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 PDF

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Abstract

To provide a lithium ion secondary battery negative electrode material, a lithium ion secondary battery, and a manufacturing method for lithium ion secondary battery negative electrode materials that provide excellent first time Coulomb efficiency.SOLUTION: A lithium ion secondary battery negative electrode material according to the present invention is a compound containing at least Si and O as constituent elements and provides peaks at 2θ=26.5° and 28.5°in X-ray diffraction measurement, where a ratio of strength of the peak at 26.5°to that of the peak at 28.5°is made to be 0.2 or more. A lithium ion secondary battery 1 according to the present invention includes a positive electrode 2, a negative electrode 3, and an electrolyte, the negative electrode 3 containing the lithium ion secondary battery negative electrode material. A manufacturing method for lithium ion secondary battery negative electrode materials according to the present invention includes: a mixing step S1 of mixing SiO with Li and halogen; and a firing step S2 of performing firing under an inert atmosphere at a temperature higher than 700°C and lower than 1000°C.SELECTED DRAWING: Figure 1

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、SiO(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SiO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 Patent Document 1, in a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having negative electrode active material particles, the negative electrode active material particles are SiO x (0.5≦x≦1.6). And a carbon coating layer made of a carbon component coating the surface of the silicon compound, wherein the negative electrode active material particles contain a SiO 2 component having a calcified silica structure, and in X-ray diffraction, A negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery has been proposed in which the half-value width (2θ) of the diffraction peak obtained at around 21.825° is 0.15° or less. Note that Patent Document 1 describes that the lower the crystallinity of the Si component of the silicon compound, the better. Then, according to Patent Document 1, it is described that the configuration described above makes it possible to increase the battery capacity and improve the cycle characteristics and the initial charge/discharge characteristics.

特開2018−78114号公報JP, 2018-78114, A

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SiO(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SiO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SiO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、LiSiO、LiSi、LiSiO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 Patent Document 1, a silicon compound represented by SiO x (0.5≦x≦1.6) is used for the negative electrode active material particles. Then, in the invention described in Patent Document 1, the negative electrode active material particles contain a SiO 2 component having a calcified silica structure, and in X-ray diffraction, the full width at half maximum of the diffraction peak obtained near 21.825° ( 2θ) is set to 0.15° or less. In Patent Document 1, by configuring the negative electrode active material particles with such a structure, the modification of the SiO 2 component by the insertion and desorption of Li can be efficiently progressed, and the irreversible capacity of the battery is further reduced. It can be done. In Patent Document 1, to include Li 4 SiO 4, Li 6 Si 2 O 7, Li 2 at least one kind of Li compounds of the SiO 3 (corresponding to Li-SiO compound mentioned above), It is described as preferable because the effect can be exhibited more effectively.

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 Patent Document 1 can also improve the initial Coulombic efficiency. However, as described above, Li is hardly desorbed from the Li-Si-O compound during discharge. Therefore, although the method described in Patent Document 1 is expected to improve the initial Coulombic efficiency, the improvement effect is not sufficient from the amount of Li consumed for the formation of the Li-Si-O compound. There is a possibility that I cannot say it.

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SiO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.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の主要な構成要素(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。It is the schematic explanatory drawing which illustrated the main components (portion which contributes to an electrochemical reaction) of the lithium ion secondary battery which concerns on this embodiment. 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。It is a flowchart explaining the content of the manufacturing method of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries which concerns on this embodiment. X線回折測定によって得られた実施例1に係る負極活物質の回折チャートと、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とを示すX線回折チャート図である。FIG. 3 is an X-ray diffraction chart showing a diffraction chart of the negative electrode active material according to Example 1 and a diffraction chart of the negative electrode active materials according to Comparative Example 1 and Comparative Example 2 obtained by X-ray diffraction measurement.

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 secondary battery 1>
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram illustrating main components (portions that contribute to an electrochemical reaction) of a lithium ion secondary battery 1 according to this embodiment. Here, the lithium ion secondary battery refers to an electrochemical device capable of storing or utilizing electric energy by occluding/desorbing (releasing) Li in the electrode. The lithium-ion secondary battery is called by another name such as a lithium-ion battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery, and any battery is the subject of the present invention.

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 secondary battery 1 according to this embodiment, a positive electrode 2 and a negative electrode 3 that directly contribute to an electrochemical reaction are arranged opposite to each other. The separator 4 is provided between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. Further, an electrolyte is provided for enabling the movement of Li between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. As the electrolyte, for example, an organic solvent in which a lithium salt is dissolved can be used. In this embodiment, the positive electrode 2, the negative electrode 3, and the separator 4 are impregnated with an electrolyte. The negative electrode active material according to the present embodiment (corresponding to the “negative electrode material for lithium ion secondary battery” in the claims) is included in the negative electrode layer 7 of the negative electrode 3 (note that the negative electrode active material is not illustrated. No). The negative electrode active material will be described later.

<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, positive electrode layer 5>
The positive electrode 2 is composed of a positive electrode layer 5 and a positive electrode current collector 6. The positive electrode layer 5 is composed of a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder.

<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:LiMO、Li1+x1−x、LiM、LiMPO、LiMVO、LiMBO、LiMSiO、LiMn2−y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、TiS、MoS、Mo、TiSeなどのカルコゲナイドや、Vなどのバナジウム系酸化物、FeFなどのハライド、ポリアニオンを構成するFe(MoO、Fe(SO、LiFe(PO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 negative electrode layer 7 are inserted during the discharging process. As the positive electrode active material, a lithium composite oxide having a transition metal is desirable. As the positive electrode active material, for example, the composition formula: LiMO 2, Li 1 + x M 1-x O 2, LiM 2 O 4, LiMPO 4, LiMVO z, LiMBO 3, Li 2 MSiO 4, LiMn 2-y M y O 4 A compound represented by the following formula can be used. In addition, in these compounds, M is a metal. Examples of M include at least one or more selected from Co, Ni, Mn, Fe, Cr, Zn, Ta, Al, Mg, Cu, Cd, Mo, Nb, W, Ru and the like. x can take any number less than or equal to 0.33. y can take any number less than or equal to 0.5. z is the oxygen concentration contained in the compound, and can be an arbitrary integer of 0 or more. Further, as the positive electrode active material, for example, chalcogenide such as sulfur, TiS 2 , MoS 2 , Mo 6 S 8 and TiSe 2 , vanadium oxide such as V 2 O 5 , halide such as FeF 3 and polyanion are constituted. An oxide such as Fe(MoO 4 ) 3 , Fe 2 (SO 4 ) 3 or Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 or a quinone-based organic crystal can also be used. The element ratio may deviate from the stoichiometric composition. In this embodiment, there is no limitation on the positive electrode active material, and materials other than the above-mentioned materials can be used.

<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 positive electrode layer 5. As the conductive agent, for example, Ketjen black, acetylene black, graphite and the like can be used, but the conductive agent is not limited thereto.

<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 current collector 6>
The positive electrode current collector 6 collects current from the positive electrode layer 5. As the positive electrode current collector 6, for example, aluminum foil, stainless steel foil, titanium foil, or the like can be used, but the positive electrode current collector 6 is not limited thereto.

<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 positive electrode layer 5>
In order to produce the positive electrode layer 5, it is preferable to mix a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder, and then add a solvent to prepare a positive electrode slurry. The solvent used to prepare the positive electrode slurry may be any solvent that can dissolve the binder, and examples thereof include 1-methyl-2-pyrrolidone and water, but are not limited thereto. A known kneader or disperser can be used for the dispersion treatment of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder in the solvent.
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 positive electrode layer 5 is prepared by applying the prepared positive electrode slurry to the positive electrode current collector 6 by, for example, a doctor blade method, a dipping method, or a spray method, drying the solvent, and press-molding it with a roll press. Can be made.

<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。
<Negative electrode 3, negative electrode layer 7>
The negative electrode 3 includes a negative electrode layer 7 and a negative electrode current collector 8. The negative electrode layer 7 is composed of a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder.

<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SiO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 positive electrode layer 5 are inserted in the charging process.
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SiO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(SiO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SiO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SiO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+SiO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SiO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、LiSiO)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+LiSiO
(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, Li 4 SiO 4) oxygen in SiO is to generate contribute. That is, when the negative electrode active material is the SiO negative electrode of the conventional configuration that does not adopt the configuration of this embodiment, the reaction mechanism regarding SiO during charging and discharging is as follows.
(Charging) 4SiO + 17.2Li + + 17.2e - → 3SiLi 4.4 + Li 4 SiO 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 Li + 4 pieces of Li of + to produce a Li-SiO compound bonded with oxygen in the SiO. Since the compound does not desorb Li during discharge, the amount of Li that can move between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 is reduced, which causes a decrease in initial Coulombic efficiency. Therefore, if the Li-Si-O compound is not formed during the initial charge, the Li that can move between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 will not decrease, and the initial Coulombic efficiency will be improved.

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、SiOについて考えてみると、SiO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、SiO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SiO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+SiO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SiO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、SiO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SiO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 current collector 8>
The conductive agent and the binder used for the negative electrode 3 may be the same as those for the positive electrode 2.
The negative electrode current collector 8 can be, for example, a copper foil, a stainless steel foil, or the like, but is not limited to these.

<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 Negative Electrode Layer 7>
In order to produce the negative electrode layer 7, it is preferable to mix a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder, and then add a solvent to prepare a negative electrode slurry. The solvent used for preparing the negative electrode slurry may be any solvent as long as it can dissolve the binder, and examples thereof include 1-methyl-2-pyrrolidone and water, but are not limited thereto. A known kneader, disperser or the like can be used for the dispersion treatment of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder in the solvent.
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 negative electrode layer 7 is prepared by applying the prepared negative electrode slurry to the negative electrode current collector 8 by, for example, a doctor blade method, a dipping method, or a spray method, drying the solvent, and press-molding with a roll press. Can be made.

<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。
<Separator 4>
The separator 4 insulates the positive electrode 2 and the negative electrode 3 (prevents a short circuit), and transmits lithium ions between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. As the separator 4, for example, a microporous film or non-woven fabric such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, polyacrylonitrile, polyaramid, polyamide imide, polyimide, cellulose, or a modified product of cellulose is used. However, the present invention is not limited to these. The thickness of the separator 4 is preferably 40 μm or less from the viewpoint of increasing the output of the battery. By using the separator 4 having such a thickness, the capacity per volume of the battery can be increased.

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 positive electrode layer 5 and the positive electrode current collector 6), the negative electrode 3 (the negative electrode layer 7 and the negative electrode current collector 8), and the separator 4 described above can be arbitrarily set.
Moreover, the positive electrode 2, the negative electrode 3, and the separator 4 can be used as one group, and a plurality of groups can be used together. In this case, it is preferable to provide a separator (not shown) for preventing a short circuit between the two groups. As the separator, the separator 4 described above can be used.

<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、LiPF、LiBF、LiClO、LiN(SOCF、LiN(SOCFCF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、LiBO−LiSO、LiLaZr12、Li10GeP12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 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12, Li 10 GeP 2 S 12, but are not limited to.

<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 secondary battery 1>
As described above, FIG. 1 illustrates the main constituent elements (portion that contributes to the electrochemical reaction) of the lithium ion secondary battery 1, and regarding other configurations other than the portion that contributes to the electrochemical reaction, Not shown. Examples of the other configurations of the lithium ion secondary battery 1 include an exterior body (not shown) that houses the lithium ion secondary battery 1 described above. The outer package can be formed in an arbitrary shape with a material having corrosion resistance to the electrolyte. The exterior body can be formed of, for example, a bottomed cylindrical or bottomed rectangular tube-shaped main body and a lid body that closes the opening of the main body. In this case, the outer package can be preferably formed of a metal material such as aluminum, stainless steel, or nickel-plated steel. Further, in this case, a resin sealing material may be interposed between the main body and the lid in order to prevent the electrolyte or the like from leaking out from the gap, if necessary. Furthermore, as the outer package, for example, one that is sealed with an arbitrary laminate material can be used.

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 current collector 6, extends to the outside of the outer package, and is connected to an external power source or the like. The negative electrode tab is connected to the negative electrode current collector 8, extends to the outside of the outer package, and is connected to an external power source or the like.
When the lithium-ion secondary battery 1 is used as a dry battery or a button battery, the positive electrode current collector 6 can be connected to the lid with a positive electrode lead piece (not shown), and the negative electrode current collector 8 can be connected to the negative electrode lead. A piece (not shown) can connect to the bottom of the body.
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SiO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。SiO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。SiO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、SiO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+SiOという反応が進行し、かつSiO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SiOのピークが検出されないことから、LiFは、SiO+SiO→Si+SiOという反応を進行させ、SiO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、LiSiF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 secondary battery 1 according to the present embodiment contains the negative electrode active material according to the present embodiment, the initial Coulombic efficiency is high.
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 current collector 8 by the doctor blade method, dried, and pressure-molded by a roll press to prepare a negative electrode layer 7.

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 thick separator 4 composed of three layers of polypropylene/polyethylene/polypropylene was prepared. Then, the positive electrode is arranged so that the positive electrode is in contact with one surface of the separator 4, and the negative electrode layer 7 is in contact with the other surface of the separator 4, so that the negative electrode layer 7 and the negative electrode current collector 8 are provided. Was placed. In addition, lithium metal with stable performance was used for the positive electrode.

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LiPF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SiO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・HO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LiCO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.

Figure 2020115443
Figure 2020115443

<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SiO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、SiO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SiO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SiO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 Patent Document 1 described in the item of [Summary of the Invention], that is, containing an SiO 2 component having a calcified silica structure, and obtained in the vicinity of 21.825° in X-ray diffraction When the half-width (2θ) of the diffraction peak is 0.15° or less, the negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery or the crystallinity of the Si component of the silicon compound is lower, and the Li—Si—O compound is contained. It can be said that the technical idea is different from that of the negative electrode material for non-aqueous electrolyte secondary batteries, which can exert the effect more effectively.

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SiO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SiO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SiO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、SiO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SiO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 SYMBOLS 1 Lithium ion secondary battery 2 Positive electrode 3 Negative electrode 4 Separator 5 Positive electrode layer 6 Positive electrode current collector 7 Negative electrode layer 8 Negative electrode current collector S1 Mixing step S2 Firing step

Claims (9)

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°.
請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料において、
前記化合物の少なくとも一部にSiO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 .
請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料において、
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.
請求項3に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料において、
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.
請求項3に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料において、
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.
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において、
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.
正極と、負極と、電解質と、を含むリチウムイオン二次電池であり、
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.
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リチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法であり、
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:
請求項8に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法において、
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.
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