JP3906342B2 - Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing the same - Google Patents

Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池に用いられる負極に関する。また本発明は、該負極の製造方法に関する。   The present invention relates to a negative electrode used for a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery. The present invention also relates to a method for producing the negative electrode.

非水電解液二次電池の負極に金属リチウムを貼付して、電池の耐過放電特性を高めることが提案されている。例えば、正極に遷移金属のリチウム含有複合酸化物を、負極に炭素材をそれぞれ用い、正極板、負極板をセパレータとともに渦巻状に巻回した非水電解液二次電池において、負極板の最外周に相当する部分で、なおかつ正極板と対向しない部分に金属リチウム箔を貼付することが提案されている(特許文献1ないし3参照)。   It has been proposed that metallic lithium is affixed to the negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery to enhance the battery's overdischarge resistance. For example, in a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a lithium-containing composite oxide of a transition metal is used for the positive electrode and a carbon material is used for the negative electrode, and the positive electrode plate and the negative electrode plate are wound together with the separator, the outermost periphery of the negative electrode plate It has been proposed to attach a metal lithium foil to a portion corresponding to the above and not facing the positive electrode plate (see Patent Documents 1 to 3).

しかし前記の負極においては、非水電解液と接する面である最表面に活物質が露出しているので、リチウムイオンの吸脱蔵に起因する活物質の膨張収縮によって該活物質の脱落が起こりやすい。その結果、電池のサイクル寿命が低下しやすい。また、金属リチウムも最表面に露出しているので、場合によってはリチウムのデンドライトが生成し、それが負極から脱落して、或いはセパレータを貫通して正極と接触し、内部短絡や発火の原因となるおそれがある。   However, in the negative electrode, since the active material is exposed on the outermost surface that is in contact with the nonaqueous electrolytic solution, the active material is dropped due to expansion and contraction of the active material due to absorption and desorption of lithium ions. Cheap. As a result, the cycle life of the battery tends to decrease. In addition, since lithium metal is also exposed on the outermost surface, in some cases, lithium dendrite is generated, which falls off the negative electrode or penetrates the separator and contacts the positive electrode, causing internal short circuit and ignition. There is a risk.

ところで、非水電解液二次電池においては、その製造過程で微量の水分が混入することがしばしばある。電池内において水分は非水電解液と反応し、これを分解させる。そこで、非水電解液二次電池に含まれる水分を低減させて、充放電サイクル特性を向上させることが提案されている(特許文献4参照)。しかし、水分を満足すべきレベルにまで低減させるには、過大な手間と時間がかかり経済的でない。   By the way, in a non-aqueous electrolyte secondary battery, a trace amount of water is often mixed in the manufacturing process. In the battery, moisture reacts with the non-aqueous electrolyte and decomposes it. Accordingly, it has been proposed to improve the charge / discharge cycle characteristics by reducing the moisture contained in the nonaqueous electrolyte secondary battery (see Patent Document 4). However, reducing the moisture to a satisfactory level is not economical because it takes excessive labor and time.

水分とは別に、集電体や活物質には不可避的に微量の酸素が含まれている。酸素は、充放電時にリチウムとの化合物を形成する。Li−Oは比較的結合力が強いので、該化合物の形成によって可逆的に使用可能なリチウムの量が減少してしまう。つまり不可逆容量が大きくなってしまう。   Apart from moisture, current collectors and active materials inevitably contain trace amounts of oxygen. Oxygen forms a compound with lithium during charging and discharging. Since Li—O has a relatively strong binding force, the amount of lithium that can be used reversibly decreases due to the formation of the compound. That is, the irreversible capacity increases.

特開平5−144472号公報JP-A-5-144472 特開平5−144473号公報JP-A-5-144473 特開平7−94211号公報JP-A-7-94211 特開2001−223030号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-2223030

従って本発明の目的は、前述した従来技術が有する種々の欠点を解消し得る非水電解液二次電池用負極を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery that can eliminate the various drawbacks of the above-described conventional technology.

本発明は、リチウム化合物の形成能の低い金属材料からなる一対の集電用表面層間に活物質層を有し、
少なくとも一方の前記集電用表面層には、その表面において開孔していると共にその厚さ方向へ延び且つ非水電解液の浸透が可能な微細空隙が多数形成されており、
前記活物質層が、充電開始前からリチウムを吸蔵したリチウム化合物の形成能の高い活物質の粒子を含み、また該活物質層においては、リチウム化合物の形成能の低い金属材料が該活物質層の厚み方向全域に亘って浸透しており、
芯材としての導電性金属箔層を備えていないことを特徴とする非水電解液二次電池用負極を提供することにより前記目的を達成したものである。
The present invention has an active material layer between a pair of current collecting surface layers made of a metal material having a low ability to form a lithium compound,
At least one of the current collecting surface layers is formed with a large number of fine voids which are open in the surface thereof and extend in the thickness direction and allow the nonaqueous electrolyte to penetrate,
The active material layer includes particles of an active material having a high lithium compound forming ability that occludes lithium before the start of charging , and the active material layer includes a metal material having a low lithium compound forming ability. Permeates throughout the thickness direction of
The object is achieved by providing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery that is not provided with a conductive metal foil layer as a core material.

また本発明は、前記負極の好ましい製造方法として、
キャリア箔の一面上に、集電用表面層を構成する材料と異質の材料からなる薄層の被覆体を形成して、キャリア箔における集電用表面層の形成面の電子伝導性を不均一な状態にした後に、電解めっきによって集電用表面層を形成し、
該集電用表面層上に、活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布して活物質層を形成して、該キャリア箔上に該集電用表面層と該活物質層とをこの順で備えた負極前駆体を形成し、
各負極前駆体における前記活物質層どうしが対向するように、金属リチウム箔を両負極前駆体間に挟み込んで、該金属リチウム箔と両負極前駆体とを貼り合わせにより一体化させ、
リチウムが熱拡散するに十分な温度に加熱して、前記金属リチウム箔からリチウムを前記活物質層へ拡散させ、然る後、
前記キャリア箔を各負極前駆体から剥離分離することを特徴とする非水電解液二次電池用負極の製造方法を提供するものである。
Further, the present invention provides a preferred method for producing the negative electrode as
A thin layer covering made of a material different from the material constituting the current collecting surface layer is formed on one surface of the carrier foil , and the electron conductivity of the surface of the current collecting layer on the carrier foil is not uniform. After forming a state, a surface layer for current collection is formed by electrolytic plating,
A conductive slurry containing active material particles is applied to the current collecting surface layer to form an active material layer, and the current collecting surface layer and the active material layer are arranged in this order on the carrier foil. Forming the negative electrode precursor prepared in
The metal lithium foil is sandwiched between both negative electrode precursors so that the active material layers in each negative electrode precursor face each other, and the metal lithium foil and both negative electrode precursors are integrated by bonding,
Lithium is heated to a temperature sufficient for thermal diffusion to diffuse lithium from the metallic lithium foil into the active material layer, and then
The present invention provides a method for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the carrier foil is separated from each negative electrode precursor.

また本発明は、リチウム化合物の形成能の低い金属材料からなる一対の集電用表面層間に活物質層を有し、
少なくとも一方の前記集電用表面層には、その表面において開孔していると共にその厚さ方向へ延び且つ非水電解液の浸透が可能な微細空隙が多数形成されており、
前記活物質層が、充電開始前からリチウムを吸蔵したリチウム化合物の形成能の高い活物質の粒子を含み、また該活物質層においては、リチウム化合物の形成能の低い金属材料が該活物質層の厚み方向全域に亘って浸透しており、
芯材としての導電性金属箔層を備えていることを特徴とする非水電解液二次電池用負極を提供するものである。
Further, the present invention has an active material layer between a pair of current collecting surface layers made of a metal material having a low ability to form a lithium compound,
At least one of the current collecting surface layers is formed with a large number of fine voids which are open in the surface thereof and extend in the thickness direction and allow the nonaqueous electrolyte to penetrate,
The active material layer includes particles of an active material having a high lithium compound forming ability that occludes lithium before the start of charging , and the active material layer includes a metal material having a low lithium compound forming ability. Permeates throughout the thickness direction of
The present invention provides a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a conductive metal foil layer as a core material.

本発明の負極によれば、充放電時にリチウムが消費されても、金属リチウム層からリチウムが溶解して供給される。従って、負極活物質の量(容量)に比較して正極活物質の量(容量)を少なくするような電池設計時に懸念される、いわゆる「リチウム枯渇」の問題が解消される。これによって、初期不可逆容量を少なくすることができ、また各充放電サイクルでの充放電効率(サイクル特性)が向上する。また、充放電開始前に活物質がリチウムを吸蔵しているので、充電時にリチウムを吸蔵することに起因する体積増加を軽減することができる。このことは、サイクル寿命の向上に大きく貢献する。   According to the negative electrode of the present invention, even when lithium is consumed during charging and discharging, lithium is dissolved and supplied from the metal lithium layer. Therefore, the problem of so-called “lithium depletion”, which is a concern during battery design in which the amount (capacity) of the positive electrode active material is reduced compared to the amount (capacity) of the negative electrode active material, is solved. As a result, the initial irreversible capacity can be reduced, and the charge / discharge efficiency (cycle characteristics) in each charge / discharge cycle is improved. Moreover, since the active material occludes lithium before the start of charging / discharging, volume increase resulting from occlusion of lithium during charging can be reduced. This greatly contributes to the improvement of cycle life.

また、負極を始めとする電池の構成部材に微量の水分や酸素が含まれている場合であっても、該水分や酸素は金属リチウムと反応して消費されるので、電池内の水分や酸素が減少する。このことによっても、初期不可逆容量を少なくすることができ、また各充放電サイクルでの充放電効率(サイクル特性)が向上する。   In addition, even when a minute amount of moisture or oxygen is contained in the battery components such as the negative electrode, the moisture and oxygen react with metal lithium and are consumed. Decrease. This also makes it possible to reduce the initial irreversible capacity and improve the charge / discharge efficiency (cycle characteristics) in each charge / discharge cycle.

更に、リチウムが溶解した後の金属リチウム層には空間が生じ、該空間は、充放電時の活物質の膨張・収縮に起因する応力を緩和するので、それによって活物質の微粉化が抑えられる。その上、活物質の微粉化が進行したとしても、活物質が電極の表面に露出しておらず電極の内部に包埋されているので、活物質の脱落が防止され、また充放電を繰り返しても活物質の集電性が確保される。しかも金属リチウム層は負極の表面に露出しておらず、内部に位置しているので、リチウムのデンドライトが生成することが防止される。   Furthermore, a space is generated in the metallic lithium layer after the lithium is dissolved, and the space relieves stress caused by expansion / contraction of the active material during charging / discharging, thereby suppressing pulverization of the active material. . In addition, even if the active material is finely powdered, the active material is not exposed on the surface of the electrode and is embedded in the electrode, so that the active material is prevented from falling off and is repeatedly charged and discharged. Even so, the current collector of the active material is secured. Moreover, since the metal lithium layer is not exposed on the surface of the negative electrode and is located inside, the lithium dendrite is prevented from being generated.

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図1には本発明の負極の一実施形態の構造が模式的に示されている。なお本実施形態の負極は、その充電開始前に、活物質にリチウムが吸蔵されていないので、本発明の範囲外である。本実施形態は、本発明の前提となる基本構造を示すことを目的とした実施形態である。本実施形態の負極は、その充電開始前に、活物質にリチウムが吸蔵されることで、本発明の範囲内となる。本実施形態の負極1は、その基本構成部材として、二つの負極前駆体2及び金属リチウム層3を有している。金属リチウム層3は、負極前駆体2の間に挟持されている。
The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the structure of an embodiment of the negative electrode of the present invention. Note that the negative electrode of the present embodiment is outside the scope of the present invention because lithium is not occluded in the active material before the start of charging. This embodiment is an embodiment for the purpose of showing a basic structure which is a premise of the present invention. The negative electrode of the present embodiment falls within the scope of the present invention by occluding lithium in the active material before the start of charging. The negative electrode 1 of this embodiment has two negative electrode precursors 2 and a metal lithium layer 3 as its basic constituent members. The metal lithium layer 3 is sandwiched between the negative electrode precursors 2.

負極前駆体2は、集電用表面層4と、該集電用表面層4の一面に配された活物質層5とを備えている。図1に示すように、金属リチウム層3は、各負極前駆体2における活物質層5どうしが対向し且つ集電用表面層4が外方を向くように両負極前駆体2間に挟持されている。また図1から明らかなように負極1は、従来の負極に用いられてきた集電体と呼ばれる集電用の厚膜導電体(例えば厚さ8〜35μm程度の金属箔やエキスパンドメタル)を有していない。   The negative electrode precursor 2 includes a current collecting surface layer 4 and an active material layer 5 disposed on one surface of the current collecting surface layer 4. As shown in FIG. 1, the metal lithium layer 3 is sandwiched between the negative electrode precursors 2 so that the active material layers 5 of the negative electrode precursors 2 face each other and the current collecting surface layer 4 faces outward. ing. As is clear from FIG. 1, the negative electrode 1 has a current collector thick film conductor (for example, a metal foil or expanded metal having a thickness of about 8 to 35 μm) that has been used for a conventional negative electrode. Not done.

集電用表面層4は集電機能を担っている。また集電用表面層4は、活物質層5に含まれる活物質がリチウムイオンを吸脱蔵することによる該活物質の膨張収縮に起因して脱落することを防止するためにも用いられている。集電用表面層4は、非水電解液二次電池の集電体となり得る金属から構成されていることが好ましい。特にリチウム二次電池の集電体となり得る金属から構成されていることが好ましい。そのような金属としては例えば、リチウム化合物の形成能の低い金属材料が挙げられる。具体的には銅、ニッケル、鉄、コバルト又はこれらの金属の合金などが挙げられる。これらの金属のうち銅及びニッケル或いはそれらの合金を用いることが特に好適である。負極1の強度を高める観点からはニッケルを用いることが好ましい。2つの集電用表面層4は、その構成材料が同じであってもよく、或いは異なっていてもよい。「リチウム化合物の形成能が低い」とは、リチウムと金属間化合物若しくは固溶体を形成しないか、又は形成したとしてもリチウムが微量であるか若しくは非常に不安定であることを意味する。   The current collecting surface layer 4 has a current collecting function. The current collecting surface layer 4 is also used to prevent the active material contained in the active material layer 5 from falling off due to expansion and contraction of the active material due to absorption and desorption of lithium ions. Yes. The current collecting surface layer 4 is preferably made of a metal that can be a current collector of a non-aqueous electrolyte secondary battery. In particular, it is preferably made of a metal that can be a current collector of a lithium secondary battery. An example of such a metal is a metal material having a low lithium compound forming ability. Specific examples include copper, nickel, iron, cobalt, and alloys of these metals. Of these metals, it is particularly preferable to use copper and nickel or an alloy thereof. From the viewpoint of increasing the strength of the negative electrode 1, nickel is preferably used. The two current collecting surface layers 4 may be made of the same or different materials. “Lithium compound forming ability is low” means that lithium does not form an intermetallic compound or solid solution, or even if formed, lithium is in a very small amount or very unstable.

各集電用表面層4は、従来の電極に用いられている集電用の厚膜導電体よりもその厚みが薄いものである。具体的には0.3〜10μm程度、特に1〜5μm程度の薄層であることが好ましい。これによって、必要最小限の厚みで活物質層5をほぼ満遍なく連続的に被覆することができる。その結果、充放電に起因して微粉化した活物質の脱落を防止することができる。前記範囲の薄い集電用表面層4は、後述するように電解めっきによって形成されることが好ましい。なお2つの集電用表面層4はその厚みが同じでもよく、或いは異なっていてもよい。   Each surface layer 4 for current collection is thinner than the thick film conductor for current collection used in conventional electrodes. Specifically, a thin layer of about 0.3 to 10 μm, particularly about 1 to 5 μm is preferable. As a result, the active material layer 5 can be continuously and uniformly coated with the minimum necessary thickness. As a result, it is possible to prevent the active material pulverized due to charge / discharge from falling off. The thin current collecting surface layer 4 in the above range is preferably formed by electrolytic plating as will be described later. The two current collecting surface layers 4 may have the same thickness or different thicknesses.

各集電用表面層4は、その表面において開孔しており且つ活物質層5と通ずる多数の微細空隙6を有している。微細空隙6は集電用表面層4の厚さ方向へ延びるように該集電用表面層4中に存在している。微細空隙6が形成されていることで、非水電解液が活物質層5へ十分に浸透することができ、活物質との反応が十分に起こる。微細空隙6は、集電用表面層4を断面観察した場合にその幅が約0.1μmから約10μm程度の微細なものである。微細であるものの、微細空隙6は非水電解液の浸透が可能な程度の幅を有している。尤も非水電解液は水系の電解液に比べて表面張力が小さいことから、微細空隙6の幅が小さくても十分に浸透が可能である。微細空隙6は、好ましくは集電用表面層4を電解めっきで形成する際に同時に形成される。なお本実施形態においては、各集電用表面層4に微細空隙6が形成されているが、少なくとも一方の集電用表面層4に微細空隙6が形成されていれば、所望の効果が奏される。   Each current collecting surface layer 4 has a large number of fine voids 6 that are open in the surface and communicate with the active material layer 5. The fine void 6 exists in the current collecting surface layer 4 so as to extend in the thickness direction of the current collecting surface layer 4. By forming the fine voids 6, the non-aqueous electrolyte can sufficiently penetrate into the active material layer 5, and the reaction with the active material occurs sufficiently. The fine gap 6 is a fine one having a width of about 0.1 μm to about 10 μm when the current collecting surface layer 4 is observed in cross section. Although fine, the fine gap 6 has a width that allows the non-aqueous electrolyte to penetrate. However, since the nonaqueous electrolytic solution has a smaller surface tension than the aqueous electrolytic solution, it can sufficiently penetrate even if the width of the fine gap 6 is small. The fine voids 6 are preferably formed at the same time when the current collecting surface layer 4 is formed by electrolytic plating. In the present embodiment, the fine voids 6 are formed in each current collecting surface layer 4. However, if the fine voids 6 are formed in at least one current collecting surface layer 4, a desired effect can be obtained. Is done.

集電用表面層4の表面を電子顕微鏡観察により平面視したとき、微細空隙6の平均開孔面積は、0.1〜50μm2であり、好ましくは0.1〜20μm2、更に好ましくは0.5〜10μm2程度である。この範囲の開孔面積とすることで、非水電解液の十分な浸透を確保しつつ、活物質の脱落を効果的に防止することができる。また充放電の初期段階から充放電容量を高めることができる。活物質が粒子である場合、該粒子の脱落を一層効果的に防止する観点から、前記の平均開孔面積は、活物質の粒子の最大断面積の0.1〜50%、特に0.1〜20%であることが好ましい。活物質の粒子の最大断面積とは、活物質の粒子の粒径(D50値)を測定し、該粒子を、D50値の直径を有する球とみなしたときの最大断面積をいう。 When viewed in plan by electron microscopic observation of the surface of the current collecting surface layer 4, the average open area of the micropores 6 is 0.1 to 50 [mu] m 2, preferably 0.1 to 20 [mu] m 2, more preferably 0 About 5 to 10 μm 2 . By setting the opening area within this range, it is possible to effectively prevent the active material from falling off while ensuring sufficient permeation of the non-aqueous electrolyte. Further, the charge / discharge capacity can be increased from the initial stage of charge / discharge. When the active material is particles, the average pore area is 0.1 to 50%, particularly 0.1 to 0.1% of the maximum cross-sectional area of the particles of the active material from the viewpoint of more effectively preventing the particles from falling off. It is preferably ˜20%. The maximum cross-sectional area of the particles of the active material means the maximum cross-sectional area when the particle diameter (D 50 value) of the particles of the active material is measured and the particles are regarded as a sphere having a diameter of D 50 value.

集電用表面層4の表面を電子顕微鏡観察により平面視したときに、観察視野の面積に対する微細空隙6の開孔面積の総和の割合(この割合を開孔率という)は、0.1〜20%であり、好ましくは0.5〜10%である。この理由は微細空隙6の開孔面積を前記の範囲内とすることと同様の理由である。更に同様の理由により、集電用表面層4の表面を電子顕微鏡観察により平面視したときに、どのような観察視野をとっても、100μm×100μmの正方形の視野範囲内に1個〜2万個、特に10個〜1千個、とりわけ50個〜500個の微細空隙6が存在していることが好ましい。   When the surface of the current collecting surface layer 4 is viewed in plan by electron microscope observation, the ratio of the total opening area of the fine voids 6 to the area of the observation field (this ratio is referred to as the opening ratio) is 0.1 to 0.1. 20%, preferably 0.5 to 10%. This reason is the same reason as setting the aperture area of the fine gap 6 within the above range. Furthermore, for the same reason, when the surface of the current collecting surface layer 4 is viewed in plan by electron microscope observation, no matter what observation field is taken, 1 to 20,000 in a 100 μm × 100 μm square field range, In particular, it is preferable that 10 to 1,000, especially 50 to 500 fine voids 6 exist.

集電用表面層4のすぐ内側に位置する活物質層5は、リチウム化合物の形成能の高い活物質を含んでいる。該活物質としては、例えばシリコン系材料やスズ系材料、アルミニウム系材料、ゲルマニウム系材料が挙げられる。各活物質層5は各集電用表面層4によって被覆されているので、活物質がリチウムイオンを吸脱蔵することに起因して脱落することが効果的に防止される。活物質は微細空隙6を通じて電解液と接することができるので、電極反応が妨げられることもない。   The active material layer 5 located immediately inside the current collecting surface layer 4 contains an active material having a high ability to form a lithium compound. Examples of the active material include silicon-based materials, tin-based materials, aluminum-based materials, and germanium-based materials. Since each active material layer 5 is covered with each current collecting surface layer 4, the active material is effectively prevented from falling off due to absorption and desorption of lithium ions. Since the active material can be in contact with the electrolytic solution through the fine gap 6, the electrode reaction is not hindered.

活物質層5は、例えば図1に示すように、活物質の粒子7を含む導電性スラリーを塗布して形成されている。スラリーを塗布する手法に代えて、ガスデポジション法を用いてもよい。ガスデポジション法とは、活物質粒子粉(Siなど)を減圧空間にてキャリアガス(窒素、アルゴンなど)と混合し、エアロゾル化させた状態で、ノズル噴射することで基板(集電箔)表面に膜を圧着形成する手法である。常温での塗膜形成が可能なことから、以下に示す薄膜形成手段に比べ、多成分系の活物質粉を用いた場合でも組成変化が少ない。また、同法の噴射条件(活物質粒子径、ガス圧など)を調整することにより、多数の空隙を有した活物質膜層を形成することができる。また活物質層5は、各種薄膜形成手段によって形成された活物質の薄層から形成されていてもよい。薄膜形成手段としては、化学気相蒸着法(CVD)、物理気相蒸着法(PVD)、スパッタリング、電解めっきなどが挙げられる。   For example, as shown in FIG. 1, the active material layer 5 is formed by applying a conductive slurry containing active material particles 7. Instead of applying the slurry, a gas deposition method may be used. In the gas deposition method, active material particle powder (Si, etc.) is mixed with a carrier gas (nitrogen, argon, etc.) in a reduced pressure space, and aerosolized in a state of being aerosolized, so that the substrate (current collector foil) This is a technique of forming a film on the surface by pressure bonding. Since a coating film can be formed at room temperature, the composition change is small even when a multi-component active material powder is used as compared with the following thin film forming means. Further, an active material film layer having a large number of voids can be formed by adjusting the injection conditions (active material particle diameter, gas pressure, etc.) of the same method. The active material layer 5 may be formed of a thin layer of active material formed by various thin film forming means. Examples of the thin film forming means include chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), sputtering, and electrolytic plating.

活物質層5が活物質の粒子7を含んで構成されている場合、該粒子7としては、例えばイ)シリコン単体又はスズ単体の粒子、ロ)少なくともシリコン又はスズと炭素との混合粒子、ハ)シリコン又はスズと金属との混合粒子、ニ)シリコン又はスズと金属との化合物粒子、ホ)シリコン又はスズと金属との化合物粒子と、金属の粒子との混合粒子、ヘ)シリコン単体又はスズ単体の粒子の表面に金属が被覆されてなる粒子、ト)それらの酸化物を含む粒子などが挙げられる。ロ)、ハ)、ニ)、ホ)及びヘ)の粒子を用いると、イ)のシリコン単体又はスズ単体の粒子を用いる場合に比べて、リチウムの吸脱蔵に起因するシリコン系材料の微粉化が一層抑制されるという利点がある。また半導体であり電子伝導性の乏しいシリコンに電子伝導性を付与できるという利点がある。   When the active material layer 5 includes active material particles 7, the particles 7 include, for example, a) silicon simple substance or tin simple particles, b) at least silicon or a mixture of tin and carbon, c A) mixed particles of silicon or tin and metal, d) compound particles of silicon or tin and metal, e) mixed particles of compound particles of silicon or tin and metal, and metal particles, f) silicon alone or tin Examples include particles in which the surface of a single particle is coated with a metal, and g) particles containing these oxides. When using particles b), c), d), e) and f), the silicon-based material fine powder resulting from the absorption and desorption of lithium compared to the case of b) using the silicon or tin particles There is an advantage that the conversion is further suppressed. Further, there is an advantage that electron conductivity can be imparted to silicon which is a semiconductor and has poor electron conductivity.

活物質の粒子7はその最大粒径が好ましくは50μm以下であり、更に好ましくは20μm以下である。また粒子7の粒径をD50値で表すと0.1〜8μm、特に1〜5μmであることが好ましい。最大粒径が50μm超であると、粒子7の脱落が起こりやすくなり、電極の寿命が短くなる場合がある。粒径の下限値に特に制限はなく小さいほど好ましい。粒子7の製造方法に鑑みると、下限値は0.01μm程度である。粒子7の粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置、電子顕微鏡観察によって測定される。 The active material particles 7 preferably have a maximum particle size of 50 μm or less, and more preferably 20 μm or less. Moreover, when the particle size of the particle 7 is expressed by a D 50 value, it is preferably 0.1 to 8 μm, particularly preferably 1 to 5 μm. When the maximum particle size is more than 50 μm, the particles 7 are likely to fall off, and the life of the electrode may be shortened. There is no particular limitation on the lower limit of the particle size, and the smaller the better. In view of the method for producing the particles 7, the lower limit is about 0.01 μm. The particle size of the particles 7 is measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device or an electron microscope.

負極1全体に対する活物質の量が少なすぎると電池のエネルギー密度を十分に向上させにくく、逆に多すぎると活物質の脱落が起こりやすくなる傾向にある。これらを勘案すると、活物質の量は負極1全体に対して好ましくは5〜80重量%であり、更に好ましくは10〜50重量%、一層好ましくは20〜50重量%である。活物質層5の厚みは、負極全体に対する活物質の量の割合等に応じて適宜調節することができ、本実施形態においては特に臨界的なものではない。活物質層5が活物質の粒子7を含んで構成されている場合の厚みは、一般には1〜100μm、特に3〜40μm程度である。   If the amount of the active material relative to the whole negative electrode 1 is too small, it is difficult to sufficiently improve the energy density of the battery. Conversely, if the amount is too large, the active material tends to fall off. Considering these, the amount of the active material is preferably 5 to 80% by weight, more preferably 10 to 50% by weight, and still more preferably 20 to 50% by weight with respect to the entire negative electrode 1. The thickness of the active material layer 5 can be appropriately adjusted according to the ratio of the amount of the active material to the whole negative electrode, and is not particularly critical in the present embodiment. The thickness in the case where the active material layer 5 includes the active material particles 7 is generally 1 to 100 μm, particularly about 3 to 40 μm.

活物質層5に活物質の粒子7が含まれる場合、リチウム化合物の形成能の低い金属材料が活物質層5の厚み方向全域に亘って浸透していることが好ましい。そして浸透した該材料中に活物質の粒子7が存在していることが好ましい。つまり活物質の粒子7は負極1の表面に実質的に露出しておらず集電用表面層4の内部に包埋されていることが好ましい。これによって、活物質層5と集電用表面層4との密着性が強固なものとなり、活物質の脱落が一層防止される。また活物質層5中に浸透した前記材料を通じて集電用表面層4と活物質との間に電子伝導性が確保されるので、電気的に孤立した活物質が生成すること、特に活物質層5の深部に電気的に孤立した活物質が生成することが効果的に防止され、集電機能が保たれる。その結果、負極としての機能低下が抑えられる。更に負極の長寿命化も図られる。このことは、活物質として半導体であり電子伝導性の乏しい材料、例えばシリコン系材料を用いる場合に特に有利である。   When the active material layer 5 includes the active material particles 7, it is preferable that a metal material having a low lithium compound forming ability permeates throughout the thickness direction of the active material layer 5. The active material particles 7 are preferably present in the permeated material. That is, it is preferable that the active material particles 7 are not substantially exposed on the surface of the negative electrode 1 and are embedded in the current collecting surface layer 4. As a result, the adhesion between the active material layer 5 and the current collecting surface layer 4 becomes strong, and the active material is further prevented from falling off. In addition, since electronic conductivity is ensured between the current collecting surface layer 4 and the active material through the material that has penetrated into the active material layer 5, it is possible to generate an electrically isolated active material, particularly the active material layer. The generation of an electrically isolated active material in the deep part of 5 is effectively prevented, and the current collecting function is maintained. As a result, functional degradation as a negative electrode is suppressed. In addition, the life of the negative electrode can be extended. This is particularly advantageous when a material that is a semiconductor and has poor electron conductivity, such as a silicon-based material, is used as the active material.

活物質層5の厚み方向全域に亘って浸透しているリチウム化合物の形成能の低い金属材料は、集電用表面層4を構成する金属材料と同種の材料であることが好ましい。しかし、リチウム化合物の形成能が低ければ、集電用表面層4を構成する金属材料と異種の材料を用いても差し支えない。   The metal material having a low ability to form a lithium compound penetrating over the entire thickness direction of the active material layer 5 is preferably the same material as the metal material constituting the current collecting surface layer 4. However, if the lithium compound forming ability is low, a material different from the metal material constituting the current collecting surface layer 4 may be used.

リチウム化合物の形成能の低い金属材料は、活物質層5をその厚み方向に貫いていることが好ましい。それによって2つの集電用表面層4は前記金属材料及び金属リチウム層3を通じて電気的に導通することになり、負極1全体としての電子伝導性が一層高くなる。つまり本実施形態の負極1は、その全体が一体として集電機能を有する。リチウム化合物の形成能の低い金属材料が活物質層5の厚み方向全域に亘って浸透していることは、該材料を測定対象とした電子顕微鏡マッピングによって求めることができる。リチウム化合物の形成能の低い金属材料を、活物質層5中に浸透させるための好ましい方法は後述する。   It is preferable that the metal material with low lithium compound forming ability penetrates the active material layer 5 in the thickness direction. As a result, the two current collecting surface layers 4 are electrically conducted through the metal material and the metal lithium layer 3, and the electron conductivity of the negative electrode 1 as a whole is further increased. That is, the negative electrode 1 of the present embodiment as a whole has a current collecting function. The permeation of the metal material having a low lithium compound forming ability throughout the thickness direction of the active material layer 5 can be determined by electron microscope mapping using the material as a measurement object. A preferred method for allowing a metal material having a low ability to form a lithium compound to penetrate into the active material layer 5 will be described later.

活物質層5中には活物質の粒子7に加えて導電性炭素材料又は導電性金属材料の粒子8が含まれていることが好ましい。これによって負極1に電子伝導性が一層付与される。この観点から活物質層5中に含まれる導電性炭素材料又は導電性金属材料の粒子8の量は、活物質層5を基準として0.1〜20重量%、特に1〜10重量%であることが好ましい。導電性炭素材料としては例えばアセチレンブラックやグラファイトなどの粒子が用いられる。これらの粒子の粒径は40μm以下、特に20μm以下であることが、電子伝導性の一層付与の点から好ましい。該粒子の粒径の下限値に特に制限はなく小さいほど好ましい。該粒子の製造方法に鑑みると、その下限値は0.01μm程度となる。   The active material layer 5 preferably contains conductive carbon material or conductive metal material particles 8 in addition to the active material particles 7. Thereby, the negative electrode 1 is further provided with electronic conductivity. From this viewpoint, the amount of the conductive carbon material or conductive metal material particles 8 contained in the active material layer 5 is 0.1 to 20% by weight, particularly 1 to 10% by weight, based on the active material layer 5. It is preferable. For example, particles such as acetylene black and graphite are used as the conductive carbon material. The particle diameter of these particles is preferably 40 μm or less, and particularly preferably 20 μm or less from the viewpoint of further imparting electron conductivity. The lower limit of the particle size of the particles is not particularly limited and is preferably as small as possible. In view of the method for producing the particles, the lower limit is about 0.01 μm.

二つの活物質層5間に介在配置された金属リチウム層3は、非水電解液の存在下に、活物質(負極活物質)との間に局部電池を構成する。これによって金属リチウム層3から金属リチウムが近傍の活物質中に電気化学的にインターカレートする。或いはリチウムの濃度勾配に起因してリチウムが活物質中にインターカレートする。このように、金属リチウム層3はリチウムの供給源として作用する。その結果、充放電によってリチウムが消費されても、金属リチウム層3からリチウムが供給されるので、リチウム枯渇の問題が解消される。それによって負極1の長寿命化が図られる。また、負極1を始めとする電池の構成材料(例えば正極、電解液等)に微量の水分が存在していても、該水分は金属リチウムと反応して消費されるので、電池内の水分が減少する。更に、集電体や活物質に不可避的に含まれている微量の酸素が、金属リチウムに捕捉される。これらのことによって、初期不可逆容量を少なくすることができ、また各充放電サイクルでの充放電効率(サイクル特性)が向上する。その上、金属リチウム層3は、負極1の表面に露出しておらず、負極1の内部に位置しており、またリチウムは活物質中にインターカレートするので、内部短絡や発火の原因となるリチウムのデンドライトが生成するおそれも少ない。リチウムが溶解した後の金属リチウム層3には空間が生じ、該空間は、充放電時の活物質の膨張・収縮に起因する応力を緩和するので、それによって活物質の微粉化が抑えられるという利点もある。   The metallic lithium layer 3 interposed between the two active material layers 5 constitutes a local battery with the active material (negative electrode active material) in the presence of the non-aqueous electrolyte. As a result, metal lithium is electrochemically intercalated from the metal lithium layer 3 into the adjacent active material. Alternatively, lithium intercalates into the active material due to a lithium concentration gradient. Thus, the metal lithium layer 3 functions as a lithium supply source. As a result, even if lithium is consumed by charging and discharging, lithium is supplied from the metal lithium layer 3, so that the problem of lithium depletion is solved. Thereby, the life of the negative electrode 1 is extended. Further, even if a minute amount of moisture is present in the constituent materials of the battery including the negative electrode 1 (for example, the positive electrode, the electrolyte solution, etc.), the moisture reacts with metallic lithium and is consumed. Decrease. Furthermore, a trace amount of oxygen inevitably contained in the current collector and the active material is captured by metallic lithium. As a result, the initial irreversible capacity can be reduced, and the charge / discharge efficiency (cycle characteristics) in each charge / discharge cycle is improved. In addition, the metal lithium layer 3 is not exposed on the surface of the negative electrode 1 and is located inside the negative electrode 1, and lithium intercalates into the active material, causing internal short circuit and ignition. There is little risk of the formation of a lithium dendrite. A space is generated in the metal lithium layer 3 after the lithium is dissolved, and the space relieves stress caused by expansion / contraction of the active material at the time of charging / discharging, thereby suppressing pulverization of the active material. There are also advantages.

金属リチウムの量は、負極活物質の初期充電理論容量に対して0.1%以上50%以下であることが、容量回復特性が良好になることから好ましい。更に好ましい範囲は5〜50%、一層好ましい範囲は10〜40%、とりわけ好ましい範囲は20〜40%である。負極活物質として例えばシリコンを用いる場合、理論的にはシリコンは組成式SiLi4.4で表される状態までリチウムを吸蔵するので、リチウムの吸蔵量が、シリコンの初期充電理論容量に対して100%であるとは、組成式SiLi4.4で表される状態までリチウムがシリコンに吸蔵されることをいう。 The amount of metallic lithium is preferably 0.1% or more and 50% or less with respect to the initial charge theoretical capacity of the negative electrode active material because the capacity recovery characteristics are improved. A more preferred range is 5 to 50%, a more preferred range is 10 to 40%, and a particularly preferred range is 20 to 40%. When silicon is used as the negative electrode active material, for example, silicon occludes lithium up to the state represented by the composition formula SiLi 4.4. Therefore, the occlusion amount of lithium is 100% of the initial charge theoretical capacity of silicon. “Present” means that lithium is occluded by silicon to the state represented by the composition formula SiLi 4.4 .

以上の構成を有する負極1全体の厚みは、負極1の強度維持やエネルギー密度を高めること考慮すると、2〜50μm、特に10〜50μm程度であることが好ましい。   The total thickness of the negative electrode 1 having the above configuration is preferably about 2 to 50 μm, particularly about 10 to 50 μm in consideration of maintaining the strength of the negative electrode 1 and increasing the energy density.

次に図1に示す負極1の好ましい製造方法を、図2を参照しながら説明する。先ず、負極前駆体2を製造する。負極前駆体2の製造には、図2(a)に示すようにキャリア箔11を用意する。キャリア箔11の材質に特に制限はない。キャリア箔11は導電性であることが好ましい。この場合、導電性を有していれば、キャリア箔11は金属製でなくてもよい。しかし金属製のキャリア箔11を用いることで、負極前駆体2の製造後にキャリア箔11を溶解・製箔してリサイクルできるという利点がある。リサイクルの容易性を考慮すると、キャリア箔11の材質は、後述する電解めっきによって形成される集電用表面層4の材質と同じであることが好ましい。キャリア箔11は、負極前駆体2を製造するための支持体として用いられるものであることから、製造工程においてヨレ等が生じないような強度を有していることが好ましい。従ってキャリア箔11は、その厚みが10〜50μm程度であることが好ましい。   Next, the preferable manufacturing method of the negative electrode 1 shown in FIG. 1 is demonstrated, referring FIG. First, the negative electrode precursor 2 is manufactured. For the production of the negative electrode precursor 2, a carrier foil 11 is prepared as shown in FIG. There are no particular restrictions on the material of the carrier foil 11. The carrier foil 11 is preferably conductive. In this case, the carrier foil 11 may not be made of metal as long as it has conductivity. However, the use of the metal carrier foil 11 has an advantage that the carrier foil 11 can be melted, made into a foil and recycled after the production of the negative electrode precursor 2. Considering the ease of recycling, the material of the carrier foil 11 is preferably the same as the material of the current collecting surface layer 4 formed by electrolytic plating described later. Since the carrier foil 11 is used as a support for manufacturing the negative electrode precursor 2, it is preferable that the carrier foil 11 has such a strength that no twist or the like occurs in the manufacturing process. Therefore, the carrier foil 11 preferably has a thickness of about 10 to 50 μm.

キャリア箔11は例えば電解や圧延で製造することができる。圧延で製造することで、表面粗さの低いキャリア箔11を得ることができる。一方キャリア箔11を電解によって製造することで、キャリア箔11の製造から負極前駆体2の製造までをインラインで行うことができる。インラインで行うことは、負極前駆体2の安定製造及び製造コストの低減の点から有利である。電解によってキャリア箔11を製造する場合には、回転ドラムを陰極として用い、銅やニッケルなどの金属イオンを含む電解浴中で電解を行いドラム周面に金属を析出させる。析出した金属をドラム周面から剥離することでキャリア箔11が得られる。   The carrier foil 11 can be manufactured by, for example, electrolysis or rolling. By manufacturing by rolling, carrier foil 11 with low surface roughness can be obtained. On the other hand, by producing the carrier foil 11 by electrolysis, the production from the carrier foil 11 to the production of the negative electrode precursor 2 can be performed in-line. Performing in-line is advantageous in terms of stable production of the negative electrode precursor 2 and reduction of production costs. When the carrier foil 11 is manufactured by electrolysis, the rotating drum is used as a cathode, and electrolysis is performed in an electrolytic bath containing metal ions such as copper and nickel to deposit metal on the drum peripheral surface. The carrier foil 11 is obtained by peeling the deposited metal from the drum peripheral surface.

次に図2(b)に示すように、キャリア箔11の一面上に、集電用表面層4を構成する材料と異質の材料からなる薄層の被覆体12を形成する。その後に集電用表面層4を電解めっきによって形成する。この操作によって、集電用表面層4に形成される微細空隙6の数や開孔面積を容易にコントロールすることができる。   Next, as shown in FIG. 2B, a thin layer covering 12 made of a material different from the material constituting the current collecting surface layer 4 is formed on one surface of the carrier foil 11. Thereafter, the current collecting surface layer 4 is formed by electrolytic plating. By this operation, the number of fine voids 6 formed in the current collecting surface layer 4 and the opening area can be easily controlled.

被覆体12は、集電用表面層4の形成面の電子伝導性を不均一な状態にすることで、集電用表面層4に多数の微細空隙を形成するために用いられる。被覆体12は、その厚みが0.001〜1μm、特に0.002〜0.5μm、とりわけ0.005〜0.2μmとなるように形成されることが好ましい。この程度の薄さにすることで、被覆体12は、キャリア箔の表面を不連続に、例えば島状に被覆することになるからである。   The covering 12 is used for forming a large number of fine voids in the current collecting surface layer 4 by making the electron conductivity of the surface on which the current collecting surface layer 4 is formed nonuniform. The covering 12 is preferably formed so that the thickness thereof is 0.001 to 1 μm, particularly 0.002 to 0.5 μm, particularly 0.005 to 0.2 μm. This is because the coating body 12 coats the surface of the carrier foil discontinuously, for example, in an island shape, by making it thin to this extent.

被覆体12は、集電用表面層4の構成材料と異質の材料からなる。これによって剥離工程において、キャリア箔11から集電用表面層4を首尾良く剥離することができる。特に被覆体12は、集電用表面層4の構成材料と異質の材料であって、且つCu、Ni、Co、Mn、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Ag、Au、C、Al、Si、Ti及びPdのうちの少なくとも1種類の元素を含んで構成されていることが好ましい。   The covering 12 is made of a material different from the constituent material of the current collecting surface layer 4. Thus, the current collecting surface layer 4 can be successfully peeled from the carrier foil 11 in the peeling step. In particular, the covering 12 is a material different from the constituent material of the current collecting surface layer 4, and Cu, Ni, Co, Mn, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Ag, Au, C, Al, It is preferable that at least one element of Si, Ti, and Pd is included.

被覆体12の形成方法に特に制限はない。例えば、集電用表面層4の形成方法との関係で、被覆体12の形成方法を選択することができる。具体的には、集電用表面層4を電解めっきで形成する場合には、被覆体12も電解めっきで形成することが製造効率等の点から好ましい。尤も他の方法、例えば無電解めっき、スパッタリング法、物理気相蒸着法、化学気相蒸着法、ゾルゲル法又はイオンプレーティング法によって被覆体12を形成することも可能である。   There is no restriction | limiting in particular in the formation method of the covering body 12. FIG. For example, the formation method of the covering 12 can be selected in relation to the formation method of the current collecting surface layer 4. Specifically, when the current collecting surface layer 4 is formed by electrolytic plating, it is preferable from the viewpoint of manufacturing efficiency and the like that the covering 12 is also formed by electrolytic plating. However, the covering 12 can be formed by other methods such as electroless plating, sputtering, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, sol-gel, or ion plating.

電解めっきによって被覆体12を形成する場合には、被覆体12の構成材料に応じて適切なめっき浴やめっき条件が選択される。例えば被覆体12をスズから構成する場合には、めっき浴として以下の組成を有するものや、ほうふっ化スズ浴を用いることができる。このめっき浴を用いる場合の浴温は15〜30℃程度であり、電流密度は0.5〜10A/dm2程度であることが好ましい。
・SnSO4 30〜70g/l
・H2SO4 60〜150g/l
・クレゾールスルホン酸 70〜100g/l
When the covering 12 is formed by electrolytic plating, an appropriate plating bath and plating conditions are selected according to the constituent material of the covering 12. For example, when the covering 12 is made of tin, a plating bath having the following composition or a tin fluoride bath can be used. When this plating bath is used, the bath temperature is preferably about 15 to 30 ° C., and the current density is preferably about 0.5 to 10 A / dm 2 .
・ SnSO 4 30-70 g / l
・ H 2 SO 4 60-150 g / l
・ Cresol sulfonic acid 70-100g / l

先に述べた通り、被覆体12は、集電用表面層4の形成面の電子伝導性を不均一な状態にするために用いられる。従って、被覆体12の構成材料の電子伝導性がキャリア箔11の電子伝導性と大きく異なれば、被覆体12を形成することで集電用表面層4の形成面の電子伝導性が直ちに不均一な状態になる。例えば被覆体12の構成材料としてカーボンを用いるような場合である。一方、被覆体12の構成材料として、キャリア箔11と同程度の電子伝導性を有する材料、例えばスズ等を始めとする各種金属材料を用いた場合には、被覆体12の形成によっては、集電用表面層4の形成面の電子伝導性が直ちに不均一な状態とはならない。そこで、そのような材料から被覆体12を構成する場合には、被覆体12が形成されたキャリア箔11を、乾燥状態下に含酸素雰囲気、例えば大気中にさらすことが好ましい。これによって被覆体12の表面(及びキャリア箔11の露出面)を酸化させる(図2(c)参照)。この操作によって、集電用表面層4の形成面の電子伝導性が不均一な状態になる。この状態下に後述する電解めっきを行うと、被覆体12の表面とキャリア箔11の露出面とで電析速度に差が生じ、微細空隙6を容易に形成することができる。酸化の程度は本発明において臨界的ではない。例えば、被覆体12が形成されたキャリア箔11を大気中に10〜30分程度放置しておけば十分であることが本発明者らの検討によって判明した。尤も被覆体12が形成されたキャリア箔11を強制的に酸化させることは妨げられない。   As described above, the covering 12 is used to make the electron conductivity of the surface on which the current collecting surface layer 4 is formed nonuniform. Therefore, if the electron conductivity of the constituent material of the covering 12 is significantly different from the electron conductivity of the carrier foil 11, the electron conductivity of the surface on which the current collecting surface layer 4 is formed is immediately non-uniform by forming the covering 12. It becomes a state. For example, carbon is used as the constituent material of the covering 12. On the other hand, when a material having the same degree of electronic conductivity as that of the carrier foil 11, for example, various metal materials such as tin, is used as the constituent material of the covering body 12, depending on the formation of the covering body 12, The electronic conductivity of the surface on which the electric surface layer 4 is formed does not immediately become uneven. Therefore, when the covering 12 is made of such a material, the carrier foil 11 on which the covering 12 is formed is preferably exposed to an oxygen-containing atmosphere, for example, air, in a dry state. As a result, the surface of the covering 12 (and the exposed surface of the carrier foil 11) is oxidized (see FIG. 2C). By this operation, the electronic conductivity of the surface on which the current collecting surface layer 4 is formed becomes non-uniform. When electrolytic plating described later is performed in this state, a difference in electrodeposition rate occurs between the surface of the covering 12 and the exposed surface of the carrier foil 11, and the fine voids 6 can be easily formed. The degree of oxidation is not critical in the present invention. For example, the inventors have found that it is sufficient to leave the carrier foil 11 with the covering 12 formed in the atmosphere for about 10 to 30 minutes. However, it is not hindered to forcibly oxidize the carrier foil 11 on which the covering 12 is formed.

被覆体12が形成されたキャリア箔11を、含酸素雰囲気にさらすときにこれを乾燥状態にする理由は、酸化を効率的に行うためである。例えば電解めっきによって被覆体12を形成した場合には、キャリア箔11をめっき浴から引き上げた後にドライヤ等を用いてこれを乾燥させ、次いで所定時間大気中に放置すればよい。被覆体12の形成方法としてスパッタリング法や各種蒸着法等の乾式法を用いる場合には乾燥操作は不要であり、被覆体12の形成後、そのまま大気中に放置しておけばよい。   The reason why the carrier foil 11 on which the covering 12 is formed is dried when it is exposed to an oxygen-containing atmosphere is to efficiently oxidize. For example, when the covering 12 is formed by electrolytic plating, the carrier foil 11 is lifted from the plating bath, dried using a dryer or the like, and then left in the atmosphere for a predetermined time. When a dry method such as a sputtering method or various vapor deposition methods is used as a method for forming the covering body 12, a drying operation is not necessary. After the covering body 12 is formed, the covering body 12 may be left in the air as it is.

被覆体12を酸化させた後、図2(d)に示すように、その上に剥離剤13を施す。剥離剤13は、後述する剥離工程において、キャリア箔11から負極前駆体2を首尾良く剥離するために用いられる。剥離剤13としては有機化合物を用いることが好ましく、特に窒素含有化合物又は硫黄含有化合物を用いることが好ましい。窒素含有化合物としては、例えばベンゾトリアゾール(BTA)、カルボキシベンゾトリアゾール(CBTA)、トリルトリアゾール(TTA)、N',N'−ビス(ベンゾトリアゾリルメチル)ユリア(BTD−U)及び3−アミノ−1H−1,2,4−トリアゾール(ATA)などのトリアゾール系化合物が好ましく用いられる。硫黄含有化合物としては、メルカプトベンゾチアゾール(MBT)、チオシアヌル酸(TCA)および2−ベンズイミダゾールチオール(BIT)などが挙げられる。剥離剤13を施す工程は、あくまでも、後述する剥離工程において、キャリア箔11から負極前駆体2を首尾良く剥離するために行われるものである。従ってこの工程を省いても、多数の微細空隙6を有する集電用表面層4を形成することができる。   After oxidizing the covering 12, as shown in FIG. 2 (d), a release agent 13 is applied thereon. The stripping agent 13 is used for successfully stripping the negative electrode precursor 2 from the carrier foil 11 in the stripping step described later. As the release agent 13, it is preferable to use an organic compound, and it is particularly preferable to use a nitrogen-containing compound or a sulfur-containing compound. Examples of nitrogen-containing compounds include benzotriazole (BTA), carboxybenzotriazole (CBTA), tolyltriazole (TTA), N ′, N′-bis (benzotriazolylmethyl) urea (BTD-U), and 3-amino. Triazole compounds such as -1H-1,2,4-triazole (ATA) are preferably used. Examples of the sulfur-containing compound include mercaptobenzothiazole (MBT), thiocyanuric acid (TCA), 2-benzimidazolethiol (BIT), and the like. The step of applying the release agent 13 is only performed in order to successfully release the negative electrode precursor 2 from the carrier foil 11 in the release step described later. Therefore, even if this step is omitted, the current collecting surface layer 4 having a large number of fine voids 6 can be formed.

次に図2(e)に示すように、剥離剤13を施した上に、集電用表面層4の構成材料を電解めっきによって電析させて集電用表面層4を形成する。形成された集電用表面層4には、先に述べた直径の微細空隙6が、先に述べた存在密度で多数形成されている。なお図2(e)においては、被覆体12の頂点の位置に微細空隙6が形成されているように描かれているが、これは便宜的なものであり、実際には、被覆体12の頂点の位置に必ず微細空隙6が形成される訳ではない。めっき浴やめっき条件は、集電用表面層4の構成材料に応じて適切に選択される。例えば集電用表面層4をNiから構成する場合には、めっき浴として以下の組成を有するワット浴やスルファミン酸浴を用いることができる。これらのめっき浴を用いる場合の浴温は40〜70℃程度であり、電流密度は0.5〜20A/dm2程度であることが好ましい。
・NiSO4・6H2O 150〜300g/l
・NiCl2・6H2O 30〜60g/l
・H3BO3 30〜40g/l
Next, as shown in FIG. 2 (e), after the release agent 13 is applied, the constituent material of the current collecting surface layer 4 is electrodeposited by electrolytic plating to form the current collecting surface layer 4. In the formed current collecting surface layer 4, a large number of the fine voids 6 having the diameter described above are formed at the existence density described above. In FIG. 2 (e), the fine gap 6 is drawn at the position of the apex of the covering 12, but this is for convenience. The fine gap 6 is not necessarily formed at the apex position. The plating bath and plating conditions are appropriately selected according to the constituent material of the current collecting surface layer 4. For example, when the current collecting surface layer 4 is made of Ni, a Watt bath or a sulfamic acid bath having the following composition can be used as a plating bath. When these plating baths are used, the bath temperature is preferably about 40 to 70 ° C., and the current density is preferably about 0.5 to 20 A / dm 2 .
・ NiSO 4・ 6H 2 O 150 ~ 300g / l
・ NiCl 2 .6H 2 O 30-60 g / l
・ H 3 BO 3 30-40 g / l

次に図2(f)に示すように集電用表面層4上に、活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布して活物質層5を形成する。スラリーは、活物質の粒子、導電性炭素材料や導電性金属材料の粒子、結着剤及び希釈溶媒などを含んでいる。これらの成分のうち、結着剤としてはポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリエチレン(PE)、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)などが用いられる。希釈溶媒としてはN−メチルピロリドン、シクロヘキサンなどが用いられる。スラリー中における活物質の量は14〜40重量%程度とすることが好ましい。導電性炭素材料又は導電性金属材料の粒子の量は0.4〜4重量%程度とすることが好ましい。結着剤の量は0.4〜4重量%程度とすることが好ましい。これらの成分に希釈溶媒を加えてスラリーを調製する。なお、スラリーを塗布する手法に代えて、先に述べた通り、ガスデポジション法を用いて活物質層を形成してもよい。この手法によれば希釈溶媒を使用せずに活物質層を形成することが可能なので、後の乾燥工程を必要としないという利点がある。乾燥工程は、活物質粒子の酸化、及び結着剤やスラリー希釈溶媒へ影響を及ぼす。従って乾燥工程を必要としないガスデポジション法は、負極への影響を最小限に抑制できるので好ましい手法である。   Next, as shown in FIG. 2 (f), an active material layer 5 is formed on the current collecting surface layer 4 by applying a conductive slurry containing particles of the active material. The slurry contains active material particles, conductive carbon material or conductive metal material particles, a binder, a diluting solvent, and the like. Among these components, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), ethylene propylene diene monomer (EPDM) and the like are used as the binder. As a diluting solvent, N-methylpyrrolidone, cyclohexane or the like is used. The amount of the active material in the slurry is preferably about 14 to 40% by weight. The amount of the conductive carbon material or conductive metal material particles is preferably about 0.4 to 4% by weight. The amount of the binder is preferably about 0.4 to 4% by weight. A dilute solvent is added to these components to prepare a slurry. Note that the active material layer may be formed by using a gas deposition method, as described above, instead of the method of applying the slurry. According to this method, since an active material layer can be formed without using a diluting solvent, there is an advantage that a subsequent drying step is not required. The drying step affects the oxidation of the active material particles and the binder and slurry dilution solvent. Therefore, the gas deposition method that does not require a drying step is a preferable method because the influence on the negative electrode can be minimized.

スラリーの塗膜が乾燥して活物質層5が形成された後、該活物質層5が形成されたキャリア箔11を、リチウム化合物の形成能の低い金属材料を含むめっき浴中に浸漬して電解めっきを行う。めっき浴への浸漬によってめっき液が活物質層5内に浸入して、活物質層5と集電用表面層4との界面にまで達し、その状態下に電解めっきが行われる。その結果、(a)活物質層5の内部、及び(b)活物質層5の内面側(即ち集電用表面層4と対向している面側)において、リチウム化合物の形成能の低い金属材料が析出して、該材料が活物質層5の厚み方向全域に亘って浸透する。このようにして、キャリア箔11上に負極前駆体2が形成される。   After the coating film of the slurry is dried and the active material layer 5 is formed, the carrier foil 11 on which the active material layer 5 is formed is immersed in a plating bath containing a metal material having a low lithium compound forming ability. Perform electrolytic plating. By immersion in the plating bath, the plating solution enters the active material layer 5 and reaches the interface between the active material layer 5 and the current collecting surface layer 4, and electrolytic plating is performed in this state. As a result, (a) a metal having a low lithium compound forming ability on the inside of the active material layer 5 and (b) the inner surface side of the active material layer 5 (that is, the surface side facing the current collecting surface layer 4). The material precipitates and permeates throughout the thickness direction of the active material layer 5. In this way, the negative electrode precursor 2 is formed on the carrier foil 11.

電解めっきの条件としては、例えばリチウム化合物の形成能の低い金属材料として銅を用いる場合、硫酸銅系溶液を用いるときには、銅の濃度を30〜100g/l、硫酸の濃度を50〜200g/l、塩素の濃度を30ppm以下とし、液温を30〜80℃、電流密度を1〜100A/dm2とすればよい。ピロ燐酸銅系溶液を用いる場合には、銅の濃度2〜50g/l、ピロ燐酸カリウムの濃度100〜700g/lとし、液温を30〜60℃、pHを8〜12、電流密度を1〜10A/dm2とすればよい。これらの電解条件を適宜調節することで、金属材料が活物質層5の厚み方向全域に亘って浸透する。 As conditions for electrolytic plating, for example, when copper is used as a metal material having a low ability to form a lithium compound, when using a copper sulfate solution, the concentration of copper is 30 to 100 g / l, and the concentration of sulfuric acid is 50 to 200 g / l. The chlorine concentration may be 30 ppm or less, the liquid temperature may be 30 to 80 ° C., and the current density may be 1 to 100 A / dm 2 . When using a copper pyrophosphate solution, the concentration of copper is 2 to 50 g / l, the concentration of potassium pyrophosphate is 100 to 700 g / l, the liquid temperature is 30 to 60 ° C., the pH is 8 to 12, and the current density is 1. ~10A / dm 2 and may be set. By appropriately adjusting these electrolysis conditions, the metal material penetrates throughout the thickness direction of the active material layer 5.

このようにしてキャリア箔11上に集電用表面層4と活物質層5とをこの順で備えた負極前駆体2を形成する。これを一対用い、図2(g)に示すように、各負極前駆体2における活物質層5どうしが対向するように、金属リチウム箔14を両負極前駆体2間に挟み込む。それによって金属リチウム箔14と両負極前駆体2とを貼り合わせにより一体化させる。この場合、金属リチウム箔14と両負極前駆体2とを単に重ね合わせて圧着させるだけの操作でこれら三者を貼り合わせることができる。貼り合わせを強固にしたい場合には、導電性ペースト等の導電性接着材料を用いてこれら三者を貼り合わせてもよい。   Thus, the negative electrode precursor 2 provided with the current collecting surface layer 4 and the active material layer 5 in this order on the carrier foil 11 is formed. Using this pair, as shown in FIG. 2G, the metal lithium foil 14 is sandwiched between the negative electrode precursors 2 so that the active material layers 5 in the negative electrode precursors 2 face each other. Thereby, the metallic lithium foil 14 and the two negative electrode precursors 2 are integrated by bonding. In this case, these three members can be bonded together by simply superimposing the metal lithium foil 14 and the negative electrode precursors 2 on each other and pressing them. In order to strengthen the bonding, these three members may be bonded using a conductive adhesive material such as a conductive paste.

最後に、図2(h)に示すように、集電用表面層4とキャリア箔11との界面において、負極前駆体2をキャリア箔11から剥離分離する。これによって目的とする負極1が得られる。   Finally, as shown in FIG. 2 (h), the negative electrode precursor 2 is peeled and separated from the carrier foil 11 at the interface between the current collecting surface layer 4 and the carrier foil 11. Thereby, the intended negative electrode 1 is obtained.

このようにして得られた本実施形態の負極は、公知の正極、セパレータ、非水系電解液と共に用いられて非水電解液二次電池となされる。正極は、正極活物質並びに必要により導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、正極合剤を作製し、これを集電体に塗布、乾燥した後、ロール圧延、プレスし、さらに裁断、打ち抜きすることにより得られる。正極活物質としては、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物等の従来公知の正極活物質が用いられる。セパレーターとしては、合成樹脂製不織布、ポリエチレン又はポリプロピレン多孔質フイルム等が好ましく用いられる。非水電解液は、リチウム二次電池の場合、支持電解質であるリチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液からなる。リチウム塩としては、例えば、LiC1O4、LiA1Cl4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiSCN、LiC1、LiBr、LiI、LiCF3SO3、LiC49SO3等が例示される。 The negative electrode of the present embodiment thus obtained is used with a known positive electrode, separator, and non-aqueous electrolyte solution to form a non-aqueous electrolyte secondary battery. The positive electrode is prepared by suspending a positive electrode active material and, if necessary, a conductive agent and a binder in an appropriate solvent to prepare a positive electrode mixture, applying this to a current collector, drying it, then rolling and pressing, and further cutting. It is obtained by punching. As the positive electrode active material, conventionally known positive electrode active materials such as lithium nickel composite oxide, lithium manganese composite oxide, and lithium cobalt composite oxide are used. As the separator, a synthetic resin nonwoven fabric, polyethylene, polypropylene porous film, or the like is preferably used. In the case of a lithium secondary battery, the nonaqueous electrolytic solution is a solution in which a lithium salt that is a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent. The lithium salt, for example, LiC1O 4, LiA1Cl 4, LiPF 6, LiAsF 6, LiSbF 6, LiSCN, LiC1, LiBr, LiI, etc. LiCF 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3 are exemplified.

次に、本発明の第2〜第5の実施形態について図3〜図6を参照しながら説明する。これらの実施形態に関し、特に説明しない点については、図1に示す負極1に関して詳述した説明が適宜適用される。なおこれらの実施形態のうち、図3に示す第2の実施形態が本発明の範囲内のものであり、その他の実施形態は、充電開始前に、活物質にリチウムが吸蔵されていないので本発明の範囲外である。当該その他の実施形態の負極は、その充電開始前に、活物質にリチウムが吸蔵されることで、本発明の範囲内となる。
Next, second to fifth embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. With respect to these embodiments, the explanation in detail regarding the negative electrode 1 shown in FIG. Of these embodiments, the second embodiment shown in FIG. 3 is within the scope of the present invention, and the other embodiments have no lithium occluded in the active material before the start of charging. It is outside the scope of the invention. The negative electrode of the other embodiment falls within the scope of the present invention by occluding lithium in the active material before the start of charging.

図3に示す負極1は、図1に示す負極1の製造方法に関して説明した図2(a)〜(h)に示す工程図において、図2(g)に示す貼り合わせの工程後、貼り合わせ体を所定温度に加熱することによって、金属リチウム箔14からリチウムを活物質の粒子中に熱拡散させて得られたものである。加熱温度は、リチウムが熱拡散するに十分な温度であればよく、具体的には30〜160℃、特に60〜150℃であることが好ましい。   The negative electrode 1 shown in FIG. 3 is bonded after the bonding step shown in FIG. 2 (g) in the process diagrams shown in FIGS. 2 (a) to 2 (h) described with reference to the manufacturing method of the negative electrode 1 shown in FIG. It is obtained by thermally diffusing lithium from the metal lithium foil 14 into the active material particles by heating the body to a predetermined temperature. The heating temperature may be a temperature sufficient for thermal diffusion of lithium, and specifically 30 to 160 ° C., particularly preferably 60 to 150 ° C.

このようにして得られた負極1においては、充電開始前から、活物質の粒子がリチウムを充分に吸蔵した状態になっている。従って、充電時にリチウムを吸蔵することに起因する体積増加を、図1に示す負極1よりも一層軽減することができる。また、活物質の粒子がリチウムを吸蔵することに起因して、金属リチウム箔14(図2(g)参照)の部分に、図1に示す負極1よりも大きな空間が形成される。その結果、活物質粒子の膨張収縮に起因する応力の発生が一層緩和される。   In the negative electrode 1 thus obtained, the active material particles have sufficiently occluded lithium before the start of charging. Therefore, the volume increase resulting from occlusion of lithium during charging can be further reduced as compared with the negative electrode 1 shown in FIG. Further, due to the occlusion of lithium by the active material particles, a space larger than that of the negative electrode 1 shown in FIG. 1 is formed in the portion of the metal lithium foil 14 (see FIG. 2G). As a result, the generation of stress due to the expansion and contraction of the active material particles is further alleviated.

図3においては、負極1に金属リチウム箔14(図2(g)参照)が残存しておらず、活物質粒子7にすべて吸蔵されたように描かれているが、これは便宜的なものであり、金属リチウム箔は負極1内に残存していてもよく、その場合であっても所望の性能を有する負極が得られる。金属リチウム箔が負極1中に残存するか否かは、使用する金属リチウム箔と活物質との相対的な量関係、熱拡散の温度や時間に依存する。充電前に金属リチウム箔の一部が負極1内に残存していたとしても、充放電を繰り返すうちにリチウムが消費されて、その量は次第に減少していく。   In FIG. 3, the metal lithium foil 14 (see FIG. 2G) does not remain on the negative electrode 1 and is drawn as if it was occluded by the active material particles 7, but this is for convenience. The metal lithium foil may remain in the negative electrode 1, and even in that case, a negative electrode having desired performance can be obtained. Whether or not the metal lithium foil remains in the negative electrode 1 depends on the relative quantity relationship between the metal lithium foil to be used and the active material, the temperature and time of thermal diffusion. Even if a part of the metallic lithium foil remains in the negative electrode 1 before charging, lithium is consumed while charging and discharging are repeated, and the amount thereof gradually decreases.

図4に示す負極1では、一対の集電用表面層4間に一つの活物質層5及び一つの金属リチウム層3が配置されている。本実施形態の負極1は、二つの活物質層5間に金属リチウム層3が介在配置されている図1に示す実施形態の負極1において、活物質層5を一層のみ用いたものに相当する。   In the negative electrode 1 shown in FIG. 4, one active material layer 5 and one metal lithium layer 3 are disposed between a pair of current collecting surface layers 4. The negative electrode 1 of the present embodiment corresponds to the negative electrode 1 of the embodiment shown in FIG. 1 in which the metal lithium layer 3 is interposed between the two active material layers 5 and using only one active material layer 5. .

図5に示す負極1は、図1に示す実施形態の負極1に多数の孔9が形成されたものである。孔9は、負極1の各表面において開孔し且つ活物質層5及び各集電用表面層4の厚み方向に延びている。活物質層5においては、孔9の壁面において活物質層5が露出している。孔9の役割は大別して次の2つである。   A negative electrode 1 shown in FIG. 5 is obtained by forming a large number of holes 9 in the negative electrode 1 of the embodiment shown in FIG. The holes 9 are opened in each surface of the negative electrode 1 and extend in the thickness direction of the active material layer 5 and each current collecting surface layer 4. In the active material layer 5, the active material layer 5 is exposed on the wall surface of the hole 9. The role of the hole 9 is roughly divided into the following two.

一つは、孔9の壁面において露出した活物質層5を通じて電解液を活物質層内に供給する役割である。従って、孔9を形成した場合には、集電用表面層4に、先に述べた微細空隙6を形成しなくてもよい。孔9の壁面においては、活物質層5が露出しているが、活物質層内の活物質の粒子7間に、リチウム化合物の形成能の低い金属材料が浸透しているので、該粒子7が脱落することが防止されている。   One is the role of supplying the electrolytic solution into the active material layer through the active material layer 5 exposed on the wall surface of the hole 9. Therefore, when the hole 9 is formed, the fine gap 6 described above may not be formed in the current collecting surface layer 4. The active material layer 5 is exposed at the wall surface of the hole 9, but a metal material having a low lithium compound forming ability penetrates between the active material particles 7 in the active material layer. Is prevented from falling off.

もう一つは、充放電に起因して活物質層内の活物質の粒子7が体積変化した場合、その体積変化に起因する応力を緩和する役割である。応力は、主として負極1の平面方向に生ずる。従って、充電によって活物質の粒子7の体積が増加して応力が生じても、その応力は、空間となっている孔9に吸収される。その結果、負極1の著しい変形が効果的に防止される。   The other is the role of relieving the stress caused by the volume change when the volume of the active material particles 7 in the active material layer changes due to charge / discharge. The stress is generated mainly in the plane direction of the negative electrode 1. Therefore, even if the volume of the active material particles 7 increases due to charging and stress occurs, the stress is absorbed by the holes 9 which are spaces. As a result, significant deformation of the negative electrode 1 is effectively prevented.

孔9の他の役割として、負極内に発生したガスを、その外部に放出できるという役割がある。詳細には、負極中に微量に含まれている水分に起因して、H2、CO、CO2等のガスが発生することがある。これらのガスが負極内に蓄積すると分極が大きくなり、充放電のロスの原因となる。孔9を形成することで、これを通じて前記のガスが負極の外部に放出されるので、該ガスに起因する分極を小さくできる。更に、孔9の他の役割として、負極の放熱の役割がある。詳細には、孔9が形成されることによって負極の比表面積が増大するので、リチウムの吸蔵に伴い発生する熱が負極外部に効率よく放出される。また、活物質の粒子の体積変化に起因して応力が発生すると、それが原因で熱が発生する場合がある。孔9が形成されることで、その応力が緩和されるので、熱の発生自体が抑えられる。 Another role of the hole 9 is that the gas generated in the negative electrode can be released to the outside. Specifically, gas such as H 2 , CO, and CO 2 may be generated due to moisture contained in a minute amount in the negative electrode. When these gases accumulate in the negative electrode, the polarization increases and causes charge / discharge loss. By forming the hole 9, the gas is released to the outside of the negative electrode through the hole 9, so that the polarization due to the gas can be reduced. Furthermore, as another role of the hole 9, there is a role of heat dissipation of the negative electrode. Specifically, since the specific surface area of the negative electrode is increased by forming the holes 9, the heat generated with the occlusion of lithium is efficiently released to the outside of the negative electrode. In addition, when stress is generated due to the volume change of the active material particles, heat may be generated due to the stress. Since the stress is relieved by forming the holes 9, the heat generation itself is suppressed.

活物質層内に電解液を十分に供給する観点及び活物質の粒子の体積変化に起因する応力を効果的に緩和する観点から、負極1の表面において開孔している孔9の開孔率、即ち孔9の面積の総和を、負極1の表面の見掛けの面積で除して100を乗じた値は0.3〜30%、特に2〜15%であることが好ましい。同様の理由により、負極1の表面において開孔している孔9の開孔径は5〜500μm、特に20〜100μmであることが好ましい。また、孔9のピッチを好ましくは20〜600μm、更に好ましくは45〜400μmに設定することで、活物質層内に電解液を十分に供給でき、また活物質の粒子7の体積変化による応力を効果的に緩和できるようになる。更に、負極1の表面における任意の部分に着目したとき、1cm×1cmの正方形の観察視野内に平均して100〜250000個、特に1000〜40000個、とりわけ5000〜20000個の孔9が開孔していることが好ましい。   From the viewpoint of sufficiently supplying the electrolytic solution into the active material layer and from the viewpoint of effectively relieving the stress caused by the volume change of the particles of the active material, the hole area ratio of the holes 9 opened on the surface of the negative electrode 1 That is, the value obtained by dividing the total area of the holes 9 by the apparent area of the surface of the negative electrode 1 and multiplying by 100 is preferably 0.3 to 30%, particularly 2 to 15%. For the same reason, the hole diameter of the hole 9 opened on the surface of the negative electrode 1 is preferably 5 to 500 μm, particularly 20 to 100 μm. Also, by setting the pitch of the holes 9 to preferably 20 to 600 μm, more preferably 45 to 400 μm, the electrolyte can be sufficiently supplied into the active material layer, and the stress due to the volume change of the active material particles 7 can be increased. Can be effectively mitigated. Further, when attention is paid to an arbitrary portion on the surface of the negative electrode 1, an average of 100 to 250,000, particularly 1000 to 40000, and especially 5000 to 20000 holes 9 are opened in a 1 cm × 1 cm square observation field. It is preferable.

孔9は負極1の厚さ方向に貫通していてもよい。しかし、活物質層内に電解液を十分に供給し、また活物質の粒子の体積変化に起因する応力を緩和するという孔9の役割に鑑みると、孔9は負極1の厚さ方向に貫通している必要はなく、負極1の表面において開孔し且つ少なくとも活物質層5にまで達していればよい。   The hole 9 may penetrate in the thickness direction of the negative electrode 1. However, in view of the role of the hole 9 to sufficiently supply the electrolyte into the active material layer and relieve the stress caused by the volume change of the particles of the active material, the hole 9 penetrates in the thickness direction of the negative electrode 1. It is not necessary to form holes on the surface of the negative electrode 1 and to reach at least the active material layer 5.

本実施形態の負極1は、図2に示す製造方法に準じて製造できる。詳細には、図2(a)〜図2(f)に示す工程を行い負極前駆体を得る。次いで所定の孔あけ加工によって負極前駆体に孔9を形成する。その後、図2(g)及び(h)に示す工程を行う。孔9の形成方法に特に制限はない。例えばレーザー加工によって孔9を形成することができる。或いは針やポンチによって機械的に穿孔を行うこともできる。両者を比較すると、レーザー加工を用いる方が、サイクル特性及び充放電効率が良好な負極を得やすい。この理由は、レーザ加工の場合、加工によって溶解・再凝固した金属材料が孔9の壁面に存在する活物質粒子の表面を覆うので、活物質が直接露出することが防止され、それによって活物質が孔9の壁面から脱落することが防止されるからである。レーザー加工を用いる場合には、例えば図2(f)に示す工程の後、活物質層5に向けてレーザーを照射すればよい。なお、孔9の他の形成手段として、サンドブラスト加工を用いたり、フォトレジスト技術を利用して孔9を形成することもできる。孔9は、実質的に等間隔に存在するように形成されることが好ましい。そうすることによって、電極全体が均一に反応を起こすことが可能となるからである。   The negative electrode 1 of this embodiment can be manufactured according to the manufacturing method shown in FIG. In detail, the process shown to Fig.2 (a)-FIG.2 (f) is performed, and a negative electrode precursor is obtained. Next, holes 9 are formed in the negative electrode precursor by a predetermined drilling process. Thereafter, the steps shown in FIGS. 2G and 2H are performed. There is no restriction | limiting in particular in the formation method of the hole 9. FIG. For example, the holes 9 can be formed by laser processing. Alternatively, drilling can be performed mechanically with a needle or punch. When both are compared, it is easier to obtain a negative electrode with good cycle characteristics and charge / discharge efficiency when laser processing is used. This is because, in the case of laser processing, the metal material dissolved and re-solidified by processing covers the surface of the active material particles present on the wall surface of the hole 9, so that the active material is prevented from being directly exposed, thereby This is because it is prevented from falling off from the wall surface of the hole 9. In the case of using laser processing, for example, after the step shown in FIG. 2F, the active material layer 5 may be irradiated with a laser. In addition, as another formation means of the hole 9, the hole 9 can also be formed using a sandblast process or using a photoresist technique. It is preferable that the holes 9 are formed so as to exist at substantially equal intervals. This is because the entire electrode can react uniformly.

図5に示す負極の変形例として、図6に示す負極1が挙げられる。図6に示す負極においては、金属箔などの導電性箔10の各面に金属リチウム層3が形成されたものが、一対の負極前駆体2によって挟持されている。本実施形態の負極1によれば、図5に示す負極と同様の効果が奏され、それに加えて、導電性箔10によって負極1に一層高い強度が付与されるという効果が奏される。   As a modification of the negative electrode shown in FIG. 5, the negative electrode 1 shown in FIG. In the negative electrode shown in FIG. 6, the metal lithium layer 3 formed on each surface of the conductive foil 10 such as a metal foil is sandwiched between the pair of negative electrode precursors 2. According to the negative electrode 1 of the present embodiment, the same effect as that of the negative electrode shown in FIG. 5 is achieved, and in addition, the conductive foil 10 provides an effect that higher strength is imparted to the negative electrode 1.

本発明は前記実施形態に制限されない。例えば図3及び図4に示す実施形態の負極に、図5及び図6に示す実施形態の負極に形成されている孔9と同様の孔を形成してもよい。また、図6に示す負極は、これに孔9を形成せずに用いてもよい。   The present invention is not limited to the embodiment. For example, a hole similar to the hole 9 formed in the negative electrode of the embodiment shown in FIGS. 5 and 6 may be formed in the negative electrode of the embodiment shown in FIGS. 3 and 4. Moreover, you may use the negative electrode shown in FIG. 6 without forming the hole 9 in this.

また、前記の各実施形態の負極は、これを単独で用いることも可能であり、或いは複数個を重ねて使用することも可能である。後者の場合、隣り合う負極間に、芯材となる導電性箔(例えば金属箔)を介在配置することも可能である。   Moreover, the negative electrode of each of the embodiments described above can be used alone, or a plurality of the negative electrodes can be used in an overlapping manner. In the latter case, a conductive foil (for example, a metal foil) serving as a core material can be interposed between adjacent negative electrodes.

また前記の各実施形態においては、集電用表面層4は単層構造であったが、これに代えて、少なくとも一方の表面層を2層以上の多層構造にしても良い。例えば少なくとも一方の表面層をニッケル(リチウム化合物の形成能の低い元素)及びリチウム化合物の形成能の高い元素からなる下層と、銅(リチウム化合物の形成能の低い元素)及びリチウム化合物の形成能の高い元素からなる上層の2層構造とすることで、活物質の体積変化に起因する負極の著しい変形を一層効果的に防止することができる。集電用表面層が多層構造である場合、該集電用表面層に含まれるリチウム化合物の形成能の低い金属材料の少なくとも1種を、活物質層5に浸透したリチウム化合物の形成能の低い金属材料と異種の材料とすることができる。或いは各集電用表面層に含まれるリチウム化合物の形成能の低い金属材料のすべてが、活物質層5に浸透したリチウム化合物の形成能の低い金属材料と異種の材料でもよい。   In each of the embodiments described above, the current collecting surface layer 4 has a single layer structure. However, instead of this, at least one surface layer may have a multilayer structure of two or more layers. For example, at least one surface layer has a lower layer made of nickel (an element having a low lithium compound forming ability) and an element having a high lithium compound forming ability, and a copper (an element having a low lithium compound forming ability) and a lithium compound forming ability. By adopting an upper two-layer structure composed of high elements, significant deformation of the negative electrode due to the volume change of the active material can be more effectively prevented. When the current collecting surface layer has a multilayer structure, the ability to form a lithium compound that penetrates the active material layer 5 with at least one metal material having a low ability to form a lithium compound contained in the current collecting surface layer is low. The material can be different from the metal material. Alternatively, all of the metal material having a low lithium compound forming ability contained in each current collecting surface layer may be a different material from the metal material having a low lithium compound forming ability penetrating into the active material layer 5.

また集電用表面層の構成材料と、活物質層5中に浸透している材料とが異なる場合には、活物質層5中に浸透している金属材料は、活物質層5と集電用表面層との境界部まで存在していてもよい。或いは、活物質層5中に浸透している金属材料は、当該境界部を越えて集電用表面層の一部を構成していてもよい。逆に、集電用表面層の構成材料が、当該境界部を越えて活物質層5内に存在していてもよい。   When the constituent material of the current collecting surface layer is different from the material penetrating into the active material layer 5, the metal material penetrating into the active material layer 5 is separated from the active material layer 5 and the current collector. It may exist up to the boundary with the surface layer for use. Alternatively, the metal material penetrating into the active material layer 5 may constitute a part of the current collecting surface layer beyond the boundary portion. Conversely, the constituent material of the current collecting surface layer may be present in the active material layer 5 beyond the boundary.

また、活物質層5中に、リチウム化合物の形成能の低い金属材料を析出させる操作を、異なる2種以上のめっき浴を用いて行うことで、活物質層5中に析出される金属材料を、異なる2種以上の多層構造とすることができる。   Moreover, the metal material deposited in the active material layer 5 is obtained by performing the operation of depositing a metal material having a low lithium compound forming ability in the active material layer 5 using two or more different plating baths. Two or more different multilayer structures can be used.

また図2に示す製造方法においては、活物質層5を活物質の粒子を含む導電性スラリーから形成したが、これに代えて、化学気相蒸着法、物理気相蒸着法、スパッタリング、電解めっきなどの薄膜形成手段を用いて、活物質の薄層からなる活物質層5を形成してもよい。   In the manufacturing method shown in FIG. 2, the active material layer 5 is formed from a conductive slurry containing particles of the active material. Instead, a chemical vapor deposition method, a physical vapor deposition method, a sputtering method, and an electrolytic plating method are used. The active material layer 5 composed of a thin layer of the active material may be formed using a thin film forming means such as.

以下、例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。以下の参考例は本発明の参考となるものであり、本発明の範囲外である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples . The following reference examples serve as references for the present invention and are outside the scope of the present invention.

参考例1〕
図5に示す負極を製造した。電解によって得られた銅製のキャリア箔(厚さ35μm)を室温で30秒間酸洗浄した。引き続き室温で30秒間純水洗浄した。次いで以下の浴組成を有するすずめっき浴にキャリア箔を浸漬させて電解めっきを行いすずからなる被覆体を形成した。電流密度は2A/dm2、浴温は30℃とした。陽極にはすず電極を用いた。電源は直流電源を用いた。被覆体は20nmの厚さに不均一に形成した。めっき浴から引き上げた後、30秒間純水洗浄して大気中で乾燥後、15分間放置して被覆体の酸化を行った。
・SnSO4 50g/l
・H2SO4 100g/l
・クレゾールスルホン酸 100g/l
[ Reference Example 1]
The negative electrode shown in FIG. 5 was manufactured. A copper carrier foil (thickness 35 μm) obtained by electrolysis was acid-washed at room temperature for 30 seconds. Subsequently, it was washed with pure water at room temperature for 30 seconds. Next, a carrier foil was immersed in a tin plating bath having the following bath composition, and electrolytic plating was performed to form a coating made of tin. The current density was 2 A / dm 2 and the bath temperature was 30 ° C. A tin electrode was used as the anode. A DC power source was used as the power source. The covering was formed unevenly to a thickness of 20 nm. After lifting from the plating bath, it was washed with pure water for 30 seconds, dried in the atmosphere, and allowed to stand for 15 minutes to oxidize the coating.
・ SnSO 4 50g / l
・ H 2 SO 4 100 g / l
・ Cresol sulfonic acid 100g / l

被覆体が形成されたキャリア箔を、40℃に保たれた3g/lのCBTA溶液中に30秒間浸漬した。これにより剥離層形成処理を行った。剥離層形成処理後、溶液から引き上げて15秒間純水洗浄した。   The carrier foil on which the covering was formed was immersed in a 3 g / l CBTA solution maintained at 40 ° C. for 30 seconds. Thus, a release layer forming process was performed. After the release layer forming treatment, the film was pulled up from the solution and washed with pure water for 15 seconds.

次にキャリア箔を、H2SO4/CuSO4系のめっき浴に浸漬させて電解めっきを行った。これによって銅からなる集電用表面層を、キャリア箔における被覆体が形成された面上に形成した。めっき浴の組成は、CuSO4が250g/l、H2SO4が70g/lであった。電流密度は5A/dm2とした。集電用表面層は5μmの厚さに形成した。めっき浴から引き上げた後、30秒間純水洗浄して大気中で乾燥させた。 Next, the carrier foil was immersed in an H 2 SO 4 / CuSO 4 plating bath to perform electroplating. Thus, a current collecting surface layer made of copper was formed on the surface of the carrier foil on which the covering was formed. The composition of the plating bath was 250 g / l for CuSO 4 and 70 g / l for H 2 SO 4 . The current density was 5 A / dm 2 . The surface layer for current collection was formed to a thickness of 5 μm. After lifting from the plating bath, it was washed with pure water for 30 seconds and dried in the air.

次に、集電用表面層上に負極活物質の粒子を含むスラリーを膜厚20μmになるように塗布し活物質層を形成した。活物質粒子はSiからなり、平均粒径はD50=2μmであった。スラリーの組成は、活物質:アセチレンブラック:スチレンブタジエンラバー=98:2:1.7であった。 Next, a slurry containing negative electrode active material particles was applied on the current collecting surface layer to a thickness of 20 μm to form an active material layer. The active material particles were made of Si, and the average particle size was D 50 = 2 μm. The composition of the slurry was active material: acetylene black: styrene butadiene rubber = 98: 2: 1.7.

活物質層が形成されたにキャリア箔を、以下の浴組成を有するワット浴に浸漬させ、電解により、活物質層に対してニッケルの浸透めっきを行った。電流密度は5A/dm2、浴温は50℃、pHは5であった。陽極にはニッケル電極を用いた。電源は直流電源を用いた。めっき浴から引き上げた後、30秒間純水洗浄して大気中で乾燥させた。このようにしてキャリア箔に支持された負極前駆体を得た。電子顕微鏡像観察の結果、この負極前駆体における集電用表面層に、微細空隙が多数形成されていることを確認した。
・NiSO4・6H20 250g/l
・NiCl2・6H20 45g/l
・H3BO4 30g/l
After the active material layer was formed, the carrier foil was immersed in a Watt bath having the following bath composition, and nickel was infiltrated into the active material layer by electrolysis. The current density was 5 A / dm 2 , the bath temperature was 50 ° C., and the pH was 5. A nickel electrode was used as the anode. A DC power source was used as the power source. After lifting from the plating bath, it was washed with pure water for 30 seconds and dried in the air. Thus, a negative electrode precursor supported on the carrier foil was obtained. As a result of observing an electron microscope image, it was confirmed that a large number of fine voids were formed in the current collecting surface layer of the negative electrode precursor.
・ NiSO 46H 2 0 250g / l
・ NiCl 26H 2 0 45g / l
・ H 3 BO 4 30g / l

負極前駆体に向けてYAGレーザを照射し、該負極前駆体を貫通する孔を規則的に形成した。孔の直径は24μm、ピッチは100μm(10000孔/cm2)、開孔率は4.5%とした。 The negative electrode precursor was irradiated with a YAG laser to regularly form holes penetrating the negative electrode precursor. The hole diameter was 24 μm, the pitch was 100 μm (10000 holes / cm 2 ), and the hole area ratio was 4.5%.

次に、負極前駆体とは別に用意しておいた厚さ30μmの金属リチウム箔を、一対の負極前駆体で挟み込んだ。挟み込みは、各負極前駆体における活物質層どうしが対向するように行った。これによって各負極前駆体と金属リチウムとを貼り合わせて一体化させた。最後に、キャリア箔と集電用表面層とを剥離して目的とする負極を得た。負極における金属リチウムの量は、負極に含まれる活物質の初期充電理論容量に対して30%であった。   Next, a 30 μm thick metal lithium foil prepared separately from the negative electrode precursor was sandwiched between a pair of negative electrode precursors. The sandwiching was performed so that the active material layers in each negative electrode precursor face each other. Thus, each negative electrode precursor and metallic lithium were bonded and integrated. Finally, the carrier foil and the current collecting surface layer were peeled off to obtain a target negative electrode. The amount of metallic lithium in the negative electrode was 30% with respect to the initial charge theoretical capacity of the active material contained in the negative electrode.

得られた負極を用い、以下の方法で非水電解液二次電池を作製した。この電池の1サイクル後の放電容量、負極厚み変化率、及び100サイクル後の容量維持率を以下の方法で測定、算出した。これらの結果を以下の表1に示す。   Using the obtained negative electrode, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced by the following method. The discharge capacity, negative electrode thickness change rate, and capacity retention rate after 100 cycles of this battery were measured and calculated by the following methods. These results are shown in Table 1 below.

〔非水電解液二次電池の作製〕
参考例及び比較例で得られた負極を作用極とし、対極としてLiCoO2を用いた。対極は、4mAh/cm2となるように、LiCoO2を厚み20μmのAl箔上に塗工して製造した。正極容量と負極容量との比率(前者:後者)は1:2とした。両極を、セパレータを介して対向させた。非水電解液としてLiPF6/エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合液(1:1容量比)を用いて通常の方法によって非水電解液二次電池を作製した。
[Production of non-aqueous electrolyte secondary battery]
The negative electrodes obtained in Reference Examples and Comparative Examples were used as working electrodes, and LiCoO 2 was used as a counter electrode. The counter electrode was manufactured by coating LiCoO 2 on an Al foil having a thickness of 20 μm so as to be 4 mAh / cm 2 . The ratio of the positive electrode capacity to the negative electrode capacity (the former: the latter) was 1: 2. Both electrodes were opposed to each other through a separator. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced by a conventional method using a mixed solution (1: 1 volume ratio) of LiPF 6 / ethylene carbonate and dimethyl carbonate as the non-aqueous electrolyte.

〔1サイクル後の放電容量〕
負極の単位面積当たりの放電容量を測定した。
[Discharge capacity after one cycle]
The discharge capacity per unit area of the negative electrode was measured.

〔負極厚み変化率〕
宝泉株式会社製HS変位セルを用いて、1サイクルにおける充電に伴う負極の厚み変化を測定した。この変位セルでは、負極+セパレーター+正極LiCoO2の、全体の厚み変化が測定される。しかし、正極は充放電によってほとんど膨張せず、負極の厚み変化の寄与率が大きいので、測定している厚み変化は実質的に負極の厚み変化とみなせる。
[Negative electrode thickness change rate]
Using an HS displacement cell manufactured by Hosen Co., Ltd., the thickness change of the negative electrode accompanying charging in one cycle was measured. In this displacement cell, the total thickness change of negative electrode + separator + positive electrode LiCoO 2 is measured. However, since the positive electrode hardly expands due to charge / discharge and the contribution rate of the change in thickness of the negative electrode is large, the thickness change being measured can be regarded substantially as a change in thickness of the negative electrode.

〔100サイクル後の容量維持率〕
100サイクル後の放電容量を測定し、その値を最大負極放電容量で除し、100を乗じて算出した。
[Capacity maintenance rate after 100 cycles]
The discharge capacity after 100 cycles was measured, and the value was divided by the maximum negative electrode discharge capacity and multiplied by 100.

〔比較例1〕
金属リチウム箔を用いず、一対の負極前駆体を、それらの活物質層どうしが対向するように重ね合わせた以外は参考例1と同様の方法により負極を得た。得られた負極について、参考例1と同様の評価を行った。その結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
A negative electrode was obtained in the same manner as in Reference Example 1 except that a pair of negative electrode precursors were superposed so that their active material layers were opposed to each other without using a metal lithium foil. The obtained negative electrode was evaluated in the same manner as in Reference Example 1. The results are shown in Table 1.

Figure 0003906342
Figure 0003906342

表1に示す結果から明らかなように、参考例1の負極を用いた電池は、放電容量及び容量維持率が高いことが判る。更に、負極厚みの変化率が小さいことが判る。これに対して、リチウム箔を用いない比較例1の負極を用いた電池は、負極厚みの変化率が大きく、また容量維持率が低いことが判る。
As is clear from the results shown in Table 1, the battery using the negative electrode of Reference Example 1 has a high discharge capacity and capacity retention rate. Furthermore, it can be seen that the rate of change in the thickness of the negative electrode is small. On the other hand, it can be seen that the battery using the negative electrode of Comparative Example 1 that does not use lithium foil has a large change rate of the negative electrode thickness and a low capacity retention rate.

参考例2〜4及び比較例2〕
参考例及び比較例では、負極に含まれる金属リチウムの量の違いによる負極の性能の違いを評価した。YAGレーザを用いた孔あけ加工を負極前駆体に施さず、且つ金属リチウムの量を表2に示す値とした以外は参考例1と同様にして負極を作製した。得られた負極は、図1に示す構造を有するものであった(但し比較例1を除く)。電子顕微鏡像観察の結果、集電用表面層に微細空隙が多数形成されていることを確認した。
[ Reference Examples 2 to 4 and Comparative Example 2]
In this reference example and comparative example, the difference in the performance of the negative electrode due to the difference in the amount of metallic lithium contained in the negative electrode was evaluated. A negative electrode was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the negative electrode precursor was not subjected to drilling using a YAG laser and the amount of metallic lithium was changed to the values shown in Table 2. The obtained negative electrode had the structure shown in FIG. 1 (except for Comparative Example 1). As a result of observing an electron microscope image, it was confirmed that many fine voids were formed in the surface layer for current collection.

得られた負極について、1サイクル後の充電容量及び放電容量を測定した。その結果を表2に示す。表2には、1サイクル後の容量可逆性も併せて記載されている。1サイクル後の容量可逆性は、1サイクル後の放電容量を、1サイクル後の充電容量で除し、それに100を乗じた値である。なお、対極には金属リチウムを用いた。従って、対極由来の不可逆容量を含まず、負極由来の不可逆容量を主として見積もることができる。また、対極による容量規制を行わないので、負極の全容量が充放電される。   For the obtained negative electrode, the charge capacity and discharge capacity after one cycle were measured. The results are shown in Table 2. Table 2 also describes the capacity reversibility after one cycle. The capacity reversibility after one cycle is a value obtained by dividing the discharge capacity after one cycle by the charge capacity after one cycle and multiplying it by 100. Note that metallic lithium was used for the counter electrode. Accordingly, the irreversible capacity derived from the negative electrode can be mainly estimated without including the irreversible capacity derived from the counter electrode. In addition, since the capacity is not regulated by the counter electrode, the entire capacity of the negative electrode is charged and discharged.

Figure 0003906342
Figure 0003906342

表2に示す結果から明らかなように、各参考例の負極は、比較例の負極に対して1サイクル後の容量可逆性が大きいことが判る。この理由は、各参考例の負極に含まれる金属リチウムによって、負極の性能に悪影響を及ぼす水分が除去され、また酸素が捕捉されたからであると考えられる。なお、参考例3及び4において、1サイクル後の容量可逆性が100を超えている理由は、予め添加した金属リチウムが、充放電反応に寄与しているためである。
As is clear from the results shown in Table 2, it can be seen that the negative electrode of each reference example has a large capacity reversibility after one cycle as compared with the negative electrode of the comparative example. The reason for this is considered that the metal lithium contained in the negative electrode of each reference example removed moisture that adversely affects the performance of the negative electrode and trapped oxygen. In Reference Examples 3 and 4, the reason why the capacity reversibility after one cycle exceeds 100 is that the lithium metal added in advance contributes to the charge / discharge reaction.

参考例5及び6並びに比較例3及び4〕
参考例及び比較例では、負極に含まれる水分率の違いによる負極の性能の違いを評価した。YAGレーザを用いた孔あけ加工を負極前駆体に施さず、且つ金属リチウムの量をシリコンの初期充電理論容量に対して40%とする以外は参考例1と同様にして負極を作製した。得られた負極は、図1に示す構造を有するものであった。電子顕微鏡像観察の結果、集電用表面層に微細空隙が多数形成されていることを確認した。得られた負極を、160℃の条件下、真空チャンバ内で1週間乾燥させて、水分率を390ppmとした(参考例5)。また、得られた負極を、160℃の条件下、真空チャンバ内で3時間乾燥させて、水分率を870ppmとした(参考例6)。
[ Reference Examples 5 and 6 and Comparative Examples 3 and 4]
In this reference example and comparative example, the difference in the performance of the negative electrode due to the difference in moisture content contained in the negative electrode was evaluated. A negative electrode was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that the negative electrode precursor was not subjected to drilling using a YAG laser and the amount of metallic lithium was 40% of the initial charge theoretical capacity of silicon. The obtained negative electrode had the structure shown in FIG. As a result of observing an electron microscope image, it was confirmed that many fine voids were formed in the surface layer for current collection. The obtained negative electrode was dried in a vacuum chamber for 1 week under the condition of 160 ° C., and the water content was adjusted to 390 ppm ( Reference Example 5). Further, the obtained negative electrode was dried in a vacuum chamber for 3 hours under the condition of 160 ° C., and the moisture content was adjusted to 870 ppm ( Reference Example 6).

参考例5及び6とは別に、比較例2で得られた負極を、160℃の条件下、真空チャンバ内で1週間乾燥させて、水分率を390ppmとした(比較例3)。また、得られた負極を、160℃の条件下、真空チャンバ内で3時間乾燥させて、水分率を870ppmとした(比較例4)。
Separately from Reference Examples 5 and 6, the negative electrode obtained in Comparative Example 2 was dried in a vacuum chamber for 1 week under the condition of 160 ° C. to obtain a moisture content of 390 ppm (Comparative Example 3). Moreover, the obtained negative electrode was dried in a vacuum chamber for 3 hours under the condition of 160 ° C., and the moisture content was adjusted to 870 ppm (Comparative Example 4).

得られた負極を用いて電池を作製し、サイクル特性を測定した。結果を図7及び図8に示す。なお、参考例5については100サイクルまで測定を行った。その他は50サイクルまで測定を行った。電池における対極としては、LiCoO2を、厚み20μmのAl箔上に塗工したものを用いた。非水電解液としては、LiPF6/エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合液(1:1容量比)を用いた。充放電条件は、次の通りである。
・初回充電:定電流・定電圧モード、電流密度0.4mA/cm2、カットオフ4.15V、0.04mA/cm2
・2サイクル目以降充電:定電流モード、電流密度1.0mA/cm2、カットオフ3.95V
・初回放電:定電流・定電圧モード、電流密度0.4mA/cm2、カットオフ2.7V
・2サイクル目以降放電:定電流モード、電流密度1.0mA/cm2、カットオフ2.7V
A battery was prepared using the obtained negative electrode, and cycle characteristics were measured. The results are shown in FIGS. In Reference Example 5, measurement was performed up to 100 cycles. The others were measured up to 50 cycles. As a counter electrode in the battery, LiCoO 2 coated on an Al foil having a thickness of 20 μm was used. As the non-aqueous electrolyte, a mixed solution of LiPF 6 / ethylene carbonate and dimethyl carbonate (1: 1 volume ratio) was used. The charge / discharge conditions are as follows.
Initial charge: constant current / constant voltage mode, current density 0.4 mA / cm 2 , cutoff 4.15 V, 0.04 mA / cm 2
-Charging after the second cycle: constant current mode, current density 1.0 mA / cm 2 , cutoff 3.95 V
Initial discharge: constant current / constant voltage mode, current density 0.4 mA / cm 2 , cutoff 2.7 V
-Discharge after the second cycle: constant current mode, current density 1.0 mA / cm 2 , cutoff 2.7 V

図7及び図8に示す結果から明らかなように、各参考例の負極は、充放電を繰り返した後も容量の低下が観察されないことが判る。これに対して各比較例の負極は、充放電の繰り返しによって次第に容量が低下していくことが判る。
As is apparent from the results shown in FIGS. 7 and 8, it can be seen that the negative electrode of each reference example does not observe a decrease in capacity even after repeated charge and discharge. On the other hand, it can be seen that the capacity of the negative electrode of each comparative example gradually decreases with repeated charge and discharge.

参考例7及び比較例5〕
参考例及び比較例では、負極に含まれる酸素の量の違いによる負極の性能の違いを評価した。参考例5で得られた負極(水分率390ppm)を、大気中での熱処理によって酸化させ、酸素濃度を4000ppmとした(参考例7)。また、比較例4で得られた負極を更に乾燥させて水分率を390ppmとした後に、大気中での熱処理によって酸化させ、酸素濃度を4000ppmとした(比較例5)。
[ Reference Example 7 and Comparative Example 5]
In this reference example and comparative example, the difference in the performance of the negative electrode due to the difference in the amount of oxygen contained in the negative electrode was evaluated. The negative electrode (moisture content of 390 ppm) obtained in Reference Example 5 was oxidized by a heat treatment in the atmosphere to obtain an oxygen concentration of 4000 ppm ( Reference Example 7). Further, the negative electrode obtained in Comparative Example 4 was further dried to obtain a moisture content of 390 ppm, and then oxidized by heat treatment in the atmosphere to obtain an oxygen concentration of 4000 ppm (Comparative Example 5).

参考例7及び比較例5で得られた負極の充放電特性を評価した。その結果を図9(a)に示す。図9(b)は、図9(a)における充放電曲線の立ち上がり部を拡大して示す図である。図9(a)及び図9(b)に示す結果、特に図9(b)に示す結果から明らかなように、比較例5の負極では、酸化された負極に特有のショルダー部が観察されるのに対し、参考例7の負極では、該ショルダー部が消失していることが判る。この理由は、参考例7の負極では、それに含まれている金属リチウムが酸素を捕捉したからであると考えられる。
The charge / discharge characteristics of the negative electrodes obtained in Reference Example 7 and Comparative Example 5 were evaluated. The result is shown in FIG. FIG. 9B is an enlarged view of the rising portion of the charge / discharge curve in FIG. As is clear from the results shown in FIGS. 9A and 9B, particularly the results shown in FIG. 9B, a shoulder portion peculiar to the oxidized negative electrode is observed in the negative electrode of Comparative Example 5. On the other hand, in the negative electrode of Reference Example 7, it can be seen that the shoulder portion has disappeared. The reason for this is considered that, in the negative electrode of Reference Example 7, the lithium metal contained therein captured oxygen.

図1は、本発明の負極の一実施形態の構造を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing the structure of one embodiment of the negative electrode of the present invention. 図2(a)〜図2(h)は、図1に示す負極を製造する方法を示す工程図である。FIG. 2A to FIG. 2H are process diagrams showing a method for manufacturing the negative electrode shown in FIG. 図3は、本発明の負極の第2の実施形態の構造を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of the second embodiment of the negative electrode of the present invention. 図4は、本発明の負極の第3の実施形態の構造を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing the structure of the third embodiment of the negative electrode of the present invention. 図5は、本発明の負極の第4の実施形態の構造を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic view showing the structure of the fourth embodiment of the negative electrode of the present invention. 図6は、本発明の負極の第5の実施形態の構造を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing the structure of the fifth embodiment of the negative electrode of the present invention. 図7は、参考例5及び6で得られた負極を用いた電池の充放電特性を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the charge / discharge characteristics of batteries using the negative electrodes obtained in Reference Examples 5 and 6. 図8は、比較例3及び4で得られた負極を用いた電池の充放電特性を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the charge / discharge characteristics of the batteries using the negative electrodes obtained in Comparative Examples 3 and 4. 図9は、参考例7及び比較例5で得られた負極を用いた電池の充放電特性を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing charge / discharge characteristics of batteries using the negative electrodes obtained in Reference Example 7 and Comparative Example 5.

符号の説明Explanation of symbols

1 非水電解液二次電池用負極
2 負極前駆体
3 金属リチウム層
4 集電用表面層
5 活物質層
6 微細空隙
7 活物質の粒子
9 孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary batteries 2 Negative electrode precursor 3 Metal lithium layer 4 Current collecting surface layer 5 Active material layer 6 Fine void 7 Active material particles 9 Hole

Claims (5)

リチウム化合物の形成能の低い金属材料からなる一対の集電用表面層間に活物質層を有し、
少なくとも一方の前記集電用表面層には、その表面において開孔していると共にその厚さ方向へ延び且つ非水電解液の浸透が可能な微細空隙が多数形成されており、
前記活物質層が、充電開始前からリチウムを吸蔵したリチウム化合物の形成能の高い活物質の粒子を含み、また該活物質層においては、リチウム化合物の形成能の低い金属材料が該活物質層の厚み方向全域に亘って浸透しており、
芯材としての導電性金属箔層を備えていないことを特徴とする非水電解液二次電池用負極。
An active material layer between a pair of current collecting surface layers made of a metal material having a low ability to form a lithium compound;
At least one of the current collecting surface layers is formed with a large number of fine voids which are open in the surface thereof and extend in the thickness direction and allow the nonaqueous electrolyte to penetrate,
The active material layer includes particles of an active material having a high lithium compound forming ability that occludes lithium before the start of charging , and the active material layer includes a metal material having a low lithium compound forming ability. Permeates throughout the thickness direction of
A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized by not having a conductive metal foil layer as a core material.
前記微細空隙の平均開孔面積が0.1〜50μm2で且つ開孔率が0.1〜20%である請求項1記載の非水電解液二次電池用負極。 2. The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the fine pores have an average pore area of 0.1 to 50 μm 2 and a pore ratio of 0.1 to 20%. 前記集電用表面層が、電解めっきによって形成されている請求項1又は2記載の非水電解液二次電池用負極。   The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the current collecting surface layer is formed by electrolytic plating. 請求項2記載の非水電解液二次電池用負極の製造方法であって、
キャリア箔の一面上に、集電用表面層を構成する材料と異質の材料からなる薄層の被覆体を形成して、キャリア箔における集電用表面層の形成面の電子伝導性を不均一な状態にした後に、電解めっきによって集電用表面層を形成し、
該集電用表面層上に、活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布して活物質層を形成して、該キャリア箔上に該集電用表面層と該活物質層とをこの順で備えた負極前駆体を形成し、
各負極前駆体における前記活物質層どうしが対向するように、金属リチウム箔を両負極前駆体間に挟み込んで、該金属リチウム箔と両負極前駆体とを貼り合わせにより一体化させ、
リチウムが熱拡散するに十分な温度に加熱して、前記金属リチウム箔からリチウムを前記活物質層へ拡散させ、然る後、
前記キャリア箔を各負極前駆体から剥離分離することを特徴とする非水電解液二次電池用負極の製造方法。
A method for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 2,
A thin layer covering made of a material different from the material constituting the current collecting surface layer is formed on one surface of the carrier foil , and the electronic conductivity of the surface of the current collecting layer on the carrier foil is uneven. After forming a state, a surface layer for current collection is formed by electrolytic plating,
A conductive slurry containing active material particles is applied to the current collecting surface layer to form an active material layer, and the current collecting surface layer and the active material layer are arranged in this order on the carrier foil. Forming the negative electrode precursor prepared in
The metal lithium foil is sandwiched between both negative electrode precursors so that the active material layers in each negative electrode precursor face each other, and the metal lithium foil and both negative electrode precursors are integrated by bonding,
Lithium is heated to a temperature sufficient for thermal diffusion to diffuse lithium from the metallic lithium foil to the active material layer, and then
A method for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the carrier foil is peeled and separated from each negative electrode precursor.
リチウム化合物の形成能の低い金属材料からなる一対の集電用表面層間に活物質層を有し、
少なくとも一方の前記集電用表面層には、その表面において開孔していると共にその厚さ方向へ延び且つ非水電解液の浸透が可能な微細空隙が多数形成されており、
前記活物質層が、充電開始前からリチウムを吸蔵したリチウム化合物の形成能の高い活物質の粒子を含み、また該活物質層においては、リチウム化合物の形成能の低い金属材料が該活物質層の厚み方向全域に亘って浸透しており、
芯材としての導電性金属箔層を備えていることを特徴とする非水電解液二次電池用負極。
An active material layer between a pair of current collecting surface layers made of a metal material having a low ability to form a lithium compound;
At least one of the current collecting surface layers is formed with a large number of fine voids which are open in the surface thereof and extend in the thickness direction and allow the nonaqueous electrolyte to penetrate,
The active material layer includes particles of an active material having a high lithium compound forming ability that occludes lithium before the start of charging , and the active material layer includes a metal material having a low lithium compound forming ability. Permeates throughout the thickness direction of
A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a conductive metal foil layer as a core material.
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