタン酸リチウム粒子は、前記樹脂粒子を被覆している、
リチウムイオン二次電池用負極。
Including at least a negative electrode mixture layer and a surface layer,
The surface layer is disposed on the surface of the negative electrode mixture layer,
The surface layer includes composite particles;
The composite particles include resin particles and lithium titanate particles,
The lithium titanate particles coat the resin particles,
Negative electrode for lithium ion secondary battery.
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