JP2020115443A - Lithium ion secondary battery negative electrode material, lithium ion secondary battery, and manufacturing method for lithium ion secondary battery negative electrode materials - Google Patents
Lithium ion secondary battery negative electrode material, lithium ion secondary battery, and manufacturing method for lithium ion secondary battery negative electrode materials Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020115443A JP2020115443A JP2019006768A JP2019006768A JP2020115443A JP 2020115443 A JP2020115443 A JP 2020115443A JP 2019006768 A JP2019006768 A JP 2019006768A JP 2019006768 A JP2019006768 A JP 2019006768A JP 2020115443 A JP2020115443 A JP 2020115443A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- ion secondary
- secondary battery
- lithium ion
- sio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 134
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 75
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 75
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 41
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- MBHNWCYEGXQEIT-UHFFFAOYSA-N Fluphenazine hydrochloride Chemical compound Cl.Cl.C1CN(CCO)CCN1CCCN1C2=CC(C(F)(F)F)=CC=C2SC2=CC=CC=C21 MBHNWCYEGXQEIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 6
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 88
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 32
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 25
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 22
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 19
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 229910008373 Li-Si-O Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910006757 Li—Si—O Inorganic materials 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 14
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 12
- -1 V 2 O 5 Chemical compound 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 229910021488 crystalline silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 5
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 5
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 5
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 5
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 3
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 2
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 2
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 1,2-butylene carbonate Chemical compound CCC1COC(=O)O1 ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WDXYVJKNSMILOQ-UHFFFAOYSA-N 1,3,2-dioxathiolane 2-oxide Chemical compound O=S1OCCO1 WDXYVJKNSMILOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910012329 Li3BO3—Li2SO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012425 Li3Fe2 (PO4)3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011157 LiMBO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015118 LiMO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013275 LiMPO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013528 LiN(SO2 CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013398 LiN(SO2CF2CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015868 MSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017267 Mo 6 S 8 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 1
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 1
- 101100454869 Rattus norvegicus Lhx5 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N butadiene-styrene rubber Chemical compound C=CC=C.C=CC1=CC=CC=C1 MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 1
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 1
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VONWDASPFIQPDY-UHFFFAOYSA-N dimethyl methylphosphonate Chemical compound COP(C)(=O)OC VONWDASPFIQPDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N ethene;prop-1-ene Chemical group C=C.CC=C HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229920001973 fluoroelastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002648 laminated material Substances 0.000 description 1
- 235000013490 limbo Nutrition 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 229920000447 polyanionic polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 1
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- DQWPFSLDHJDLRL-UHFFFAOYSA-N triethyl phosphate Chemical compound CCOP(=O)(OCC)OCC DQWPFSLDHJDLRL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WVLBCYQITXONBZ-UHFFFAOYSA-N trimethyl phosphate Chemical compound COP(=O)(OC)OC WVLBCYQITXONBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池用負極材料、リチウムイオン二次電池およびリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, a lithium ion secondary battery, and a method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池は、様々な携帯型電子機器に用いられている。近年、電子機器の高性能化および自動車などへの電池用途拡大により、リチウムイオン二次電池にはさらなる高容量化が要求されている。電池の容量は使用する電極材料の容量に大きく依存するため、高容量の電極材料が求められている。現在、リチウムイオン二次電池の負極材料として主に黒鉛が用いられているが、既に理論容量に近い領域で使用されているため、さらなる高容量化は見込めない。そこで、新たな高容量負極材料として一酸化珪素(SiO)が注目されている。SiOを用いた負極(以下、「SiO負極」と呼称することがある)は、高容量が得られるという利点があるものの、初回クーロン効率(初回充放電効率)が低いことなどが課題となっている。なお、初回クーロン効率とは、二次電池を所定の条件で初回の充電を行い、次いで放電した場合における、充電時に充電された容量に対する放電容量の比に100をかけ、百分率で表したものをいう。すなわち、初回クーロン効率は、『初回クーロン効率(%)={放電容量(Ah)/充電容量(Ah)}×100』で算出される。初回クーロン効率が高いほど、充電した充電容量の多くを放電できるので好ましい。 Lithium ion secondary batteries are used in various portable electronic devices. 2. Description of the Related Art In recent years, due to higher performance of electronic devices and expansion of battery applications for automobiles and the like, lithium ion secondary batteries are required to have higher capacities. Since the capacity of the battery largely depends on the capacity of the electrode material used, a high capacity electrode material is required. At present, graphite is mainly used as a negative electrode material for lithium-ion secondary batteries, but since it is already used in a region close to the theoretical capacity, further increase in capacity cannot be expected. Therefore, silicon monoxide (SiO) has attracted attention as a new high capacity negative electrode material. A negative electrode using SiO (hereinafter sometimes referred to as “SiO negative electrode”) has an advantage that a high capacity can be obtained, but has a problem of low initial Coulombic efficiency (first charge/discharge efficiency). There is. The initial Coulombic efficiency is the ratio of the discharge capacity to the capacity charged at the time of charging when the secondary battery is first charged under predetermined conditions and then discharged, and is expressed as a percentage. Say. That is, the initial coulombic efficiency is calculated by “initial coulombic efficiency (%)={discharge capacity (Ah)/charge capacity (Ah)}×100”. The higher the initial coulombic efficiency is, the more the charged charging capacity can be discharged, which is preferable.
現在、前記した課題を解決すべく鋭意研究が進められており、その成果(技術)が多数提案されている。その中で、例えば、特許文献1には、負極活物質粒子を有する非水電解質二次電池用負極材であって、負極活物質粒子が、SiOx(0.5≦x≦1.6)で表されるケイ素化合物、および該ケイ素化合物の表面を被覆する炭素成分からなる炭素被覆層から成り、負極活物質粒子が、鱗珪石構造を有するSiO2成分を含み、かつ、X線回折において、21.825°付近で得られる回折ピークの半値幅(2θ)が0.15°以下のものである非水電解質二次電池用負極材が提案されている。なお、この特許文献1には、ケイ素化合物のSi成分の結晶性は低いほどよいと記載されている。そして、この特許文献1によれば、前記構成とすることで電池容量の増加、サイクル特性および初期充放電特性の向上が可能になると記載されている。
At present, intensive research is being conducted to solve the above-mentioned problems, and many results (techniques) have been proposed. Among them, for example, in
SiO負極は、Liを挿入する過程(充電と定義)では、Si−Li化合物およびLi−Si−O化合物が形成される。これらの化合物の形成は、初回充電時において多量のLiが消費されることによって生じている。一方、Liを脱離する過程(放電と定義)では、前記Li−Si化合物からLiは脱離するものの、前記Li−Si−O化合物からLiはほとんど脱離しない。このことはつまり、SiO負極の充放電反応には不可逆な反応が存在することを意味している。そして、これがSiO負極の初回クーロン効率が低くなる原因となっている。 In the SiO negative electrode, in the process of inserting Li (defined as charging), a Si-Li compound and a Li-Si-O compound are formed. The formation of these compounds is caused by the consumption of a large amount of Li during the initial charging. On the other hand, in the process of desorbing Li (defined as discharge), Li is desorbed from the Li—Si compound, but Li is hardly desorbed from the Li—Si—O compound. This means that there is an irreversible reaction in the charge/discharge reaction of the SiO negative electrode. And, this is a cause of lowering the initial Coulombic efficiency of the SiO negative electrode.
特許文献1に記載の発明では、負極活物質粒子にSiOx(0.5≦x≦1.6)で表されるケイ素化合物を用いている。そして、特許文献1に記載の発明では、この負極活物質粒子について、鱗珪石構造を有するSiO2成分を含み、かつ、X線回折において、21.825°付近で得られる回折ピークの半値幅(2θ)を0.15°以下としている。特許文献1には、負極活物質粒子をこのような構成とすることによって、Liの挿入、脱離によるSiO2成分の改質を効率的に進行させることができ、電池の不可逆容量を一層低減することができると記載されている。また、特許文献1には、Li4SiO4、Li6Si2O7、Li2SiO3のうちの少なくとも一種以上のLi化合物(前記したLi−Si−O化合物に相当する)を含むと、より効果的に効果を発揮できるので好ましいと記載されている。
In the invention described in
特許文献1に記載されている手法でも初回クーロン効率を向上させ得る。しかし、前記したように、放電において、Li−Si−O化合物からLiはほとんど脱離しない。そのため、特許文献1に記載されている手法では、初回クーロン効率の向上が見込まれるものの、Li−Si−O化合物の形成のために消費されたLi量からするとその向上効果は十分なものとは言えない可能性がある。
The method described in
本発明は前記状況に鑑みてなされたものであり、初回クーロン効率に優れたリチウムイオン二次電池用負極材料、リチウムイオン二次電池およびリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a negative electrode material for a lithium ion secondary battery having excellent initial Coulombic efficiency, a lithium ion secondary battery, and a method for manufacturing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery. Is an issue.
本発明者は、前記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、放電においてLiを脱離しないLi−Si−O化合物の形成にはSiO中の酸素が寄与していることを突き止めた。そして、本発明者は、SiO中の酸素含有ドメインを高結晶SiO2化することによってLiに対して不活性なものとし、Li−Si−O化合物の形成を抑制できることを見出すとともに、これにより、初回クーロン効率を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of earnest research to solve the above-mentioned problems, the present inventor has found that oxygen in SiO contributes to the formation of a Li-Si-O compound that does not desorb Li in discharge. Then, the present inventor found that the oxygen-containing domain in SiO was made inactive to Li by making the crystalline SiO 2 highly crystalline, and the formation of the Li—Si—O compound could be suppressed, and by this, The inventors have found that the initial Coulombic efficiency can be improved and have completed the present invention.
前記課題を解決した本発明に係るリチウムイオン二次電池用負極材料は、構成元素として少なくともSiおよびOを含む化合物であり、X線回折測定において、2θ=26.5°および28.5°にピークが存在し、前記26.5°のピーク強度が、前記28.5°のピーク強度の0.2倍以上としている。 The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present invention, which has solved the above-mentioned problems, is a compound containing at least Si and O as constituent elements, and has 2θ=26.5° and 28.5° in X-ray diffraction measurement. There is a peak, and the peak intensity at 26.5° is 0.2 times or more the peak intensity at 28.5°.
本発明によれば、初回クーロン効率に優れたリチウムイオン二次電池用負極材料、リチウムイオン二次電池およびリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法を提供できる。
前記した以外の課題、構成および効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries excellent in initial Coulombic efficiency, a lithium ion secondary battery, and the negative electrode material for lithium ion secondary batteries can be provided.
Problems, configurations and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、適宜図面を参照して本発明に係るリチウムイオン二次電池用負極材料、リチウムイオン二次電池およびリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法の一実施形態について詳細に説明する。
なお、本明細書に記載される「〜」は、その前後に記載される数値を下限値および上限値として有する意味で使用する。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値または下限値は、他の段階的に記載されている上限値または下限値に置き換えてもよい。本明細書に記載される数値範囲の上限値または下限値は、実施例中に示されている値に置き換えてもよい。
Hereinafter, one embodiment of a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, a lithium ion secondary battery, and a method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
In addition, "-" described in this specification is used to mean that the numerical values described before and after the "-" have a lower limit value and an upper limit value. In the numerical ranges described stepwise in the present specification, the upper limit or the lower limit described in one numerical range may be replaced with the upper limit or the lower limit described in other steps. The upper limit value or the lower limit value of the numerical range described in this specification may be replaced with the value shown in the examples.
本明細書で説明している各部材は、各部材を構成する材料群の中から選択された材料を単独でまたは複数組み合わせて使用してもよい。また、本明細書で説明している各部材は、本明細書で記載した材料のみで構成されていてもよく、本発明の効果を損なわない範囲で本明細書に記載していない他の材料を有していてもよい。 Each member described in this specification may be used alone or in combination of a plurality of materials selected from the material group constituting each member. Further, each member described in the present specification may be composed only of the materials described in the present specification, and other materials not described in the present specification within a range not impairing the effects of the present invention. May have.
<リチウムイオン二次電池1の構成>
図1は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池1の主要な構成要素(電気化学反応に寄与する部分)を図示した概略説明図である。ここで、リチウムイオン二次電池とは、電極へのLiの吸蔵・脱離(放出)により、電気エネルギを貯蔵または利用可能とする電気化学デバイスをいう。リチウムイオン二次電池は、リチウムイオン電池、非水電解質二次電池などの別の名称で呼ばれるが、いずれの電池も本発明の対象である。
<Configuration of lithium-ion
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram illustrating main components (portions that contribute to an electrochemical reaction) of a lithium ion
図1に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池1は、電気化学反応に直接的に寄与する正極2と負極3とが対向配置されている。そして、正極2と負極3との間にセパレータ4が設けられている。さらに、正極2と負極3との間においてLiの移動を可能にするための電解質を備える。電解質としては、例えば、リチウム塩が溶解した有機溶媒を用いることができる。本実施形態では、正極2、負極3、セパレータ4に電解質を含浸させている。本実施形態に係る負極活物質(特許請求の範囲の「リチウムイオン二次電池用負極材料」に相当)は、負極3の負極層7に含まれている(なお、負極活物質については図示せず)。負極活物質については後述する。
As shown in FIG. 1, in a lithium ion
<正極2、正極層5>
正極2は、正極層5と正極集電体6とから構成されている。正極層5は、正極活物質と導電剤とバインダとから構成されている。
<Positive electrode 2,
The positive electrode 2 is composed of a
<正極活物質>
正極活物質は、充電過程においてリチウムイオンが脱離し、放電過程において負極層7中の負極活物質から脱離したリチウムイオンが挿入される物質である。正極活物質としては、遷移金属を有するリチウム複合酸化物が望ましい。正極活物質としては、例えば、組成式:LiMO2、Li1+xM1−xO2、LiM2O4、LiMPO4、LiMVOz、LiMBO3、Li2MSiO4、LiMn2−yMyO4などで表される化合物を使用することができる。なお、これらの化合物において、Mは金属である。Mとしては、例えば、Co、Ni、Mn、Fe、Cr、Zn、Ta、Al、Mg、Cu、Cd、Mo、Nb、W、Ruなどから選択される少なくとも一種類以上が挙げられる。xは0.33以下の任意の数を取り得る。yは0.5以下の任意の数を取り得る。zは化合物に含まれる酸素濃度であり、0以上の任意の整数を取り得る。また、正極活物質として、例えば、硫黄、TiS2、MoS2、Mo6S8、TiSe2などのカルコゲナイドや、V2O5などのバナジウム系酸化物、FeF3などのハライド、ポリアニオンを構成するFe(MoO4)3、Fe2(SO4)3、Li3Fe2(PO4)3などの酸化物や、キノン系有機結晶なども用いることができる。元素比は前記定比組成からずれていてもよい。なお、本実施形態においては、正極活物質について制限はなく、前記した材料以外のものを使用することができる。
<Cathode active material>
The positive electrode active material is a material into which lithium ions are desorbed during the charging process and lithium ions desorbed from the negative electrode active material in the
<導電剤>
導電剤は、正極層5の導電性を向上させる。導電剤としては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛などを使用することができるが、これらに限定されない。
<Conductive agent>
The conductive agent improves the conductivity of the
<バインダ>
バインダは、正極中の正極活物質や導電剤などを結着させる。バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシル・メチルセルロース、酢酸セルロース、エチルセルロース、フッ素ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリアクリル酸、ポリイミド、ポリアミドなどを使用することができるが、これらに限定されない。
<Binder>
The binder binds the positive electrode active material in the positive electrode and the conductive agent. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride, styrene/butadiene rubber, carboxyl/methyl cellulose, cellulose acetate, ethyl cellulose, fluororubber, ethylene/propylene rubber, polyacrylic acid, polyimide, polyamide and the like can be used. Not limited.
<正極集電体6>
正極集電体6は、正極層5の集電を行う。正極集電体6としては、例えば、アルミニウム箔、ステンレス鋼箔、チタン箔などを使用することができるが、これらに限定されない。
<Cathode
The positive electrode
<正極層5の作製>
正極層5を作製するために、正極活物質、導電剤、バインダを混合した後、溶媒を加え、正極スラリを調製することが好ましい。正極スラリを調製するために用いる溶媒は、バインダを溶解できるものであればよく、例えば、1−メチル−2−ピロリドンや水などを使用することができるが、これらに限定されない。正極活物質、導電剤およびバインダの溶媒への分散処理には、公知の混練機、分散機を使用することができる。
正極活物質、導電剤、バインダの混合比は、正極活物質:導電剤:バインダの質量比でこれらの合計を100とした場合、例えば、80〜99:0.5〜10:0.5〜10などとすることができる。また、粉末の混合物に対し、溶媒は質量比で0.1〜2倍などとすることができる。
<Preparation of
In order to produce the
The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder is, for example, 80 to 99:0.5 to 10:0.5 when the total of the positive electrode active material:conductive agent:binder is 100. It may be ten or the like. Further, the solvent can be used in a mass ratio of 0.1 to 2 times the mass of the powder mixture.
正極層5は、調製した正極スラリを、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法などによって正極集電体6へ付着させた後、溶媒を乾燥し、ロールプレスによって加圧成形することにより、作製することができる。
The
<負極3、負極層7>
負極3は、負極層7と負極集電体8とから構成されている。負極層7は、負極活物質と導電剤とバインダとから構成されている。
<
The
<負極活物質>
負極活物質は、放電過程においてリチウムイオンが脱離し、充電過程において正極層5中の正極活物質から脱離したリチウムイオンが挿入される物質である。
本実施形態における負極活物質は、構成元素として少なくともSiおよびOを含む化合物である。本実施形態における負極活物質は、さらに、前記化合物の少なくとも一部にSiO2を含んでいることが好ましい。そして、本実施形態における当該化合物(負極活物質)は、X線回折測定において、2θ(回折角)=26.5°および28.5°にそれぞれピークが存在し、前記26.5°のピーク強度が、前記28.5°のピーク強度の0.2倍以上としている。
<Negative electrode active material>
The negative electrode active material is a material into which lithium ions are desorbed in the discharging process and lithium ions desorbed from the positive electrode active material in the
The negative electrode active material in the present embodiment is a compound containing at least Si and O as constituent elements. The negative electrode active material in the present embodiment preferably further contains SiO 2 in at least a part of the compound. The compound (negative electrode active material) in the present embodiment has peaks at 2θ (diffraction angle)=26.5° and 28.5° in X-ray diffraction measurement, and the peak at 26.5° The intensity is 0.2 times or more of the peak intensity of 28.5°.
ここで、本明細書において、ピーク強度とは、ピークの高さを意味している。ピーク強度(ピークの高さ)は、該当する物質の結晶性と関連しており、結晶性が高いほど強い(高い)ピーク強度が得られる。これとは反対に、結晶性が低いほど弱い(低い)ピーク強度が得られる。つまり、結晶性が高いと、ピークに対応する分子構造が揃っているために(つまり、原子間の距離や、分子間の距離や、原子と分子の間の距離などが揃っているために)、同じ回折角で得られたX線の回折強度が積算されることになり、ピーク強度が高くなる。これとは反対に、結晶性が低いと、ピークに対応する分子構造が揃っていないために、様々な回折角でX線の回折強度が得られ、積算され難くなることから、ピーク強度が低くなる。従って、X線回折測定でシャープな形状のピークは結晶性が高いことを示しており、ブロードな形状(横に広がった形状)のピークは結晶性が低いことを示していると言える。 Here, in the present specification, the peak intensity means the height of the peak. The peak intensity (peak height) is related to the crystallinity of the corresponding substance, and the higher the crystallinity, the stronger (higher) the peak intensity is obtained. Conversely, the lower the crystallinity, the weaker (lower) peak intensity is obtained. In other words, if the crystallinity is high, the molecular structures corresponding to the peaks are aligned (that is, the distances between atoms, distances between molecules, distances between atoms, etc. are uniform). , The X-ray diffraction intensities obtained at the same diffraction angle are integrated, and the peak intensity increases. On the contrary, when the crystallinity is low, the molecular structures corresponding to the peaks are not aligned, so that X-ray diffraction intensities can be obtained at various diffraction angles, making it difficult to integrate the peaks. Become. Therefore, it can be said that a peak having a sharp shape in X-ray diffraction measurement has a high crystallinity, and a peak having a broad shape (a shape spread laterally) has a low crystallinity.
負極活物質のX線回折測定において、前記した2θ=26.5°のピークは、六方晶のSiO2に基づくものである。また、負極活物質のX線回折測定において、前記した2θ=28.5°のピークは、Siに基づくものである。そして、本実施形態に係る負極活物質は、前記したように、前記した2θ=26.5°のピーク強度(SiO2のピーク強度)が、前記した2θ=28.5°のピーク強度(Siのピーク強度)の0.2倍以上としている。これはすなわち、本実施形態に係る負極活物質は、Siとともに、結晶性の高いSiO2を確実に含有していることを表している。本実施形態では、負極活物質が2θ=26.5°のピークを有している(結晶性の高いSiO2を有している)ことによって、初回クーロン効率を向上させることができる。
なお、この構成は、後述する本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法によって好適に製造することができる。
また、X線回折測定は、公知のX線回折装置を用いて、通常設定する一般的な条件で行うことができる。
In the X-ray diffraction measurement of the negative electrode active material, the above-mentioned peak at 2θ=26.5° is based on hexagonal SiO 2 . Moreover, in the X-ray diffraction measurement of the negative electrode active material, the above-mentioned peak at 2θ=28.5° is based on Si. Then, in the negative electrode active material according to the present embodiment, as described above, the peak intensity of 2θ=26.5° (peak intensity of SiO 2 ) is the same as the peak intensity of 2θ=28.5° (Si). 0.2 times the peak intensity). This means that the negative electrode active material according to this embodiment surely contains SiO 2 having high crystallinity together with Si. In the present embodiment, the negative electrode active material has a peak of 2θ=26.5° (has SiO 2 having high crystallinity), so that the initial Coulombic efficiency can be improved.
In addition, this structure can be suitably manufactured by the method for manufacturing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to this embodiment described later.
In addition, the X-ray diffraction measurement can be performed using a known X-ray diffractometer under general conditions that are usually set.
また、本実施形態において、SiおよびOを含む化合物は、さらに、Liおよびハロゲンを含んでいることが好ましい。ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。Liおよびハロゲンとしては、例えば、LiFが挙げられる。SiおよびOを含む化合物がLiおよびハロゲンを含んでいると、後述するように、所定の条件で焼成した場合に、SiO+SiO→Si+SiO2という反応を生じさせ、結晶化することができると考えられる。この反応および結晶化をより好適に生じさせるため、Siに対するLiのモル比(Liのモル比/Siのモル比)は、1/100以上1/1以下であることが好ましく、1/50以上1/1以下とすることがより好ましい。 In addition, in the present embodiment, the compound containing Si and O preferably further contains Li and halogen. Examples of halogen include fluorine, chlorine, bromine and iodine. Examples of Li and halogen include LiF. When the compound containing Si and O contains Li and halogen, it is considered that the compound can be crystallized by causing a reaction of SiO+SiO→Si+SiO 2 when fired under predetermined conditions, as described later. In order to cause this reaction and crystallization more appropriately, the molar ratio of Li to Si (molar ratio of Li/molar ratio of Si) is preferably 1/100 or more and 1/1 or less, and 1/50 or more. It is more preferably 1/1 or less.
<初回クーロン効率が向上する理由>
ここで、負極活物質中に結晶性の高いSiO2が存在することによって、初回クーロン効率が向上する理由について説明する。
前述したように、放電においてLiを脱離しないLi−Si−O化合物(例えば、Li4SiO4)の生成にはSiO中の酸素が寄与している。つまり、負極活物質が本実施形態の構成を採用していない従来の構成のSiO負極の場合、充電時および放電時のSiOに関する反応機構は次のようになる。
(充電)4SiO+17.2Li++17.2e−→3SiLi4.4+Li4SiO4
(放電)3SiLi4.4→3Si+13.2Li++13.2e−
<Reasons for improving initial coulombic efficiency>
Here, the reason why the presence of SiO 2 having high crystallinity in the negative electrode active material improves the initial Coulombic efficiency will be described.
As mentioned above, Li-SiO compound not eliminated the Li in the discharge (for example,
(Charging) 4SiO + 17.2Li + + 17.2e - → 3SiLi 4.4 +
(Discharge) 3SiLi 4.4 →3Si+13.2Li + +13.2e −
このように、従来の構成のSiO負極の場合、17.2個のLi+のうち4個のLi+がSiO中の酸素と結合してLi−Si−O化合物を生成する。当該化合物は放電時にLiを脱離しないため、正極2と負極3の間を移動できるLiが減り、初回クーロン効率が低下する原因となっている。このため、初回充電時にLi−Si−O化合物が形成されないようにすれば、正極2と負極3の間を移動できるLiが減ることがなくなることから、初回クーロン効率が向上することとなる。
Thus, if the SiO negative electrode of conventional construction, 17.2 pieces of
前記初回充電時および放電時のSiOに関する反応機構を見て分かるように、Li−Si−O化合物の生成にはSiOが関与している。そのため、充電前の負極活物質中のSiOが少なければ(好ましくはSiOが無ければ)、Li−Si−O化合物の生成量は低減すると考えられる。他方、SiO2について考えてみると、SiO2は構造上(例えば、結合手や反応性の関係から)、Liが後から結合し難い形態をとっていると考えられる。すなわち、SiO2はLiに対して不活性な形態をとっていると考えられる。従って、負極活物質中のSiOを少なくする(好ましくはSiOを無くす)一方で、結晶性の高いSiO2を存在させることによって、充電時におけるLi−Si−O化合物の生成を抑制でき、初回クーロン効率が向上すると考えられる。 As can be seen from the reaction mechanism of SiO during the first charge and discharge, SiO is involved in the formation of the Li-Si-O compound. Therefore, when the amount of SiO in the negative electrode active material before charging is small (preferably, when there is no SiO), the amount of Li-Si-O compound produced is considered to be reduced. On the other hand, when considering SiO 2, it is considered that due to the structure of SiO 2 (for example, due to a bond or reactivity), Li has a form in which it is difficult for Li to bond later. That is, it is considered that SiO 2 has a form inactive with respect to Li. Therefore, by reducing the amount of SiO in the negative electrode active material (preferably eliminating SiO), the presence of SiO 2 having high crystallinity makes it possible to suppress the formation of Li—Si—O compounds during charging, and to suppress the initial coulomb. It is believed that efficiency will improve.
本実施形態ではこのような考察のもと、負極活物質の形成材料であるSiOを所定の条件で処理することによってSiO+SiO→Si+SiO2とし、前記したように、初回充電時におけるLi−Si−O化合物の生成を抑制している。つまり、本実施形態に係る負極活物質は、Li−Si−O化合物を生成し得るSiOをSiO2にしておくことで、脱離しない形でLiが結合するのを防いでいる。なお、SiO2と同時に生成されるSiは、前記初回充電時および放電時の反応機構を見て分かるように、Liの吸蔵・脱離を容易に行うことができる。従って、本実施形態に係る負極活物質は、前記構成、すなわち、X線回折測定において、2θ=26.5°および28.5°にピークが存在し、前記26.5°のピーク強度が、前記28.5°のピーク強度の0.2倍以上という構成とすることによって初回クーロン効率を向上させている。この構成による効果は、負極活物質中に結晶性の高いSiO2が存在することによって得ることができるので、前記26.5°のピーク強度が前記28.5°のピーク強度の0.2倍未満(例えば、0.1倍など)であっても相応の効果を奏することができるが、本発明の所望の効果を確実に奏する観点から、0.2倍以上に規定したものである。本発明の所望の効果をより確実に奏する観点から、前記26.5°のピーク強度は、前記28.5°のピーク強度の0.6倍より大きいことが好ましく、0.9倍以上であることがより好ましい。なお、この強度比の上限に規定はないが、上限を規定するならば、例えば、10倍などとすることができる。 In this embodiment, based on such consideration, SiO which is a forming material of the negative electrode active material is treated under a predetermined condition to change to SiO+SiO→Si+SiO 2, and as described above, Li—Si—O at the time of initial charging. It suppresses the formation of compounds. That is, in the negative electrode active material according to the present embodiment, SiO capable of forming a Li—Si—O compound is changed to SiO 2 to prevent Li from binding without being desorbed. It should be noted that Si produced simultaneously with SiO 2 can easily absorb and desorb Li, as can be seen from the reaction mechanism at the time of the initial charge and discharge. Therefore, the negative electrode active material according to the present embodiment has the above-described configuration, that is, X-ray diffraction measurement has peaks at 2θ=26.5° and 28.5°, and the peak intensity at 26.5° is The initial Coulombic efficiency is improved by adopting a configuration in which the peak intensity at 28.5° is 0.2 times or more. The effect of this configuration can be obtained by the presence of highly crystalline SiO 2 in the negative electrode active material, so the peak intensity at 26.5° is 0.2 times the peak intensity at 28.5°. Even if it is less than (for example, 0.1 times), the corresponding effect can be obtained, but from the viewpoint of surely obtaining the desired effect of the present invention, it is specified to be 0.2 times or more. From the viewpoint of more reliably achieving the desired effect of the present invention, the peak intensity at 26.5° is preferably greater than 0.6 times the peak intensity at 28.5°, and is 0.9 times or more. Is more preferable. The upper limit of the strength ratio is not specified, but if the upper limit is specified, it can be set to, for example, 10 times.
本実施形態に係る負極活物質は、炭素被膜を有していることが好ましい。このようにすると導電性が向上するため、初回クーロン効率が、例えば5〜6%向上し得る。炭素被膜は、例えば、製造した負極活物質に対して熱分解CVD(Chemical Vapor Deposition)を行うことで形成することができる。 The negative electrode active material according to this embodiment preferably has a carbon coating. Since the conductivity is improved in this way, the initial Coulombic efficiency can be improved by, for example, 5 to 6%. The carbon coating can be formed, for example, by performing thermal decomposition CVD (Chemical Vapor Deposition) on the manufactured negative electrode active material.
<導電剤、バインダ、負極集電体8>
負極3に用いる導電剤およびバインダは、正極2と同様のものをそれぞれ使用することができる。
負極集電体8は、例えば、銅箔、ステンレス鋼箔などを使用することができるが、これらに限定されない。
<Conductive agent, binder, negative electrode
The conductive agent and the binder used for the
The negative electrode
<負極層7の作製>
負極層7を作製するために、負極活物質、導電剤、バインダを混合した後、溶媒を加え、負極スラリを調製することが好ましい。負極スラリを調製するために用いる溶媒は、バインダを溶解できるものであればよく、例えば、1−メチル−2−ピロリドンや水などを使用することができるが、これらに限定されない。負極活物質、導電剤およびバインダの溶媒への分散処理には、公知の混練機、分散機などを使用することができる。
負極活物質、導電剤、バインダの混合比は、負極活物質:導電剤:バインダの質量比でこれらの合計を100とした場合、例えば、60〜98:0.5〜20:0.5〜20などとすることができる。また、粉末の混合物に対し、溶媒は質量比で0.1〜2倍などとすることができる。
<Production of
In order to produce the
The mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder is, for example, 60 to 98:0.5 to 20:0.5, when the total ratio of the negative electrode active material:conductive agent:binder is 100. It can be 20 or the like. Further, the solvent can be used in a mass ratio of 0.1 to 2 times the mass of the powder mixture.
負極層7は、調製した負極スラリを、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法などによって負極集電体8へ付着させた後、溶媒を乾燥し、ロールプレスによって加圧成形することにより、作製することができる。
The
<セパレータ4>
セパレータ4は、正極2と負極3とを絶縁する(短絡を防止する)とともに、正極2と負極3との間にリチウムイオンを伝達させる。セパレータ4としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、ポリアラミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、セルロース、セルロースの変成体などの微孔性フィルムや不織布などを使用することができるが、これらに限定されない。セパレータ4の厚みは、電池の高出力化の観点から、40μm以下とすることが好ましい。このような厚みのセパレータ4を用いることで、電池の体積あたりの容量を大きくすることができる。
<
The
以上に説明した正極2(正極層5および正極集電体6)、負極3(負極層7および負極集電体8)およびセパレータ4の各厚さや形状などは任意に設定することができる。
また、正極2、負極3およびセパレータ4を1つの群として、複数の群を併用することができる。この場合、2つの群の間に、短絡を防止するための図示しないセパレータを設けることが好ましい。このセパレータとして、前記したセパレータ4を使用することができる。
The thicknesses and shapes of the positive electrode 2 (the
Moreover, the positive electrode 2, the
<電解質>
電解質としては、リチウム塩が溶解した有機溶媒を使用することができる。
電解質の有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、亜リン酸トリス、メチルホスホン酸ジメチルなどを使用することができるが、これらに限定されない。電解質の有機溶媒は前記したものの中から選択されたいずれか一種を用いることができ、二種以上を併用することもできる。電解質には、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、エチレンサルファイトなどの添加剤を加えてもよい。
電解質のリチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF2CF3)2などを使用することができるが、これらに限定されない。
また、前記した電解質の代わりに、固体電解質を使用することも可能である。固体電解質の例としては、Li3BO3−Li2SO4、Li7La3Zr2O12、Li10GeP2S12などを使用することができるが、これらに限定されない。
<Electrolyte>
As the electrolyte, an organic solvent in which a lithium salt is dissolved can be used.
As the organic solvent of the electrolyte, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, γ-butyrolactone, formamide, dimethylformamide, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, trisulfite, Dimethyl methylphosphonate and the like can be used, but are not limited thereto. As the organic solvent for the electrolyte, any one selected from the above can be used, and two or more kinds can be used in combination. Additives such as vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, and ethylene sulfite may be added to the electrolyte.
As the lithium salt of the electrolyte, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiN(SO 2 CF 3 ) 2 and LiN(SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 can be used, but the lithium salt is not limited thereto. ..
It is also possible to use a solid electrolyte instead of the above-mentioned electrolyte. Examples of solid electrolytes, may be used, such as Li 3 BO 3 -Li 2 SO 4 ,
<リチウムイオン二次電池1のその他の構成>
前記したように、図1は、リチウムイオン二次電池1の主要な構成要素(電気化学反応に寄与する部分)を図示したものであり、電気化学反応に寄与する部分以外のその他の構成については図示していない。リチウムイオン二次電池1における前記その他の構成としては、例えば、前述したリチウムイオン二次電池1を収容する外装体(図示せず)が挙げられる。外装体は、電解質に対して耐食性のある材料で任意の形状に形成することができる。外装体は、例えば、有底円筒形または有底角筒形の本体と、本体の開口部を封じる蓋体と、で形成することができる。この場合、外装体は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼などの金属材料で好適に形成することができる。またこの場合、必要に応じて本体と蓋体との隙間から電解質などが漏出するのを防ぐため、これらの間に樹脂製のシーリング材を介在させてもよい。さらに、外装体は、例えば、任意のラミネート材を用いて密封させたものを用いることができる。
<Other configurations of lithium-ion
As described above, FIG. 1 illustrates the main constituent elements (portion that contributes to the electrochemical reaction) of the lithium ion
また、前記その他の構成としては、例えば、正極タブおよび負極タブ(いずれも図示せず)が挙げられる。正極タブは、正極集電体6と接続され、外装体の外部に延出し、外部電源などと接続される。負極タブは、負極集電体8と接続され、外装体の外部に延出し、外部電源などと接続される。
また、リチウムイオン二次電池1が乾電池やボタン電池として用いられる場合、正極集電体6は正極リード片(図示せず)で蓋体と接続することができ、負極集電体8は負極リード片(図示せず)で本体の底部と接続することができる。
正極タブ、負極タブ、正極リード片および負極リード片は、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス鋼箔、チタン箔などから任意に選択して使用することができるが、これらに限定されない。
Further, examples of the other configurations include a positive electrode tab and a negative electrode tab (neither is shown). The positive electrode tab is connected to the positive electrode
When the lithium-ion
The positive electrode tab, the negative electrode tab, the positive electrode lead piece, and the negative electrode lead piece can be arbitrarily selected from aluminum foil, copper foil, stainless steel foil, titanium foil, and the like, but are not limited thereto.
<リチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法>
次に、図2を参照して、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法(以下、単に「本製造方法」と呼称することがある)について説明する。なお、本製造方法の説明にあたって、既に説明している構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明は省略することがある。
<Method for producing negative electrode material for lithium-ion secondary battery>
Next, with reference to FIG. 2, a method for manufacturing the negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment (hereinafter, simply referred to as “the present manufacturing method”) will be described. In the description of this manufacturing method, the same components as those already described are designated by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.
図2は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法の内容を説明するフローチャートである。
図2に示すように、本製造方法は、前述したリチウムイオン二次電池用負極材料(負極活物質)を製造する方法であり、混合工程S1と、焼成工程S2と、を含む。本製造方法は、これらの工程についてはこの順に行うものである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating the content of the method for producing the negative electrode material for lithium-ion secondary battery according to the present embodiment.
As shown in FIG. 2, the present manufacturing method is a method for manufacturing the above-described negative electrode material for a lithium ion secondary battery (negative electrode active material), and includes a mixing step S1 and a firing step S2. In the present manufacturing method, these steps are performed in this order.
<混合工程S1>
混合工程S1は、SiOに、後の焼成工程2においてSiO2の結晶性を向上させる効果のある化合物を添加し、混合する工程である。SiO2の結晶性を向上させる効果のある化合物としては、Liおよびハロゲンが挙げられる。SiO2の結晶性を向上させる効果のある化合物として好適かつ具体的には、LiFが挙げられる。以下の説明では、SiO2の結晶性を向上させる効果のある化合物、すなわち、Liおよびハロゲンとして、LiFを挙げて説明する。混合工程S1は、公知の混練機を用いて行うことができる。SiOとLiFとの混合比率は任意に設定可能であるが、例えば、Siに対するLiのモル比で1/100以上1/1以下であることが好ましく、1/50以上1/1以下とすることがより好ましい。
<Mixing step S1>
The mixing step S1 is a step of adding, to SiO, a compound having an effect of improving the crystallinity of SiO 2 in the subsequent firing step 2 and mixing. Examples of the compound having the effect of improving the crystallinity of SiO 2 include Li and halogen. LiF is a preferred and specific example of the compound having the effect of improving the crystallinity of SiO 2 . In the following description, LiF will be described as a compound having an effect of improving the crystallinity of SiO 2 , that is, Li and halogen. The mixing step S1 can be performed using a known kneader. The mixing ratio of SiO and LiF can be set arbitrarily. For example, the molar ratio of Li to Si is preferably 1/100 or more and 1/1 or less, and 1/50 or more and 1/1 or less. Is more preferable.
<焼成工程S2>
焼成工程S2は、混合工程S1で混合して得られた材料を不活性雰囲気下で焼成する工程である。不活性雰囲気は、焼成を行うチャンバ内の空気を不活性ガスに置換することで成すことができる。不活性ガスとしては、例えば、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガスなどを挙げることができるが、含有される酸素濃度の低い気体であればこれらに限定されずに使用可能である。そして、不活性雰囲気下、700℃より高く1000℃未満、好ましくは900℃付近の温度で焼成を行うと、SiO+SiO→Si+SiO2という反応が進行し、かつSiO2の結晶化が進行する。ここで、[実施例]の項目でも説明するが、製造された負極活物質にはLiFが分解等されずにX線回折測定で存在が確認されること、および、LiFを用いずに不活性雰囲気下、900℃で焼成してもSiO2のピークが検出されないことから、LiFは、SiO+SiO→Si+SiO2という反応を進行させ、SiO2の結晶化を促進させる触媒の役割を果たしていると考えられる。従って、前記条件の焼成工程S2を行うことで、前述したように、X線回折測定において、2θ=26.5°および28.5°にピークが存在し、前記26.5°のピーク強度が、前記28.5°のピーク強度の0.2倍以上となる負極活物質を製造できる。他方、焼成温度が700℃以下であると、温度が低過ぎるため、前記反応が十分に進行しない。そのため、前記したピークおよびピーク強度を有する負極活物質を製造することができない。また、焼成温度が1000℃以上になると、温度が高過ぎるため、SiOとLiFが反応し、Li2SiF6のような化合物が形成される。よって、焼成工程S2における焼成温度は前記したように700℃より高く1000℃未満とする。なお、焼成温度は、800〜950℃とすることが好ましく、例えば、900℃とすることがより好ましい。焼成工程S2における焼成時間は、例えば、1〜20時間などとすることができるが、前記したピークおよびピーク強度を有する負極活物質を製造することができればよく、これに限定されない。焼成時間は、例えば、10時間とすることができる。
<Firing step S2>
The firing step S2 is a step of firing the materials obtained by mixing in the mixing step S1 in an inert atmosphere. The inert atmosphere can be formed by replacing the air in the chamber for firing with an inert gas. As the inert gas, for example, helium gas, neon gas, argon gas and the like can be mentioned, but any gas having a low oxygen concentration can be used without being limited thereto. When firing is performed in an inert atmosphere at a temperature higher than 700° C. and lower than 1000° C., preferably near 900° C., a reaction of SiO+SiO→Si+SiO 2 proceeds and crystallization of SiO 2 proceeds. Here, as described in the item of [Example], it is confirmed that LiF is not decomposed in the manufactured negative electrode active material by X-ray diffraction measurement, and that it is inactive without using LiF. Since the peak of SiO 2 is not detected even if baked at 900° C. in the atmosphere, it is considered that LiF plays a role of a catalyst that promotes the reaction of SiO+SiO→Si+SiO 2 and promotes crystallization of SiO 2. .. Therefore, by performing the firing step S2 under the above conditions, as described above, there are peaks at 2θ=26.5° and 28.5° in the X-ray diffraction measurement, and the peak intensity at 26.5° is A negative electrode active material having a peak intensity of 28.5° or more 0.2 times or more can be manufactured. On the other hand, if the firing temperature is 700° C. or lower, the temperature is too low and the reaction does not proceed sufficiently. Therefore, the negative electrode active material having the above-mentioned peak and peak intensity cannot be manufactured. When the firing temperature is 1000° C. or higher, the temperature is too high, so that SiO and LiF react with each other to form a compound such as Li 2 SiF 6 . Therefore, the firing temperature in the firing step S2 is higher than 700°C and lower than 1000°C as described above. The firing temperature is preferably 800 to 950°C, and more preferably 900°C, for example. The firing time in the firing step S2 can be set to, for example, 1 to 20 hours, but is not limited thereto as long as the negative electrode active material having the above-mentioned peak and peak intensity can be produced. The firing time can be, for example, 10 hours.
以上に説明したように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極材料(負極活物質)は、構成元素として少なくともSiおよびOを含む化合物であり、X線回折測定において、2θ=26.5°および28.5°にピークが存在し、前記26.5°のピーク強度が、前記28.5°のピーク強度の0.2倍以上としている。本実施形態に係る負極活物質はこのような構成としているため前記した作用効果を奏することができ、初回クーロン効率が高い。
また、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池1は、本実施形態に係る負極活物質を含んでいるため、初回クーロン効率が高い。
そして、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極材料(負極活物質)の製造方法は、初回クーロン効率が高い、本実施形態に係る負極活物質を製造できる。
As described above, the negative electrode material for the lithium ion secondary battery (negative electrode active material) according to the present embodiment is a compound containing at least Si and O as constituent elements, and 2θ=26. There are peaks at 5° and 28.5°, and the peak intensity at 26.5° is 0.2 times or more the peak intensity at 28.5°. Since the negative electrode active material according to the present embodiment has such a configuration, the above-described effects can be exhibited, and the initial Coulombic efficiency is high.
Moreover, since the lithium ion
Then, the method for manufacturing the negative electrode material (negative electrode active material) for a lithium ion secondary battery according to this embodiment can manufacture the negative electrode active material according to this embodiment having high initial Coulombic efficiency.
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
以下のようにして実施例1に係る負極活物質を製造し、さらにこれを用いて電気化学セルを作製した。 The negative electrode active material according to Example 1 was manufactured as follows, and an electrochemical cell was prepared by using the negative electrode active material.
<実施例1>
<負極活物質の製造>
SiOとLiFとを、Siに対するLiのモル比で1/1となるように混合し、得られた混合物をアルゴン雰囲気下で900℃、10時間焼成して、実施例1に係る負極活物質を製造した。
<Example 1>
<Manufacture of negative electrode active material>
SiO and LiF were mixed so that the molar ratio of Li to Si was 1/1, and the obtained mixture was fired at 900° C. for 10 hours in an argon atmosphere to give the negative electrode active material of Example 1. Manufactured.
<電気化学セルの作製>
製造した負極活物質と、導電剤と、バインダと、を質量比で70:15:15となるように混合した後、粉末の混合物に対し、質量比で1:1となるように溶媒を加え、負極スラリを調製した。なお、導電剤はケッチェンブラックを使用し、バインダはポリアクリル酸を使用し、溶媒は1−メチル−2−ピロリドンを使用した。
調製した負極スラリを負極集電体8である銅箔の上にドクターブレード法で付着させた後、乾燥させ、ロールプレスによって加圧成形することにより、負極層7を作製した。
<Preparation of electrochemical cell>
The manufactured negative electrode active material, a conductive agent, and a binder were mixed in a mass ratio of 70:15:15, and then a solvent was added to the mixture of powders in a mass ratio of 1:1. A negative electrode slurry was prepared. Ketjen black was used as the conductive agent, polyacrylic acid was used as the binder, and 1-methyl-2-pyrrolidone was used as the solvent.
The prepared negative electrode slurry was attached onto a copper foil as the negative electrode
ポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレンの3層から構成される厚さ30μmのセパレータ4を用意した。そして、このセパレータ4の一方の面に正極が接触するようにして、正極を配置し、このセパレータ4の他方の面に負極層7が接触するようにして、負極層7および負極集電体8を配置した。なお、正極には、性能の安定しているリチウム金属を用いた。
A 30 μm
そして、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートを体積比1:1:1で混合した後、ビニレンカーボネートを質量比で1%加えて電解質の有機溶媒を調製した。調製した有機溶媒に1.0mol/LのLiPF6をリチウム塩として溶解させて電解質を調製した。また、電解質の揮発を抑制するため電気化学セルはガラス容器に密封した。 Then, ethylene carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1:1:1, and then vinylene carbonate was added at 1% by mass ratio to prepare an organic solvent for the electrolyte. 1.0 mol/L of LiPF 6 was dissolved as a lithium salt in the prepared organic solvent to prepare an electrolyte. Further, the electrochemical cell was sealed in a glass container to suppress the volatilization of the electrolyte.
<充放電評価>
以上のようにして作製した電気化学セルについて、充放電評価を行った。
充放電評価における充放電試験は下記の条件で行った。すなわち、電気化学セルを初回充電において0.25CAで定電流充電し、0Vに電圧が達した後に定電圧充電の電流値が0.125CAになるまで充電し、0.25CAで1.5Vまで定電流放電した。
そして、得られた放電容量(Ah)と、充電容量(Ah)とを用いて、{放電容量(Ah)/充電容量(Ah)}×100の式から初回クーロン効率(%)を算出した。その結果を表1に示す。なお、作製した電極を一時間で放電することができる電流を1CAと定義する。
<Charge/discharge evaluation>
Charge/discharge evaluation was performed on the electrochemical cell manufactured as described above.
The charge/discharge test in charge/discharge evaluation was performed under the following conditions. That is, the electrochemical cell is charged with a constant current at 0.25 CA in the initial charge, and is charged until the current value of the constant voltage charge becomes 0.125 CA after the voltage reaches 0 V, and is fixed at 1.5 V at 0.25 CA. The current was discharged.
Then, using the obtained discharge capacity (Ah) and charge capacity (Ah), the initial Coulombic efficiency (%) was calculated from the formula of {discharge capacity (Ah)/charge capacity (Ah)}×100. The results are shown in Table 1. Note that the current that can discharge the manufactured electrode in one hour is defined as 1 CA.
<結晶構造の評価>
また、X線回折測定を用いて、製造した負極活物質の結晶構造を評価した。2θ=26.5°に観察されるSiO2のピーク強度を、2θ=28.5°に観察されるSiのピーク強度で除した値をXRD強度比として表1に示す。また、図3にX線回折測定によって得られた回折チャートを示す。なお、図3には、実施例1に係る負極活物質の回折チャートとともに、比較例1および比較例2に係る負極活物質の回折チャートも併記している。
<Evaluation of crystal structure>
Moreover, the crystal structure of the manufactured negative electrode active material was evaluated using X-ray diffraction measurement. A value obtained by dividing the peak intensity of SiO 2 observed at 2θ=26.5° by the peak intensity of Si observed at 2θ=28.5° is shown in Table 1 as an XRD intensity ratio. Further, FIG. 3 shows a diffraction chart obtained by X-ray diffraction measurement. In addition, in FIG. 3, the diffraction charts of the negative electrode active materials according to Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are also shown together with the diffraction chart of the negative electrode active material according to Example 1.
<実施例2>
実施例2では、SiOとLiFとを、Siに対するLiのモル比で1/8となるように混合したこと以外は、実施例1と同様の条件で負極活物質を製造した。そして、実施例1と同様にして充放電評価の評価と結晶構造の評価とを行った。実施例2に係る負極活物質のXRD強度比と初回クーロン効率とを表1に示す。
<Example 2>
In Example 2, a negative electrode active material was produced under the same conditions as in Example 1 except that SiO and LiF were mixed at a molar ratio of Li to Si of 1/8. Then, in the same manner as in Example 1, the charge/discharge evaluation and the crystal structure evaluation were performed. Table 1 shows the XRD intensity ratio and the initial Coulombic efficiency of the negative electrode active material according to Example 2.
<実施例3>
実施例3では、SiOとLiFとを、Siに対するLiのモル比で1/50となるように混合したこと以外は、実施例1と同様の条件で負極活物質を製造した。そして、実施例1と同様にして充放電評価の評価と結晶構造の評価とを行った。実施例3に係る負極活物質のXRD強度比と初回クーロン効率とを表1に示す。
<Example 3>
In Example 3, a negative electrode active material was produced under the same conditions as in Example 1 except that SiO and LiF were mixed at a molar ratio of Li to Si of 1/50. Then, in the same manner as in Example 1, the charge/discharge evaluation and the crystal structure evaluation were performed. Table 1 shows the XRD intensity ratio and the initial Coulombic efficiency of the negative electrode active material according to Example 3.
<実施例4>
実施例4では、SiOとLiFとを、Siに対するLiのモル比で1/100となるように混合したこと以外は、実施例1と同様の条件で負極活物質を製造した。そして、実施例1と同様にして充放電評価の評価と結晶構造の評価とを行った。実施例4に係る負極活物質のXRD強度比と初回クーロン効率とを表1に示す。
<Example 4>
In Example 4, a negative electrode active material was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that SiO and LiF were mixed so that the molar ratio of Li to Si was 1/100. Then, in the same manner as in Example 1, the charge/discharge evaluation and the crystal structure evaluation were performed. Table 1 shows the XRD intensity ratio and the initial Coulombic efficiency of the negative electrode active material according to Example 4.
<比較例1>
比較例1では、LiFを用いず、焼成もしないこと以外は、実施例1と同様の条件で負極活物質を製造した。そして、実施例1と同様にして充放電評価の評価と結晶構造の評価とを行った。比較例1に係る負極活物質のXRD強度比と初回クーロン効率とを表1に示す。また、図3に、比較例1に係る負極活物質の回折チャートを示す。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, a negative electrode active material was manufactured under the same conditions as in Example 1, except that LiF was not used and firing was not performed. Then, in the same manner as in Example 1, the charge/discharge evaluation and the crystal structure evaluation were performed. Table 1 shows the XRD intensity ratio and the initial Coulombic efficiency of the negative electrode active material according to Comparative Example 1. Further, FIG. 3 shows a diffraction chart of the negative electrode active material according to Comparative Example 1.
<比較例2>
比較例2では、LiFを加えないこと以外は、実施例1と同様の条件で負極活物質を製造した。そして、実施例1と同様にして充放電評価の評価と結晶構造の評価とを行った。比較例2に係る負極活物質のXRD強度比と初回クーロン効率とを表1に示す。また、図3に、比較例2に係る負極活物質の回折チャートを示す。
<Comparative example 2>
In Comparative Example 2, a negative electrode active material was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that LiF was not added. Then, in the same manner as in Example 1, the charge/discharge evaluation and the crystal structure evaluation were performed. Table 1 shows the XRD intensity ratio and the initial Coulombic efficiency of the negative electrode active material according to Comparative Example 2. Further, FIG. 3 shows a diffraction chart of the negative electrode active material according to Comparative Example 2.
<比較例3>
比較例3では、LiFの代わりにLiOH・H2Oを用いたこと以外は、実施例1と同様の条件で負極活物質を製造した。そして、実施例1と同様にして充放電評価の評価と結晶構造の評価とを行った。比較例3に係る負極活物質のXRD強度比と初回クーロン効率とを表1に示す。
<Comparative example 3>
In Comparative Example 3, a negative electrode active material was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that LiOH.H 2 O was used instead of LiF. Then, in the same manner as in Example 1, the charge/discharge evaluation and the crystal structure evaluation were performed. Table 1 shows the XRD intensity ratio and the initial Coulombic efficiency of the negative electrode active material according to Comparative Example 3.
<比較例4>
比較例4では、LiFの代わりにLi2CO3を用いたこと以外は、実施例1と同様の条件で負極活物質を製造した。そして、実施例1と同様にして充放電評価の評価と結晶構造の評価とを行った。比較例4に係る負極活物質のXRD強度比と初回クーロン効率とを表1に示す。
<Comparative example 4>
In Comparative Example 4, a negative electrode active material was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that Li 2 CO 3 was used instead of LiF. Then, in the same manner as in Example 1, the charge/discharge evaluation and the crystal structure evaluation were performed. Table 1 shows the XRD intensity ratio and the initial Coulombic efficiency of the negative electrode active material according to Comparative Example 4.
<比較例5>
比較例5では、焼成温度を700℃に変更したこと以外は、実施例1と同様の条件で負極活物質を製造した。そして、実施例1と同様にして充放電評価の評価と結晶構造の評価とを行った。比較例5に係る負極活物質のXRD強度比と初回クーロン効率とを表1に示す。
<Comparative Example 5>
In Comparative Example 5, a negative electrode active material was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the firing temperature was changed to 700°C. Then, in the same manner as in Example 1, the charge/discharge evaluation and the crystal structure evaluation were performed. Table 1 shows the XRD intensity ratio and the initial Coulombic efficiency of the negative electrode active material according to Comparative Example 5.
<比較例6>
比較例6では、焼成温度を1000℃に変更したこと以外は、実施例1と同様の条件で負極活物質を製造した。そして、実施例1と同様にして充放電評価の評価と結晶構造の評価とを行った。比較例6に係る負極活物質のXRD強度比と初回クーロン効率とを表1に示す。
<Comparative example 6>
In Comparative Example 6, a negative electrode active material was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the firing temperature was changed to 1000°C. Then, in the same manner as in Example 1, the charge/discharge evaluation and the crystal structure evaluation were performed. Table 1 shows the XRD intensity ratio and the initial Coulombic efficiency of the negative electrode active material according to Comparative Example 6.
<結果>
表1に示すように、実施例1〜4に係る負極活物質は、初回クーロン効率が70%を超えており、優れた結果となった。また、実施例1〜4に係る負極活物質は、X線回折測定において、2θ=26.5°および28.5°にピークが確認された(図3に示す実施例1の回折チャート参照。なお、図3には実施例2〜4の回折チャートは図示していないが、同じ2θ(回折角)にピークが確認されている。)。そして、表1に示すように、実施例1〜4に係る負極活物質における前記26.5°のピーク強度(六方晶のSiO2のピーク強度)は、前記28.5°のピーク強度の0.2倍以上(XRD強度比が0.2倍以上)であった。このことは、SiO2の結晶化が十分に進行していたことを示している。これらの結果から、実施例1〜4に係る負極活物質の初回クーロン効率が優れていた理由として、リチウムに対して不活性な高結晶SiO2ドメイン形成がされ、初回充電時に不可逆的なリチウム消費を伴うLi−Si−O化合物の形成を抑制できたためであると考えられた。この点、[発明の概要]の項目で説明した特許文献1に提案されている発明、すなわち、鱗珪石構造を有するSiO2成分を含み、かつ、X線回折において、21.825°付近で得られる回折ピークの半値幅(2θ)を0.15°以下である非水電解質二次電池用負極材や、ケイ素化合物のSi成分の結晶性は低いほどよく、Li−Si−O化合物を含むとより効果的に効果を発揮できるとする非水電解質二次電池用負極材とは、技術的思想が相違していると言える。
<Results>
As shown in Table 1, the negative electrode active materials according to Examples 1 to 4 had an initial Coulombic efficiency of more than 70%, which was an excellent result. Further, in the negative electrode active materials according to Examples 1 to 4, peaks were confirmed at 2θ=26.5° and 28.5° in X-ray diffraction measurement (see the diffraction chart of Example 1 shown in FIG. 3). Although the diffraction charts of Examples 2 to 4 are not shown in FIG. 3, peaks are confirmed at the same 2θ (diffraction angle).) Then, as shown in Table 1, the peak intensity of 26.5° (hexagonal SiO 2 peak intensity) in the negative electrode active materials according to Examples 1 to 4 is 0 of the peak intensity of 28.5°. 0.2 times or more (XRD intensity ratio is 0.2 times or more). This indicates that the crystallization of SiO 2 was sufficiently advanced. From these results, the reason why the initial coulombic efficiencies of the negative electrode active materials according to Examples 1 to 4 were excellent was that a highly crystalline SiO 2 domain that was inactive against lithium was formed, and the lithium consumption was irreversible during the initial charging. It was considered that this was because the formation of the Li-Si-O compound accompanied by was suppressed. In this respect, the invention proposed in
一方、比較例1〜6に係る負極活物質は、初回クーロン効率が70%未満となり、満足いく結果とはならなかった。比較例1〜6に係る負極活物質は、X線回折測定において、六方晶のSiO2のピーク(2θ=26.5°のピーク)が観察されず、XRD強度比がゼロであった。これらの結果は、比較例1〜6で用いた手法では、高結晶SiO2ドメインを形成させることができず、高い初回クーロン効率が得られなかったことを示している。特に、比較例3および比較例4の結果から、負極活物質を製造する際に混合する化合物は単にLiを含んでいればよい訳ではなく、LiFを含んでいる必要があることが分かった。また、比較例5および比較例6の結果から、負極活物質を製造する際に焼成温度も重要であることが分かった。 On the other hand, the negative electrode active materials according to Comparative Examples 1 to 6 had an initial Coulombic efficiency of less than 70%, which was not a satisfactory result. In the negative electrode active materials according to Comparative Examples 1 to 6, in the X-ray diffraction measurement, the hexagonal SiO 2 peak (peak at 2θ=26.5°) was not observed, and the XRD intensity ratio was zero. These results indicate that the method used in Comparative Examples 1 to 6 was unable to form a highly crystalline SiO 2 domain, and a high initial Coulombic efficiency was not obtained. In particular, from the results of Comparative Example 3 and Comparative Example 4, it was found that the compound to be mixed when manufacturing the negative electrode active material does not necessarily have to contain only Li, but needs to contain LiF. From the results of Comparative Example 5 and Comparative Example 6, it was found that the firing temperature is also important when manufacturing the negative electrode active material.
さらに、図3に示すように、実施例1に係る負極活物質には、LiFのピークが確認された。このことから、LiFは負極活物質製造の際の焼成によっては分解されないことが確認された。また、実施例1〜4と比較例2とを比較して分かるように、LiFを用いることによってSiO2を結晶化することができた。すなわち、LiFを用いることによって、SiO2の結晶化を促進できることが分かった。これらのことから、LiFは、負極活物質を製造する焼成工程S2において触媒の役割を果たしていると考えられた。また、LiFを用いた今回の結果から、LiFと同様の反応性を有するLiおよびハロゲン(塩素、臭素、ヨウ素)を含むものであれば、同様の効果を奏することができると推察された。 Further, as shown in FIG. 3, a LiF peak was confirmed in the negative electrode active material according to Example 1. From this, it was confirmed that LiF was not decomposed by firing during the production of the negative electrode active material. Further, as can be seen by comparing Examples 1 to 4 and Comparative Example 2, it was possible to crystallize SiO 2 by using LiF. That is, it was found that the use of LiF can promote the crystallization of SiO 2 . From these, it was considered that LiF plays a role of a catalyst in the firing step S2 for producing the negative electrode active material. In addition, from the results of this time using LiF, it was speculated that the same effect could be obtained as long as it contained Li and halogen (chlorine, bromine, iodine) having the same reactivity as LiF.
以上の結果から、SiOの酸素含有ドメインを高結晶SiO2化することで、SiO負極の初回クーロン効率を向上できることが分かった。 From the above results, it was found that the initial Coulombic efficiency of the SiO negative electrode can be improved by converting the oxygen-containing domain of SiO into highly crystalline SiO 2 .
以上、本発明に係るリチウムイオン二次電池用負極材料、リチウムイオン二次電池およびリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法について実施形態および実施例により詳細に説明したが、本発明の主旨はこれに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 As described above, the lithium ion secondary battery negative electrode material, the lithium ion secondary battery and the method for producing the lithium ion secondary battery negative electrode material according to the present invention have been described in detail with reference to the embodiments and examples. The present invention is not limited to this, and various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add/delete/replace other configurations with respect to a part of the configurations of the respective embodiments.
1 リチウムイオン二次電池
2 正極
3 負極
4 セパレータ
5 正極層
6 正極集電体
7 負極層
8 負極集電体
S1 混合工程
S2 焼成工程
DESCRIPTION OF
Claims (9)
X線回折測定において、2θ=26.5°および28.5°にピークが存在し、
前記26.5°のピーク強度が、前記28.5°のピーク強度の0.2倍以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極材料。 A compound containing at least Si and O as constituent elements,
In X-ray diffraction measurement, there are peaks at 2θ=26.5° and 28.5°,
The negative electrode material for a lithium ion secondary battery, wherein the peak intensity at 26.5° is 0.2 times or more the peak intensity at 28.5°.
前記化合物の少なくとも一部にSiO2を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極材料。 The lithium-ion secondary battery negative electrode material according to claim 1,
A negative electrode material for a lithium ion secondary battery, characterized in that at least a part of the compound contains SiO 2 .
前記化合物は、さらにLiおよびハロゲンを含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極材料。 The lithium-ion secondary battery negative electrode material according to claim 1,
The said compound further contains Li and halogen, The negative electrode material for lithium ion secondary batteries characterized by the above-mentioned.
前記Siに対する前記Liのモル比は、1/100以上1/1以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極材料。 The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 3,
The negative electrode material for a lithium ion secondary battery, wherein the molar ratio of Li to Si is 1/100 or more and 1/1 or less.
前記Siに対する前記Liのモル比は、1/50以上1/1以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極材料。 The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 3,
The negative electrode material for a lithium ion secondary battery, wherein the molar ratio of Li to Si is 1/50 or more and 1/1 or less.
表面に炭素被膜を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極材料。 The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5,
A negative electrode material for a lithium ion secondary battery, which has a carbon coating on its surface.
前記負極は、請求項1乃至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材料を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池。 A lithium-ion secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte,
A lithium ion secondary battery, wherein the negative electrode includes the negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5.
SiOと、Liおよびハロゲンと、を混合する混合工程と、
混合した前記SiOと、前記Liおよび前記ハロゲンと、を不活性雰囲気下、700℃より高く1000℃未満で焼成する焼成工程と、
を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法。 A method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, which is a compound containing at least Si and O as constituent elements,
A mixing step of mixing SiO, Li and halogen;
A firing step of firing the mixed SiO, Li and the halogen under an inert atmosphere at a temperature higher than 700° C. and lower than 1000° C.;
A method for producing a negative electrode material for a lithium-ion secondary battery, comprising:
前記混合工程においてSiに対するLiのモル比が1/100以上1/1以下となるように、前記SiOと、前記Liおよび前記ハロゲンと、を混合することを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法。 The method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 8,
The negative electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the SiO, the Li and the halogen are mixed so that a molar ratio of Li to Si is 1/100 or more and 1/1 or less in the mixing step. Material manufacturing method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019006768A JP2020115443A (en) | 2019-01-18 | 2019-01-18 | Lithium ion secondary battery negative electrode material, lithium ion secondary battery, and manufacturing method for lithium ion secondary battery negative electrode materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019006768A JP2020115443A (en) | 2019-01-18 | 2019-01-18 | Lithium ion secondary battery negative electrode material, lithium ion secondary battery, and manufacturing method for lithium ion secondary battery negative electrode materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020115443A true JP2020115443A (en) | 2020-07-30 |
Family
ID=71778616
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019006768A Pending JP2020115443A (en) | 2019-01-18 | 2019-01-18 | Lithium ion secondary battery negative electrode material, lithium ion secondary battery, and manufacturing method for lithium ion secondary battery negative electrode materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020115443A (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014071948A (en) * | 2012-09-27 | 2014-04-21 | Sanyo Electric Co Ltd | Method for producing negative electrode active material |
JP2016219408A (en) * | 2015-05-21 | 2016-12-22 | 日立化成株式会社 | Negative electrode active material for secondary battery, production method of negative electrode active material for secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery |
JP2016219410A (en) * | 2015-05-21 | 2016-12-22 | 日立化成株式会社 | Negative electrode active material for secondary battery, production method of negative electrode active material for secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery |
-
2019
- 2019-01-18 JP JP2019006768A patent/JP2020115443A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014071948A (en) * | 2012-09-27 | 2014-04-21 | Sanyo Electric Co Ltd | Method for producing negative electrode active material |
JP2016219408A (en) * | 2015-05-21 | 2016-12-22 | 日立化成株式会社 | Negative electrode active material for secondary battery, production method of negative electrode active material for secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery |
JP2016219410A (en) * | 2015-05-21 | 2016-12-22 | 日立化成株式会社 | Negative electrode active material for secondary battery, production method of negative electrode active material for secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5235282B2 (en) | Cathode active material and battery for non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP5554780B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
US8722250B2 (en) | Cathode active material, cathode including the cathode active material, lithium battery employing the cathode, and method of preparing the same | |
JP3077218B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP5972513B2 (en) | Cathode and lithium battery using the same | |
JP2018116930A (en) | Positive electrode active material and battery | |
JP2008282819A (en) | Manufacturing method of negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, and negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery provided thereby | |
JP5928302B2 (en) | Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery | |
JP2002015735A (en) | Lithium iron compound oxide for lithium secondary cell positive active material, its manufacturing method and lithium secondary cell using the same | |
JPWO2018198410A1 (en) | Positive electrode active material and battery | |
JP6077345B2 (en) | Non-aqueous secondary battery positive electrode material, non-aqueous secondary battery positive electrode and non-aqueous secondary battery | |
JP2012174546A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2015082476A (en) | Positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, positive electrode for lithium ion secondary batteries, lithium ion secondary battery, and method for manufacturing positive electrode active material for lithium ion secondary batteries | |
JP2017103024A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing the same | |
JP5910730B2 (en) | Active material, electrode using the same, and lithium ion secondary battery | |
JP2020123460A (en) | Pre-doping material, positive electrode including pre-doping material, and method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery including positive electrode thereof, and method for producing metal oxide | |
JP6981450B2 (en) | Method for manufacturing negative electrode active material for lithium ion secondary battery, negative electrode active material for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery | |
KR20180083432A (en) | Negative electrode material for Li ion secondary battery and production method thereof, negative electrode for Li ion secondary battery and Li ion secondary battery | |
KR102455642B1 (en) | Cathode Active Material for Lithium Secondary Battery | |
US11302916B2 (en) | Methods to stabilize lithium titanate oxide (LTO) by electrolyte pretreatment | |
JP2015002091A (en) | Positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, lithium ion secondary battery positive electrode arranged by use thereof, lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery module, and method for manufacturing positive electrode active material for lithium ion secondary batteries | |
JP2021150161A (en) | Negative electrode active material for lithium secondary battery, lithium secondary battery, and manufacturing method of negative electrode active material for lithium secondary battery | |
JP6981455B2 (en) | Manufacturing method of negative electrode active material for lithium ion secondary battery | |
JP6528982B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
KR20220009575A (en) | Cathode Active Material for Lithium Secondary Battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200319 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210216 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210302 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210409 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210921 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211119 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220315 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20220913 |