JP4046601B2 - Negative electrode material for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same - Google Patents
Negative electrode material for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP4046601B2 JP4046601B2 JP2002351387A JP2002351387A JP4046601B2 JP 4046601 B2 JP4046601 B2 JP 4046601B2 JP 2002351387 A JP2002351387 A JP 2002351387A JP 2002351387 A JP2002351387 A JP 2002351387A JP 4046601 B2 JP4046601 B2 JP 4046601B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- lithium secondary
- secondary battery
- electrode material
- silicon component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、初期充放電効率および／または充放電容量が高いリチウム二次電池用負極材とその製造方法、前記負極材を用いたリチウム二次電池用負極およびリチウム二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化、薄型化、軽量化が進む中で、電子機器の電源用の電池として、また電子機器のバックアップ用電池として、高エネルギー密度で充電でき、高効率で放電できるリチウム二次電池が注目を集めている。また、リチウムは、環境に与える影響が少なく、安全性が高いことから、リチウム二次電池は、電気自動車の動力源として、さらに分散型の電力貯蔵用電池としての開発も行われている。
【０００３】
従来の典型的なリチウム二次電池は、負極活物質として炭素材を用い、電池の充電時にリチウムをイオン状態で炭素材中に挿入（インターカレーション）し、放電時にはリチウムをイオンとして放出（デインターカレーション）する“ロッキングチェアー型”を採用している。しかし、この電池構成では、炭素材に対するリチウムイオンの挿入量を高めるのが困難であり、二次電池としての充放電容量を高めることができない。例えば、黒鉛を用いると、充電による組成はＬｉＣ６となり、この理論充放電容量は３７２Ａｈ／ｋｇである。これは、リチウム金属の理論充放電容量３８６０Ａｈ／ｋｇ（リチウムペース）の１／１０以下と低い。
【０００４】
一方、電池を装着する電子機器側からは、充放電容量をより一層向上させるとともに、高い初期充放電効率を有するリチウム二次電池負極材が要求されている。
【０００５】
特開平１１−９７０１４号公報には、メソフェーズピッチに気相合成法で得られたシリコン粒子を分散し、炭素で覆われたシリコン微粒子からなるリチウム二次電池用負極材が提案されている。この負極材を用いたリチウム二次電池は、シリコンの大きな充放電容量と黒鉛の優れたサイクル特性を兼ね備えるという利点はある。しかし、この負極材では初期充放電効率が低下する。したがって、この負極材では実用化に耐えるリチウム二次電池を作製できない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、高い初期充放電効率（例えば、９０％以上の初期充放電効率）及び／又は高い充放電容量を有するリチウム二次電池用負極材、それを用いたリチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、高い初期充放電効率だけでなく、高い充放電容量及び優れたサイクル特性を有するリチウム二次電池用負極材、それを用いたリチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、簡便な方法で、前記特性を有するリチウム二次電池用負極材を製造する方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、アモルファスシリコンで構成された粒子状シリコン成分と黒鉛粒子とで炭素−金属複合負極材を作製することによって、高い充放電容量を達成できるだけでなく、初期充放電容量を向上又は改善できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明のリチウム二次電池用負極材は、アモルファスシリコンで構成された粒子状シリコン成分（Ａ）と黒鉛粒子（Ｂ）とを含む。この負極材において、粒子状シリコン成分（Ａ）におけるアモルファスシリコンの割合は、５０〜１００重量％であってもよく、シリコン成分（Ａ）の平均粒子径は、０．０１〜５μｍであってもよい。粒子状シリコン成分（Ａ）は、黒鉛粒子（Ｂ）に担持されていてもよい。粒子状シリコン成分（Ａ）と黒鉛粒子（Ｂ）との割合(重量比）は、例えば、粒子状シリコン成分（Ａ）／黒鉛粒子（Ｂ）＝９９．９／０．１〜４０／６０であってもよい。また、前記リチウム二次電池負極材は、さらに炭素質バインダーを含んでいてもよい。
【００１１】
本発明は、アモルファスシリコンで構成された粒子状シリコン成分（Ａ）と黒鉛粒子（Ｂ）との混合物を焼成し、リチウム二次電池用負極材を製造する方法や、アモルファスシリコンで構成された粒子状シリコン成分（Ａ）と黒鉛粒子（Ｂ）とを含むリチウム二次電池用負極材を用いることにより、リチウム二次電池の初期充放電特性又は充放電容量を改善する方法も包含する。
【００１２】
さらに本発明は、前記リチウム二次電池用負極材及び結着剤で構成された組成物（混合物）が、負極集電体表面に塗着されているリチウム二次電池用負極、及びこのリチウム二次電池用負極で構成されたリチウム二次電池も包含する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のリチウム二次電池用負極材は、アモルファスシリコンで構成された粒子状シリコン成分（Ａ）と黒鉛粒子（Ｂ）とを含む。
【００１４】
粒子状シリコン成分（Ａ）を構成するシリコン成分の種類は、特に限定されず、焼成によりリチウムイオンに対して比較的不活性な焼成物（ケイ素化合物など）を生成すればよく、例えば、シリコン単体（Ｓｉ）［例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコン（アモルファスシリコン）など］、酸化シリコン（ＳｉＯ、ＳｉＯ２）、ケイ化物（窒化ケイ素、炭化ケイ素、ホウ化ケイ素，ＴｉＳｉ２，ＺｒＳｉ２，ＶＳｉ２，ＣｒＳｉ２，ＭｏＳｉ２，ＷＳｉ２，ＣｏＳｉなど）などが例示できる。これらのシリコン成分は単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。好ましいシリコン成分は、シリコン単体や酸化ケイ素、特にシリコン単体である。粒子状シリコン成分（Ａ）は、少なくともアモルファスシリコンを含んでいればよく、非晶質（アモルファス）シリコンを含む限り、結晶（単結晶、多結晶を含む）シリコンを含んでいてもよい。
【００１５】
前記結晶シリコンでシリコン成分を構成すると、充電時に結晶シリコンがリチウムとの合金化によりアモルファス化されるため、充電容量を消費し、初期充放電効率が低下し易い。これに対して、粒子状シリコン成分（Ａ）がアモルファスシリコンで構成されると、リチウム二次電池の初期充放電効率及び／又は充放電容量を高めることができる。
【００１６】
粒子状シリコン成分（Ａ）におけるアモルファスシリコンの割合は、初期充放電効率を向上できる範囲であれば特に限定されず、粒子状シリコン成分（Ａ）全体に対して、例えば、５０〜１００重量％、好ましくは６０〜１００重量％（例えば、７０〜１００重量％）、さらに好ましくは８０〜１００重量％（例えば、９０〜１００重量％）程度である。
【００１７】
粒子状シリコン成分（Ａ）（例えば、アモルファスシリコン粒子、結晶シリコン粒子、アモルファスシリコンと結晶シリコンとの混晶粒子など）の平均粒子径は、例えば、０．００１〜５μｍ（例えば、０．００１〜２．５μｍ）、好ましくは０．０１〜５μｍ（例えば、０．０１〜２．５μｍ）、さらに好ましくは０．０１〜２μｍ（例えば、０．０５〜２μｍ）程度である。
【００１８】
なお、粒子状シリコン成分（Ａ）は、化学的合成法により調製してもよく、粗大ケイ素化合物（例えば、１０〜１００μｍ程度のシリコン）を粉砕することにより得てもよい。粉砕は、慣用の方法、例えば、ボールミル、ハンマーミルなどの慣用の粉砕機又は微粉末化手段が利用できる。
【００１９】
黒鉛粒子（Ｂ）としては、メソフェーズ小球体の黒鉛化物を含め、人造黒鉛及び天然黒鉛が使用できる。これらの黒鉛は単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。黒鉛の結晶構造はリチウムイオンの授受が可能である限り特に制限されず、例えば、面間隔ｄ（００２）は、０．３３５４〜０．３４ｎｍ、好ましくは０．３３５４〜０．３３７ｎｍ程度である。ｃ軸方向の長さＬｃは、３０〜２００ｎｍ、好ましくは５０〜１５０ｎｍ程度である。ａ軸方向の長さＬａは、５０〜３００ｎｍ、好ましくは７０〜２００ｎｍ程度である。
【００２０】
黒鉛粒子の形態は特に制限されず、無定形状、平板状（又は扁平状）、薄片状、粉粒状などであってもよい。黒鉛の平均粒子径は特に制限されず、例えば、０．１〜１００μｍ程度の広い範囲から選択でき、通常、１〜４０μｍ、好ましくは２〜３０μｍ（例えば、３〜２０μｍ）程度であってもよく、１〜１０μｍ程度であってもよい。
【００２１】
黒鉛の比表面積は、例えば、０．５〜５ｍ２／ｇ、好ましくは０．８〜２ｍ２／ｇ、さらに好ましくは０．８〜１ｍ２／ｇ程度であり、嵩密度は、例えば、０．１〜１．５ｇ／ｍｌ、好ましくは０．８〜１．５ｇ／ｍｌ、さらに好ましくは１〜１．５ｇ／ｍｌ程度である。
【００２２】
粒子状シリコン成分（Ａ）の平均粒子径は、黒鉛粒子の平均粒子径を「１」としたとき、例えば、０．００１〜１、好ましくは０．０１〜０．５、さらに好ましくは０．０１〜０．３（例えば、０．１〜０．３）程度である。
【００２３】
アモルファスシリコンで構成された粒子状シリコン成分（Ａ）と黒鉛粒子（Ｂ）とを含むリチウム二次電池用負極材を用いることにより、リチウム二次電池の初期充放電効率を改善（例えば、初期充放電効率を９０％以上とする）できるだけでなく、充放電容量を向上できる。
【００２４】
各成分の割合は、初期充放電効率を向上できる範囲であれば特に限定されず、例えば、粒子状シリコン成分（Ａ）と黒鉛粒子（Ｂ）との割合(重量比）は、粒子状シリコン成分（Ａ）／黒鉛粒子（Ｂ）＝９９．９／０．１〜４０／６０（例えば９９．９／０．１〜５０／５０）、好ましくは、９９／１〜５０／５０（例えば、９５／５〜５０／５０）、さらに好ましくは９５／５〜６０／４０（例えば、９０／１０〜７０／３０）程度である。黒鉛粒子の使用量が少なすぎるとサイクル特性が低下しやすく、黒鉛粒子の使用量が多すぎると高充放電容量を示すシリコン成分の量的割合が相対的に低下するため、充放電容量が低下する。
【００２５】
本発明のアモルファスシリコンで構成された粒子状シリコン成分（Ａ）と黒鉛粒子（Ｂ）とは、複合体（例えば、複合粒子又は一体化粒子）として用いることもできる。複合化する方法は特に限定されず、例えば、アモルファスシリコンで構成された粒子状シリコン成分（Ａ）と、黒鉛粒子（Ｂ）との混合物を熱処理（例えば、焼成など）することにより複合化してもよい。
【００２６】
負極材は、粒子状シリコン成分（Ａ）及び黒鉛粒子（Ｂ）に加えて、必要に応じて炭素質バインダーを含んでいてもよい。炭素質バインダーは、炭素化（炭化又は黒鉛化）可能な材料（炭素質前駆体）の焼成により生成でき、炭素質前駆体としては、例えば、樹脂類（フェノール樹脂、フラン樹脂、アクリロニトリル系樹脂など）、歴青質物質（タール、ピッチなど）などが例示できる。歴青質物質は石油又は石炭に由来してもよく、等方性又は異方性（例えば、等方性ピッチ、異方性ピッチなど）であってもよい。これらの炭素質前駆体は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの炭素質前駆体のうち、通常、ピッチ、タールが使用される。
【００２７】
粒子状シリコン成分（Ａ）１００重量部に対して、炭素質バインダーの割合（重量比）は、炭素質前駆体として、例えば、１０〜２００重量部（例えば、２０〜１５０重量部）、好ましくは１０〜１００重量部、さらに好ましくは２０〜８０重量部程度である。炭素質前駆体の量が少なすぎるとシリコン成分と黒鉛とを結着させる能力が低下するため、サイクル特性が低下しやすく、炭素質前駆体の量が多すぎると充放電容量が低下しやすい。
【００２８】
各成分（例えば、粒子状シリコン成分（Ａ）及び黒鉛粒子（Ｂ）、好ましくは粒子状シリコン成分（Ａ）、黒鉛粒子（Ｂ）及び炭素質前駆体）の混合は、慣用の混合機を用いて行うことができる。前記粉砕機で粗大ケイ素化合物を粉砕する場合には、この粉砕機内で各成分を混合してもよい。また、必要であれば、各成分を粉砕しながら混合し、混合物を得てもよい。さらに、混合工程では、必要により溶媒（例えば、水、アルコール類、炭化水素類、エステル類、ケトン類、エーテル類など）を用い、均一に混合してもよい。
【００２９】
前記混合物の熱処理は、通常、焼成により行うことができる。焼成温度は、特に限定されず、７００〜１２００℃程度の範囲から選択でき、通常、８００〜１２００℃、好ましくは９００〜１１００℃、さらに好ましくは１０００〜１１００℃程度である。焼成は、通常、不活性ガス、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの雰囲気下で行うことができる。
【００３０】
このようにして生成した焼成物（複合体）は、そのまま負極材として使用してもよいが、通常、粉砕、解砕などにより、粉粒体（粉粒状複合体）として使用される。このような複合体は、リチウム二次電池用負極材として充分高いリチウムイオンの移動速度を有しており、リチウム二次電池の初期充放電効率および／または充放電特性に優れる。さらに、粒子状シリコン成分と黒鉛粒子との複合化により、黒鉛構造による充放電容量よりも充放電容量を大きく向上できるとともに、充放電を繰り返しても充放電容量を低下させることがなく、優れたサイクル特性が得られる。
【００３１】
負極材（又は複合体）では、粒子状シリコン成分と黒鉛粒子とが、それぞれ分散していてもよい。例えば、負極材において、黒鉛粒子の周りに粒子状シリコン成分が存在してもよく、粒子状シリコン成分の周りに黒鉛粒子が存在してもよく、負極材は、黒鉛粒子に粒子状シリコン成分が担持された構造、粒子状シリコン成分に黒鉛粒子が担持された構造、又は、それに類した構造を有していてもよい。
【００３２】
さらに、リチウム二次電池負極材がさらに炭素質バインダーを含む場合、粒子状シリコン成分と黒鉛粒子とが炭素質バインダーで結合しており、炭素質バインダー（炭素質マトリックス）中に、黒鉛構造（黒鉛粒子）と粒子状シリコン成分とが分散又は点在した分散構造とを有していてもよい。特に、黒鉛粒子よりも小さな平均粒子径を有する粒子状シリコン成分を用いると、炭素質バインダーにより、黒鉛粒子の表面又はその近傍に、微細シリコン成分が、分散又は担持された構造を有するようである。
【００３３】
なお、焼成物（複合体）は、通常、粉粒状で使用できる。粉粒状炭素材（炭素質負極材）の平均粒子径は、通常、１〜４０μｍ（例えば、１〜３０μｍ）、好ましくは１〜２０μｍ、さらに好ましくは５〜１５μｍ程度であってもよい。粉粒状炭素材（炭素質負極材）のアスペクト比（粒子の短径に対する長径の比）は、１〜１０、好ましくは１〜６（例えば、１〜３）程度である。
【００３４】
本発明の方法で得られた炭素質負極材は、常法により、リチウム二次電池用負極の構成材料として使用できる。例えば、負極材、結着剤などを含む組成物（混合物）を成形する方法；負極材、有機溶媒、結着剤などを含むペーストを負極集電体に塗布手段（ドクターブレードなど）などを用いて塗布又は圧着する方法などにより、任意の形状のリチウム二次電池用負極とすることができる。負極の形成においては、必要に応じて端子と組み合わせてもよい。
【００３５】
負極集電体は、特に制限されず、公知の集電体、例えば、銅などの導電体（導電芯体）を使用することができる。有機溶媒としては、通常、結着剤を溶解又は分散可能な溶媒が使用され、例えば、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドなどの有機溶媒を例示することができる。有機溶媒の使用量は、組成物がペースト状となる限り特に制限されず、例えば、負極材１００重量部に対して、通常、８０〜１５０重量部程度、好ましくは６０〜１００重量部程度である。
【００３６】
結着剤としては、例えば、フッ素含有樹脂（ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなど）などが例示できる。結着剤の使用量（分散液の場合には、固形分換算の使用量）は、特に限定されず、その下限値は、負極材１００重量部に対して、通常、３重量部以上程度、好ましくは５重量部以上程度である。結着剤の使用量の上限は、負極材１００重量部に対して、通常、２０重量部以下（例えば、１５重量部以下）、好ましくは１０重量部以下程度である。より具体的には、結着剤の使用量は、固形分換算で、例えば、負極材１００重量部に対して、３〜２０重量部、好ましくは５〜１５重量部（例えば、５〜１０重量部）程度である。ペーストの調製方法は、特に制限されず、例えば、結着剤と有機溶媒との混合液（又は分散液）と負極材とを混合する方法などを例示することができる。
【００３７】
なお、本発明の負極材と導電材（又は炭素質材料、導電性炭素材）とを併用して、負極を製造してもよい。導電材（又は炭素質材料）の使用割合は特に制限されないが、本発明の負極材と炭素質材料の総量に対して、通常、１〜１０重量％程度、好ましくは１〜５重量％程度である。導電材（炭素質材料）を併用することにより、電極としての導電性を向上させることができる。また、更に充放電容量とサイクル特性を向上させることができる。このような導電材（炭素質材料）として、例えば、カーボンブラック（例えばアセチレンブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック）などが例示できる。導電材（導電性炭素材）は、単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。なお、導電材（炭素質材料）は、例えば、負極材と溶媒とを含むペーストに混合し、このペーストを負極集電体に塗布する方法などにより、負極材とともに有効に利用できる。
【００３８】
前記ペーストの負極集電体への塗布量は特に制限されず、通常、３〜１０ｍｇ／ｃｍ２程度、好ましくは４〜７ｍｇ／ｃｍ２程度である。
【００３９】
本発明の負極材で構成されたリチウム二次電池用負極を用いることにより、高い充放電容量を達成するだけでなく、初期充放電効率が改善されたリチウム二次電池を製造できる。リチウム二次電池は、負極と、リチウムを吸蔵・放出可能な正極と、非水電解質とで構成でき、上記負極、正極、電解液、セパレータなどを用いて、常法によりリチウム二次電池を製造することができる。
【００４０】
正極は、特に制限されず、公知の正極が使用でき、正極は、例えば、正極集電体、正極活物質、導電剤などで構成できる。正極集電体として、例えば、アルミニウムなどを例示することができる。正極活物質として、例えば、リチウム複合酸化物（ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＣｏ０．３３Ｎｉ０．３３Ｍｎ０．３３Ｏ２など）などを例示できる。導電剤として、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、導電性カーボンブラック（アセチレンブラックなど）などが例示できる。
【００４１】
電解液は、特に制限されず、公知のものを用いることができる。例えば、電解液として、有機溶媒に電解質を溶解させた溶液を用いることにより、非水系リチウム二次電池を製造することができる。電解質としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＣｌ、ＬｉＩなどの溶媒和しにくいアニオンを生成するリチウム塩を例示することができる。有機溶媒としては、例えば、カーボネート類（プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネートなど）、ラクトン類（γ一ブチロラクトンなど）、鎖状エーテル類（1，2−ジメトキシエタン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテルなど）、環状エーテル類（テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、4−メチルジオキソランなど）、スルホラン類（スルホランなど）、スルホキシド類（ジメチルスルホキシドなど）、ニトリル類（アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなど）、アミド類（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなど）、ポリオキシアルキレングリコール類（ジエチレングリコールなど）などの非プロトン性溶媒を例示することができる。有機溶媒は、単独で用いてもよく２種以上の混合溶媒として用いてもよい。
【００４２】
セパレータは、特に制限されず公知のセパレータ、例えば、多孔質ポリプロピレン製不織布、多孔質ポリエチレン製不織布などのポリオレフィン系の多孔質膜などが例示できる。
【００４３】
リチウム二次電池は、本発明の負極材を含む負極、正極および電解液の他に、例えば、通常当該分野において使用されるガスケット、封口板、ケースなどをさらに備えていてもよい。
【００４４】
リチウム二次電池の形状は、円筒型、角型、ボタン型など任意の形態とすることができる。本発明のリチウム二次電池は、分散型、可搬性電池として、電子機器、電気機器、自動車、電力貯蔵などの電源や補助電源として利用できる。本発明では、高い初期充放電効率、充放電特性及びサイクル特性に優れ、長期間に亘り安定して使用できるリチウム二次電池を提供できる。特に、リチウム二次電池に使用される負極材の初期充放電効率を著しく高めることが可能である。そのため、本発明の工業的価値は大きく、種々の用途で利用できる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のリチウム二次電池用負極材は、アモルファスシリコンで構成された粒子状シリコン成分と黒鉛粒子とを含むので、リチウム二次電池の初期充放電効率を向上させるとともに、長期間に亘り高い充放電容量を維持できる。また、粒子状シリコン成分と黒鉛粒子との組合わせにより、高い充放電容量のみならず、優れたサイクル特性も達成できる。さらに、混合、焼成という簡便な方法で、前記の如き優れた特性を有するリチウム二次電池用負極材を製造できる。
【００４６】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４７】
実施例１
（負極材の調製）
アモルファスシリコン材料を、ステンレス製ボール１００ｇを入れた遊星式ボールミルにより、２００ｒｐｍ、５時間の条件で粉砕し、平均粒子径約１μｍの微粉末を得た。この粉砕物２４ｇに平均粒子径約６μｍの人造黒鉛（Ｔｉｍｃａｌ ＡＧ製「ＳＦＧ−６」）６ｇ及び石炭系ピッチ６ｇを加え、窒素雰囲気中、１１００℃で１時間焼成処理し、解砕することにより負極材を得た。得られた負極材の平均粒子径は１０μｍであった。
【００４８】
（負極体の作成）
得られた負極材９２重量部と、結着剤（ポリフッ化ビニリデン）８重量部とを、適量のＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させ撹拌した後、スラリー状のペーストを得た。得られたペーストを、電解銅箔上にドクターブレードを用いて５ｍｇ／ｃｍ２の塗布量で塗布し、１１０℃で３０分間乾燥させた後、ロールプレス機によりプレスして電極とした。さらに、この電極の塗布部を円形（サイズ：１ｃｍ２）に打ち抜いて、２００℃で６時間の真空乾燥を行い、負極体を作製した。
【００４９】
（リチウム二次電池の作製）
前記負極体、対極として金属リチウム、電解液として過塩素酸リチウムを１モル／Ｌの割合で溶解させたエチレンカーボネートとジエチルカーボネート１：１（体積比）混合溶液、及びセパレータとしてポリプロピレン不織布を用い、リチウム二次電池（二極式密閉セル）を組み立てた。
【００５０】
（電極特性の評価）
対極（リチウム極）に対し、０．３Ｃに相当する電流で８００Ａｈ／ｋｇ充電し、前記リチウム二次電池の充放電特性及び初期充放電効率を測定した。放電はリチウム極に対して０．３Ｃに相当する電流で、２．０Ｖまで行った。充放電容量は、カット電圧が１．３Ｖの時の容量とした。
【００５１】
実施例２
シリコン成分を、アモルファスシリコンと結晶性の金属シリコンとを重量比４：１で混合したもの（アモルファスシリコン８０重量％）とする以外は、すべて実施例１と同様にしてリチウム二次電池を作製して、電極特性の評価を行った。
【００５２】
実施例３
シリコン成分を、アモルファスシリコンと結晶性の金属シリコンとを重量比１：１で混合したもの（アモルファスシリコン５０重量％）とする以外は、すべて実施例１と同様にしてリチウム二次電池を作製して、電極特性の評価を行った。
【００５３】
比較例
アモルファスシリコンを使用せず、結晶性の金属シリコンのみを使用する以外、実施例１と同様にしてリチウム二次電池を作製して、電極特性の評価を行った。
【００５４】
結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】
表１に示す結果から明らかなように、実施例の負極材を用いると、初期充放電効率及び充放電容量を大きく向上できる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a negative electrode material for a lithium secondary battery having a high initial charge / discharge efficiency and / or high charge / discharge capacity, a method for producing the same, a negative electrode for a lithium secondary battery using the negative electrode material, and a lithium secondary battery.
[0002]
[Prior art]
Lithium secondary batteries that can be charged with high energy density and discharged with high energy density as power source batteries for electronic devices and as backup batteries for electronic devices as electronic devices become smaller, thinner, and lighter Has attracted attention. In addition, since lithium has little impact on the environment and high safety, lithium secondary batteries have been developed as power sources for electric vehicles and further as distributed power storage batteries.
[0003]
A conventional typical lithium secondary battery uses a carbon material as a negative electrode active material, lithium is inserted into the carbon material in an ionic state (intercalation) when the battery is charged, and lithium is released as an ion during discharge. "Rocking chair type" is used. However, in this battery configuration, it is difficult to increase the amount of lithium ions inserted into the carbon material, and the charge / discharge capacity as a secondary battery cannot be increased. For example, when graphite is used, the composition by charging is LiC 6 and the theoretical charge / discharge capacity is 372 Ah / kg. This is as low as 1/10 or less of the lithium metal theoretical charge / discharge capacity of 3860 Ah / kg (lithium pace).
[0004]
On the other hand, a lithium secondary battery negative electrode material that further improves the charge / discharge capacity and has a high initial charge / discharge efficiency is required from the electronic device side to which the battery is mounted.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-97014 proposes a negative electrode material for a lithium secondary battery in which silicon particles obtained by a gas phase synthesis method are dispersed in a mesophase pitch and made of silicon fine particles covered with carbon. The lithium secondary battery using this negative electrode material has an advantage that it has both large charge / discharge capacity of silicon and excellent cycle characteristics of graphite. However, the initial charge / discharge efficiency decreases with this negative electrode material. Therefore, a lithium secondary battery that can withstand practical use cannot be produced with this negative electrode material.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a negative electrode material for a lithium secondary battery having high initial charge / discharge efficiency (for example, an initial charge / discharge efficiency of 90% or more) and / or high charge / discharge capacity, and a lithium secondary battery using the same. It is providing the negative electrode for batteries and a lithium secondary battery.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a negative electrode material for a lithium secondary battery having not only high initial charge / discharge efficiency but also a high charge / discharge capacity and excellent cycle characteristics, a negative electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary using the same. To provide a battery.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery having the above characteristics by a simple method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have achieved high charge / discharge by producing a carbon-metal composite negative electrode material with a particulate silicon component composed of amorphous silicon and graphite particles. The inventors have found that not only the capacity can be achieved but also the initial charge / discharge capacity can be improved or improved, and the present invention has been completed.
[0010]
That is, the negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention includes a particulate silicon component (A) composed of amorphous silicon and graphite particles (B). In this negative electrode material, the proportion of amorphous silicon in the particulate silicon component (A) may be 50 to 100% by weight, and the average particle size of the silicon component (A) may be 0.01 to 5 μm. Good. The particulate silicon component (A) may be supported on the graphite particles (B). The ratio (weight ratio) between the particulate silicon component (A) and the graphite particles (B) is, for example, particulate silicon component (A) / graphite particles (B) = 99.9 / 0.1 to 40/60. There may be. The lithium secondary battery negative electrode material may further contain a carbonaceous binder.
[0011]
The present invention relates to a method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery by firing a mixture of a particulate silicon component (A) composed of amorphous silicon and graphite particles (B), and a particle composed of amorphous silicon. A method for improving the initial charge / discharge characteristics or charge / discharge capacity of a lithium secondary battery by using a negative electrode material for a lithium secondary battery containing a glassy silicon component (A) and graphite particles (B) is also included.
[0012]
Furthermore, the present invention provides a negative electrode for a lithium secondary battery in which a composition (mixture) composed of the negative electrode material for a lithium secondary battery and a binder is coated on the surface of the negative electrode current collector, and the lithium secondary battery. The lithium secondary battery comprised with the negative electrode for secondary batteries is also included.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention includes a particulate silicon component (A) composed of amorphous silicon and graphite particles (B).
[0014]
The kind of the silicon component constituting the particulate silicon component (A) is not particularly limited, and a fired product (such as a silicon compound) that is relatively inert to lithium ions may be generated by firing. (Si) [for example, single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon (amorphous silicon), etc.], silicon oxide (SiO, SiO 2 ), silicide (silicon nitride, silicon carbide, silicon boride, TiSi 2 , ZrSi 2 , VSi 2 , CrSi 2 , MoSi 2 , WSi 2 , CoSi, etc.). These silicon components can be used alone or in combination of two or more. A preferable silicon component is silicon alone or silicon oxide, particularly silicon alone. The particulate silicon component (A) only needs to contain at least amorphous silicon, and may contain crystalline (including single crystal and polycrystalline) silicon as long as it contains amorphous silicon.
[0015]
When the silicon component is composed of the crystalline silicon, the crystalline silicon is made amorphous by alloying with lithium at the time of charging, so that the charge capacity is consumed and the initial charge / discharge efficiency is likely to be lowered. On the other hand, when the particulate silicon component (A) is composed of amorphous silicon, the initial charge / discharge efficiency and / or charge / discharge capacity of the lithium secondary battery can be increased.
[0016]
The proportion of amorphous silicon in the particulate silicon component (A) is not particularly limited as long as the initial charge / discharge efficiency can be improved, and is, for example, 50 to 100% by weight with respect to the entire particulate silicon component (A). Preferably it is 60 to 100 weight% (for example, 70 to 100 weight%), More preferably, it is about 80 to 100 weight% (for example, 90 to 100 weight%).
[0017]
The average particle diameter of the particulate silicon component (A) (for example, amorphous silicon particles, crystalline silicon particles, mixed crystal particles of amorphous silicon and crystalline silicon, etc.) is, for example, 0.001 to 5 μm (for example, 0.001 to 0.001). 2.5 μm), preferably about 0.01 to 5 μm (for example, 0.01 to 2.5 μm), and more preferably about 0.01 to 2 μm (for example, 0.05 to 2 μm).
[0018]
The particulate silicon component (A) may be prepared by a chemical synthesis method, or may be obtained by pulverizing a coarse silicon compound (for example, silicon of about 10 to 100 μm). For the pulverization, a conventional method such as a conventional pulverizer such as a ball mill or a hammer mill or a fine powdering means can be used.
[0019]
As the graphite particles (B), artificial graphite and natural graphite, including graphitized mesophase spherules, can be used. These graphites can be used alone or in combination of two or more. The crystal structure of graphite is not particularly limited as long as lithium ions can be exchanged. For example, the interplanar distance d (002) is about 0.3354 to 0.34 nm, preferably about 0.3354 to 0.337 nm. The length Lc in the c-axis direction is about 30 to 200 nm, preferably about 50 to 150 nm. The length La in the a-axis direction is about 50 to 300 nm, preferably about 70 to 200 nm.
[0020]
The form of the graphite particles is not particularly limited, and may be an amorphous shape, a flat plate shape (or flat shape), a flake shape, a powder particle shape, and the like. The average particle diameter of graphite is not particularly limited, and can be selected from a wide range of about 0.1 to 100 μm, for example, and may be usually about 1 to 40 μm, preferably about 2 to 30 μm (for example, 3 to 20 μm). It may be about 1 to 10 μm.
[0021]
The specific surface area of the graphite, for example, 0.5 to 5 m 2 / g, preferably 0.8~2m 2 / g, more preferably about 0.8~1m 2 / g, bulk density, for example, 0 0.1 to 1.5 g / ml, preferably 0.8 to 1.5 g / ml, more preferably about 1 to 1.5 g / ml.
[0022]
The average particle size of the particulate silicon component (A) is, for example, 0.001 to 1, preferably 0.01 to 0.5, more preferably 0.00 when the average particle size of the graphite particles is “1”. It is about 01 to 0.3 (for example, 0.1 to 0.3).
[0023]
By using a negative electrode material for a lithium secondary battery containing a particulate silicon component (A) composed of amorphous silicon and graphite particles (B), the initial charge / discharge efficiency of the lithium secondary battery is improved (for example, the initial charge / discharge efficiency). Not only can the discharge efficiency be 90% or more), but also the charge / discharge capacity can be improved.
[0024]
The proportion of each component, as long as it can improve the initial charge-discharge efficiency is not particularly limited, for example, the ratio of the particulate silicon component (A) and the graphite particle (B) (weight ratio), particulate silicon component (A) / graphite particles (B) = 99.9 / 0.1 to 40/60 (eg 99.9 / 0.1 to 50/50), preferably 99/1 to 50/50 (eg 95) / 5 to 50/50), more preferably about 95/5 to 60/40 (for example, 90/10 to 70/30). If the amount of graphite particles used is too small, the cycle characteristics are likely to deteriorate, and if the amount of graphite particles used is too large, the quantitative ratio of the silicon component exhibiting a high charge / discharge capacity relatively decreases, so the charge / discharge capacity decreases. To do.
[0025]
The particulate silicon component (A) and graphite particles (B) composed of the amorphous silicon of the present invention can also be used as a composite (for example, composite particles or integrated particles). The method of compounding is not particularly limited. For example, the compound may be compounded by heat-treating (for example, firing) a mixture of the particulate silicon component (A) composed of amorphous silicon and the graphite particles (B). Good.
[0026]
The negative electrode material may contain a carbonaceous binder as necessary in addition to the particulate silicon component (A) and the graphite particles (B). The carbonaceous binder can be generated by firing a carbonizable (carbonized or graphitized) material (carbonaceous precursor). Examples of the carbonaceous precursor include resins (phenol resin, furan resin, acrylonitrile resin, etc.). ), Bituminous substances (tar, pitch, etc.). The bituminous material may be derived from petroleum or coal, and may be isotropic or anisotropic (eg, isotropic pitch, anisotropic pitch, etc.). These carbonaceous precursors can be used alone or in combination of two or more. Of these carbonaceous precursors, pitch and tar are usually used.
[0027]
The proportion (weight ratio) of the carbonaceous binder with respect to 100 parts by weight of the particulate silicon component (A) is, for example, 10 to 200 parts by weight (for example, 20 to 150 parts by weight), preferably as the carbonaceous precursor. The amount is about 10 to 100 parts by weight, more preferably about 20 to 80 parts by weight. If the amount of the carbonaceous precursor is too small, the ability to bind the silicon component and graphite is lowered, so that the cycle characteristics are liable to be lowered, and if the amount of the carbonaceous precursor is too large, the charge / discharge capacity is liable to be lowered.
[0028]
For mixing each component (for example, particulate silicon component (A) and graphite particle (B), preferably particulate silicon component (A), graphite particle (B) and carbonaceous precursor), a conventional mixer is used. Can be done. When the coarse silicon compound is pulverized by the pulverizer, each component may be mixed in the pulverizer. If necessary, the components may be mixed while being pulverized to obtain a mixture. Furthermore, in the mixing step, a solvent (for example, water, alcohols, hydrocarbons, esters, ketones, ethers, etc.) may be used and mixed uniformly if necessary.
[0029]
The heat treatment of the mixture can usually be performed by firing. The firing temperature is not particularly limited, and can be selected from a range of about 700 to 1200 ° C, and is usually 800 to 1200 ° C, preferably 900 to 1100 ° C, and more preferably about 1000 to 1100 ° C. Firing can usually be performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen, helium, or argon.
[0030]
The fired product (composite) thus produced may be used as a negative electrode material as it is, but is usually used as a powder (powder composite) by pulverization, pulverization or the like. Such a composite has a sufficiently high lithium ion migration rate as a negative electrode material for a lithium secondary battery, and is excellent in the initial charge / discharge efficiency and / or charge / discharge characteristics of the lithium secondary battery. Furthermore, by combining the particulate silicon component and the graphite particles, the charge / discharge capacity can be greatly improved over the charge / discharge capacity of the graphite structure, and the charge / discharge capacity is not reduced even after repeated charge / discharge. Cycle characteristics can be obtained.
[0031]
In the negative electrode material (or composite), the particulate silicon component and the graphite particles may be dispersed respectively. For example, the negative electrode material, there may be particulate silicon component around the graphite particles, there may be graphite particles around the particulate silicon component, the negative electrode material is particulate silicon component to the graphite particles supported structure, structure graphite particles are carried on the particulate silicon component, or it may have a kind structure.
[0032]
Further, when the lithium secondary battery negative electrode material further contains a carbonaceous binder, the particulate silicon component and the graphite particles are bonded with the carbonaceous binder, and the carbonaceous binder (carbonaceous matrix) has a graphite structure (graphite). (Particles) and a particulate silicon component may be dispersed or scattered. In particular, when a particulate silicon component having an average particle size smaller than that of graphite particles is used, the carbonaceous binder seems to have a structure in which fine silicon components are dispersed or supported on or near the surface of the graphite particles. .
[0033]
In addition, a baked product (composite) can be normally used in a granular form. The average particle diameter of the granular carbon material (carbonaceous negative electrode material) is usually 1 to 40 μm (for example, 1 to 30 μm), preferably 1 to 20 μm, and more preferably about 5 to 15 μm. The aspect ratio (ratio of the major axis to the minor axis of the particles) of the granular carbon material (carbonaceous negative electrode material) is about 1 to 10, preferably about 1 to 6 (for example, 1 to 3).
[0034]
The carbonaceous negative electrode material obtained by the method of the present invention can be used as a constituent material of a negative electrode for a lithium secondary battery by a conventional method. For example, a method of forming a composition (mixture) containing a negative electrode material, a binder, etc .; a paste containing a negative electrode material, an organic solvent, a binder, etc. is applied to a negative electrode current collector using a doctor blade or the like Thus, a negative electrode for a lithium secondary battery having an arbitrary shape can be obtained by a method such as coating or pressure bonding. In forming the negative electrode, it may be combined with a terminal as necessary.
[0035]
The negative electrode current collector is not particularly limited, and a known current collector, for example, a conductor (conductive core) such as copper can be used. As the organic solvent, a solvent capable of dissolving or dispersing the binder is usually used, and examples thereof include organic solvents such as N-methylpyrrolidone and N, N-dimethylformamide. The amount of the organic solvent used is not particularly limited as long as the composition becomes a paste, and is usually about 80 to 150 parts by weight, preferably about 60 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode material. .
[0036]
Examples of the binder include fluorine-containing resins (such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene). The amount of the binder used (in the case of a dispersion, the amount used in terms of solid content) is not particularly limited, and the lower limit is usually about 3 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the negative electrode material. Preferably it is about 5 parts by weight or more. The upper limit of the amount of the binder used is usually 20 parts by weight or less (for example, 15 parts by weight or less), preferably about 10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the negative electrode material. More specifically, the amount of the binder used is, for example, 3 to 20 parts by weight, preferably 5 to 15 parts by weight (for example, 5 to 10 parts by weight) based on 100 parts by weight of the negative electrode material in terms of solid content. Part) grade. The method for preparing the paste is not particularly limited, and examples thereof include a method of mixing a mixed liquid (or dispersion liquid) of a binder and an organic solvent and a negative electrode material.
[0037]
In addition, you may manufacture a negative electrode using together the negative electrode material of this invention, and a electrically conductive material (or carbonaceous material, conductive carbon material). The use ratio of the conductive material (or carbonaceous material) is not particularly limited, but is usually about 1 to 10% by weight, preferably about 1 to 5% by weight, based on the total amount of the negative electrode material and the carbonaceous material of the present invention. is there. By using a conductive material (carbonaceous material) in combination, the conductivity as an electrode can be improved. Further, the charge / discharge capacity and cycle characteristics can be further improved. Examples of such a conductive material (carbonaceous material) include carbon black (for example, acetylene black, thermal black, furnace black) and the like. A conductive material (conductive carbon material) can be used individually or in combination of 2 or more types. Note that the conductive material (carbonaceous material) can be effectively used together with the negative electrode material, for example, by mixing the paste with a negative electrode material and a solvent and applying the paste to the negative electrode current collector.
[0038]
The amount of the paste applied to the negative electrode current collector is not particularly limited, and is usually about 3 to 10 mg / cm 2 , preferably about 4 to 7 mg / cm 2 .
[0039]
By using the negative electrode for a lithium secondary battery composed of the negative electrode material of the present invention, a lithium secondary battery that not only achieves high charge / discharge capacity but also improved initial charge / discharge efficiency can be produced. A lithium secondary battery can be composed of a negative electrode, a positive electrode capable of occluding and releasing lithium, and a non-aqueous electrolyte. A lithium secondary battery is manufactured by a conventional method using the above negative electrode, positive electrode, electrolyte, separator, etc. can do.
[0040]
A positive electrode in particular is not restrict | limited, A well-known positive electrode can be used, and a positive electrode can be comprised with a positive electrode electrical power collector, a positive electrode active material, a electrically conductive agent etc., for example. Examples of the positive electrode current collector include aluminum. Examples of the positive electrode active material include lithium composite oxides (such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiCo 0.33 Ni 0.33 Mn 0.33 O 2 ). Examples of the conductive agent include natural graphite, artificial graphite, and conductive carbon black (such as acetylene black).
[0041]
The electrolytic solution is not particularly limited, and a known one can be used. For example, a non-aqueous lithium secondary battery can be manufactured by using a solution obtained by dissolving an electrolyte in an organic solvent as the electrolytic solution. As the electrolyte, for example, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiClF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlO 4, LiAlCl 4, LiCl, be mentioned lithium salt that produces a solvated hard anions such LiI it can. Examples of the organic solvent include carbonates (propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, etc.), lactones (γ monobutyrolactone, etc.), chain ethers (1,2-dimethoxyethane, dimethyl ether, diethyl ether, etc.), cyclic Ethers (tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane, 4-methyldioxolane), sulfolanes (such as sulfolane), sulfoxides (such as dimethyl sulfoxide), nitriles (acetonitrile, propionitrile, benzonitrile, etc.), amides Aprotic solvents such as (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide and the like) and polyoxyalkylene glycols (diethylene glycol and the like) can be exemplified. An organic solvent may be used independently and may be used as 2 or more types of mixed solvents.
[0042]
The separator is not particularly limited, and examples thereof include known separators such as a polyolefin-based porous film such as a porous polypropylene nonwoven fabric and a porous polyethylene nonwoven fabric.
[0043]
The lithium secondary battery may further include, for example, a gasket, a sealing plate, a case, and the like that are usually used in the field, in addition to the negative electrode including the negative electrode material of the present invention, the positive electrode, and the electrolytic solution.
[0044]
The shape of the lithium secondary battery can be any form such as a cylindrical shape, a square shape, or a button shape. The lithium secondary battery of the present invention can be used as a power source or auxiliary power source for electronic devices, electrical devices, automobiles, power storage, etc., as a distributed and portable battery. The present invention can provide a lithium secondary battery that is excellent in high initial charge / discharge efficiency, charge / discharge characteristics, and cycle characteristics, and can be used stably over a long period of time. In particular, the initial charge / discharge efficiency of the negative electrode material used for the lithium secondary battery can be remarkably increased. Therefore, the industrial value of the present invention is great and can be used in various applications.
[0045]
【The invention's effect】
Since the negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention includes a particulate silicon component composed of amorphous silicon and graphite particles, the initial charge / discharge efficiency of the lithium secondary battery is improved and high charge is obtained over a long period of time. Discharge capacity can be maintained. In addition, the combination of the particulate silicon component and the graphite particles can achieve not only high charge / discharge capacity but also excellent cycle characteristics. Furthermore, the negative electrode material for a lithium secondary battery having the excellent characteristics as described above can be produced by a simple method of mixing and firing.
[0046]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[0047]
Example 1
(Preparation of negative electrode material)
The amorphous silicon material was pulverized by a planetary ball mill containing 100 g of stainless steel balls at 200 rpm for 5 hours to obtain a fine powder having an average particle size of about 1 μm. By adding 6 g of artificial graphite (“SFG-6” manufactured by Timcal AG) having an average particle size of about 6 μm and 6 g of coal-based pitch to 24 g of this pulverized product, firing at 1100 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, and crushing A negative electrode material was obtained. The average particle diameter of the obtained negative electrode material was 10 μm.
[0048]
(Creation of negative electrode body)
After 92 parts by weight of the obtained negative electrode material and 8 parts by weight of a binder (polyvinylidene fluoride) were dissolved in an appropriate amount of N-methylpyrrolidone (NMP) and stirred, a slurry-like paste was obtained. The obtained paste was applied onto an electrolytic copper foil with a coating amount of 5 mg / cm 2 using a doctor blade, dried at 110 ° C. for 30 minutes, and then pressed with a roll press to obtain an electrode. Furthermore, the application part of this electrode was punched out into a circle (size: 1 cm 2 ) and vacuum-dried at 200 ° C. for 6 hours to produce a negative electrode body.
[0049]
(Production of lithium secondary battery)
Using the negative electrode body, metallic lithium as a counter electrode, mixed solution of ethylene carbonate and diethyl carbonate 1: 1 (volume ratio) in which lithium perchlorate is dissolved at a ratio of 1 mol / L as an electrolyte, and a polypropylene nonwoven fabric as a separator, A lithium secondary battery (bipolar sealed cell) was assembled.
[0050]
(Evaluation of electrode characteristics)
The counter electrode (lithium electrode) was charged with 800 Ah / kg at a current corresponding to 0.3 C, and the charge / discharge characteristics and initial charge / discharge efficiency of the lithium secondary battery were measured. Discharge was performed up to 2.0 V with a current corresponding to 0.3 C with respect to the lithium electrode. The charge / discharge capacity was the capacity when the cut voltage was 1.3V.
[0051]
Example 2
A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the silicon component was a mixture of amorphous silicon and crystalline metal silicon in a weight ratio of 4: 1 (amorphous silicon 80 wt%). Then, the electrode characteristics were evaluated.
[0052]
Example 3
A lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the silicon component was a mixture of amorphous silicon and crystalline metal silicon in a weight ratio of 1: 1 (amorphous silicon 50 wt%). Then, the electrode characteristics were evaluated.
[0053]
Comparative Example A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that only amorphous metal silicon was used without using amorphous silicon, and electrode characteristics were evaluated.
[0054]
The results are shown in Table 1.
[0055]
[Table 1]
As apparent from the results shown in Table 1, when the negative electrode material of the example is used, the initial charge / discharge efficiency and the charge / discharge capacity can be greatly improved.
Claims (8)
（ｉ）粒子状シリコン成分（Ａ）の平均粒子径が、０．０５〜２μｍであるとともに、黒鉛粒子（Ｂ）の平均粒子径を「１」としたとき０．１〜０．３であり、
（ｉｉ）黒鉛粒子（Ｂ）に、粒子状シリコン成分（Ａ）が担持されており、かつ
（ｉｉｉ）粒子状シリコン成分（Ａ）１００重量部に対して、炭素質前駆体として、１０〜２００重量部の割合で炭素質バインダーを含むリチウム二次電池用負極材。 A negative electrode material for a lithium secondary battery comprising a particulate silicon component (A) composed of amorphous silicon and graphite particles (B) ,
(I) The average particle diameter of the particulate silicon component (A) is 0.05 to 2 μm, and 0.1 to 0.3 when the average particle diameter of the graphite particles (B) is “1”. ,
(Ii) The particulate silicon component (A) is supported on the graphite particles (B), and
(Iii) A negative electrode material for a lithium secondary battery containing a carbonaceous binder in a proportion of 10 to 200 parts by weight as a carbonaceous precursor with respect to 100 parts by weight of the particulate silicon component (A).
（ｉ）粒子状シリコン成分（Ａ）の平均粒子径が、０．０５〜２μｍであるとともに、黒鉛粒子（Ｂ）の平均粒子径を「１」としたとき０．１〜０．３であり、かつ
（ｉｉ）粒子状シリコン成分（Ａ）１００重量部に対して１０〜２００重量部の割合で炭素質前駆体を含む混合物を焼成し、請求項１記載のリチウム二次電池用負極材を製造する方法。A mixture comprising a particulate silicon component (A) composed of amorphous silicon and graphite particles (B) ,
(I) The average particle diameter of the particulate silicon component (A) is 0.05 to 2 μm, and 0.1 to 0.3 when the average particle diameter of the graphite particles (B) is “1”. ,And
(Ii) Firing a mixture containing a carbonaceous precursor at a ratio of 10 to 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the particulate silicon component (A) to produce a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1. Method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002351387A JP4046601B2 (en) | 2002-12-03 | 2002-12-03 | Negative electrode material for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002351387A JP4046601B2 (en) | 2002-12-03 | 2002-12-03 | Negative electrode material for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004185984A JP2004185984A (en) | 2004-07-02 |
| JP4046601B2 true JP4046601B2 (en) | 2008-02-13 |
Family
ID=32753320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002351387A Expired - Fee Related JP4046601B2 (en) | 2002-12-03 | 2002-12-03 | Negative electrode material for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4046601B2 (en) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5158460B2 (en) * | 2005-02-21 | 2013-03-06 | 日本カーボン株式会社 | Silicon-added graphite negative electrode material for lithium ion secondary battery and production method |
| TWI372481B (en) | 2008-06-17 | 2012-09-11 | Ind Tech Res Inst | Lithium battery |
| JP5751448B2 (en) | 2011-05-25 | 2015-07-22 | 日産自動車株式会社 | Negative electrode active material for lithium ion secondary battery |
| GB2492167C (en) | 2011-06-24 | 2018-12-05 | Nexeon Ltd | Structured particles |
| WO2013094037A1 (en) * | 2011-12-21 | 2013-06-27 | トヨタ自動車株式会社 | Lithium secondary battery |
| EP2810321A1 (en) * | 2012-01-30 | 2014-12-10 | Nexeon Limited | Composition of si/c electro active material |
| GB2499984B (en) | 2012-02-28 | 2014-08-06 | Nexeon Ltd | Composite particles comprising a removable filler |
| GB2502625B (en) | 2012-06-06 | 2015-07-29 | Nexeon Ltd | Method of forming silicon |
| KR101560863B1 (en) | 2012-09-07 | 2015-10-15 | 주식회사 엘지화학 | Lithium secondary battery with high energy density |
| GB2507535B (en) | 2012-11-02 | 2015-07-15 | Nexeon Ltd | Multilayer electrode |
| JP5998870B2 (en) * | 2012-11-16 | 2016-09-28 | 株式会社豊田自動織機 | Negative electrode material for power storage device, negative electrode for power storage device and power storage device |
| WO2014080895A1 (en) | 2012-11-22 | 2014-05-30 | 日産自動車株式会社 | Negative electrode for electrical device and electrical device provided with same |
| WO2014080886A1 (en) | 2012-11-22 | 2014-05-30 | 日産自動車株式会社 | Negative electrode for electrical device, and electrical device using same |
| CN104854734B9 (en) * | 2012-11-22 | 2018-01-30 | 日产自动车株式会社 | Negative electrode for electrical device, and electrical device using same |
| CN103904307A (en) * | 2012-12-24 | 2014-07-02 | 宁波杉杉新材料科技有限公司 | Silicon-carbon composite material, preparation method and application thereof |
| JP5796587B2 (en) | 2013-02-22 | 2015-10-21 | 株式会社豊田自動織機 | Negative electrode active material, negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery |
| WO2015111189A1 (en) | 2014-01-24 | 2015-07-30 | 日産自動車株式会社 | Electrical device |
| JP6187602B2 (en) | 2014-01-24 | 2017-08-30 | 日産自動車株式会社 | Electrical device |
| KR101567203B1 (en) | 2014-04-09 | 2015-11-09 | (주)오렌지파워 | Negative electrode material for rechargeable battery and method of fabricating the same |
| KR101604352B1 (en) | 2014-04-22 | 2016-03-18 | (주)오렌지파워 | Negative electrode active material and rechargeable battery having the same |
| JP5866589B1 (en) * | 2014-06-11 | 2016-02-17 | 小林 光 | Method for producing negative electrode or negative electrode material of lithium ion battery |
| GB2533161C (en) | 2014-12-12 | 2019-07-24 | Nexeon Ltd | Electrodes for metal-ion batteries |
| JP2016219354A (en) * | 2015-05-25 | 2016-12-22 | 株式会社豊田自動織機 | Negative electrode including crystalline silicon powder and amorphous silicon powder |
| WO2017150311A1 (en) | 2016-02-29 | 2017-09-08 | 日本電気株式会社 | Negative-electrode active material and lithium ion secondary battery using same |
| CN115832267A (en) * | 2021-09-16 | 2023-03-21 | 中南大学 | Amorphous silicon/hard carbon composite material, preparation thereof and application thereof in lithium ion battery |
| CN115799474A (en) * | 2022-12-13 | 2023-03-14 | 大连理工大学 | Preparation method and application of fluorinated silicon-carbon negative electrode material |
-
2002
- 2002-12-03 JP JP2002351387A patent/JP4046601B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004185984A (en) | 2004-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4046601B2 (en) | Negative electrode material for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same | |
| JP5716093B2 (en) | Positive electrode active material for lithium ion capacitor and method for producing the same | |
| JP2004259475A (en) | Lithium secondary battery negative electrode material and its manufacturing method as well as lithium secondary battery using the same | |
| JP2003223892A (en) | Lithium secondary battery and method for manufacturing negative electrode material therefor | |
| JP2008277232A (en) | Negative electrode material for lithium secondary battery, its manufacturing method, negative electrode for lithium secondary battery using the negative electrode material, and lithium secondary battery | |
| JP2004087299A (en) | Positive electrode active material and nonaqueous electrolyte secondary battery | |
| JP2008112710A (en) | Negative electrode material for lithium secondary battery, negative electrode for lithium secondary battery using this, and lithium secondary battery | |
| JP2002117833A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
| JP5505480B2 (en) | Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the negative electrode | |
| JP5505479B2 (en) | Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the negative electrode | |
| JP2012028225A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing positive electrode mixture | |
| JP2001126733A (en) | Nonaqueous electrolytic material | |
| JPH10158005A (en) | Graphite particle, its production, graphite paste using the same, negative electrode of lithium secondary cell and lithium secondary cell | |
| JP3816799B2 (en) | Lithium secondary battery | |
| JP3875048B2 (en) | Method for producing negative electrode active material | |
| JP3236400B2 (en) | Non-aqueous secondary battery | |
| JP2003263982A (en) | Manufacturing method of graphite particle and negative electrode material for lithium ion secondary battery | |
| JP2004059386A (en) | Production method for carbon-coated graphite particle, carbon-coated graphite particle, cathode for lithium-ion secondary battery, and lithium-ion secondary battery | |
| JP3892957B2 (en) | Method for producing graphite particles | |
| JP4240275B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
| JP2003297355A (en) | Raw material for carbonic material and silicon- containing carbonic material using the raw material | |
| WO2020110943A1 (en) | Lithium ion secondary battery negative electrode and lithium ion secondary battery | |
| JP6771900B2 (en) | Method for manufacturing negative electrode material for lithium secondary battery, method for improving lithium secondary battery, and its charge / discharge characteristics and cycle characteristics | |
| JP5567232B1 (en) | Composite carbon particles and lithium ion secondary battery using the same | |
| JP3325021B2 (en) | Graphite particles for negative electrode of lithium secondary battery and graphite paste for negative electrode of lithium secondary battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050217 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070706 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070724 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070919 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071030 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071120 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101130 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4046601 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131130 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |