JP2021118149A - 非水電解質二次電池用負極活物質、非水電解質二次電池用負極材、及び、リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
前述のように、リチウムイオン二次電池の電池容量を増加させる1つの手法として、ケイ素材を主材として用いた負極をリチウムイオン二次電池の負極として用いることが検討されている。このケイ素材を用いたリチウムイオン二次電池は、炭素系活物質を用いたリチウムイオン二次電池と同等に近いサイクル特性が望まれているが、炭素系活物質を用いたリチウムイオン二次電池と同等のサイクル特性を有する負極活物質を提案するには至っていなかった。
次に、本発明の負極活物質を含む非水電解質二次電池用負極(以下、「負極」とも呼称する)について説明する。図1は本発明の負極活物質を含む非水電解質二次電池用負極の構成の一例を示す断面図である。
図1に示したように、負極10は、負極集電体11の上に負極活物質層12を有する構成になっている。この負極活物質層12は負極集電体11の両面、又は、片面だけに設けられていてもよい。さらに、本発明の負極活物質から作製された負極であれば、負極集電体11はなくてもよい。
負極集電体11は、優れた導電性材料であり、かつ、機械的な強度に長けた物で構成される。負極集電体11に用いることができる導電性材料として、例えば銅(Cu)やニッケル(Ni)が挙げられる。この導電性材料は、リチウム(Li)と金属間化合物を形成しない材料であることが好ましい。
負極活物質層12は、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な本発明の負極活物質を含んでおり、電池設計上の観点から、さらに、負極結着剤(バインダ)や導電助剤など他の材料を含んでいてもよい。負極活物質は負極活物質粒子を含む。さらに、負極活物質粒子は酸素が含まれるケイ素化合物を含有するケイ素化合物粒子を含むことが好ましい。
まず、負極活物質粒子を作製する。以下では、酸素が含まれるケイ素化合物を含むケイ素化合物粒子を作製する例、特に、酸素が含まれるケイ素化合物として、SiOx(0.5≦x≦1.6)で表される酸化珪素を使用した場合を説明する。
正極は、例えば、図1の負極10と同様に、正極集電体の両面又は片面に正極活物質層を有している。
負極は、上記した図1のリチウムイオン二次電池用負極10と同様の構成を有し、例えば、負極集電体11の両面に負極活物質層12を有している。この負極は、正極活物質剤から得られる電気容量(電池として充電容量)に対して、負極充電容量が大きくなることが好ましい。負極上でのリチウム金属の析出を抑制することができるためである。
セパレータはリチウムメタル、負極を隔離し、両極接触に伴う電流短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータは、例えば合成樹脂、あるいはセラミックからなる多孔質膜により形成されており、2種以上の多孔質膜が積層された積層構造を有しても良い。合成樹脂として例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。
活物質層の少なくとも一部、又は、セパレータには、液状の電解質(電解液)が含浸されている。この電解液は、溶媒中に電解質塩が溶解されており、添加剤など他の材料を含んでいても良い。
まず、負極活物質粒子(ケイ素化合物粒子)を以下のようにして作製した。金属ケイ素と二酸化ケイ素を混合した原料を反応炉に導入し、10Paの真空度の雰囲気中で気化させたものを析出板上に堆積させ、十分に冷却した後、堆積物を取出しジョークラッシャーで粗砕後、栗本鐡工所製ジェットミルKJ−200で粉砕した。この時の粉砕条件は粉砕圧0.6MPa、セパレーターの回転数7700rpmとした。
実施例1と同様に粗砕した負極活物質粒子(ケイ素化合物粒子)を、粉砕圧0.5MPa、セパレーターの回転数7500rpmで粉砕した。
実施例1で得られた負極活物質粒子(ケイ素化合物粒子)に、ジェットミルのバグフィルターで回収した微粉を混合した。これにより混合後の負極活物質粒子(ケイ素化合物粒子)における1μm未満の粒径の微粉含有量が約3質量%になるように混合した。
実施例3と同様に、実施例1で得られた負極活物質粒子(ケイ素化合物粒子)に、ジェットミルのバグフィルターで回収した微粉を混合したが、その際混合後の負極活物質粒子(ケイ素化合物粒子)における1μm未満の粒径の微粉含有量が約6質量%になるように混合した。
実施例3と同様に、実施例1で得られた負極活物質粒子(ケイ素化合物粒子)に、ジェットミルのバグフィルターで回収した微粉を混合したが、その際混合後の1μm未満の粒径の微粉含有量が約12質量%になるように混合した。
Claims (8)
- 負極活物質粒子を含む非水電解質二次電池用負極活物質であって、
前記負極活物質粒子は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な珪素を含有する粉末であり、
前記負極活物質粒子は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法によって得られる粒度分布に基づいて、ある粒径をD(μm)、その粒径よりも大きい粒子の全粒子に対する質量百分率をR(%)とした時、x軸にlogD、y軸にlog{log(100/R)}の目盛りをつけたロジン・ラムラー線図にプロットした直線の勾配nが2.5以上であり、かつ前記負極活物質粒子において、粒径1μm未満の粒子の割合が前記負極活物質粒子全体に対して5質量%以下であることを特徴とする非水電解質二次電池用負極活物質。 - 前記負極活物質粒子のモード径が0.1μm以上15μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
- 前記負極活物質粒子のD99.9径が40μm以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
- 前記負極活物質粒子は酸素が含まれるケイ素化合物を含有するケイ素化合物粒子を含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
- 前記ケイ素化合物を構成するケイ素と酸素の比は、SiOx:0.5≦x≦1.6の範囲であることを特徴とする請求項4に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
- 前記負極活物質粒子の表面の少なくとも一部が炭素材で被覆されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
- 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質を含むことを特徴とする非水電解質二次電池用負極材。
- 請求項7に記載の非水電解質二次電池用負極材を含む負極を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
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