JP4639410B2 - Negative electrode and non-aqueous electrolyte battery - Google Patents

Negative electrode and non-aqueous electrolyte battery Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負極及びそれを用いた非水電解質電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、カメラ一体型ビデオテープレコーダ、携帯電話、ラップトップ型コンピュータ等のポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。そして、これら電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池について、エネルギー密度を向上させるための研究開発が活発に進められている。中でも、リチウムイオン二次電池は、従来の水系電解液二次電池である鉛電池、ニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるため、期待が大きい。
【0003】
リチウムイオン電池に使用される負極材料としては、難黒鉛化炭素や、黒鉛等の炭素質材料が、比較的高容量を示し良好なサイクル特性を発現することから広く用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の高容量化に伴い、負極材料の更なる高容量化が課題となっている。特開平8−315825号公報には、炭素化材料と作製条件とを選ぶことにより、炭素質材料負極で高容量を達成している。しかしながら、負極放電電位が対リチウム電位で0.8V〜1.0Vであり、電池を構成した時の電池放電電圧が低くなり、電池エネルギー密度では大きな向上が見込めなかった。さらに、充放電曲線形状にヒステリシスが大きく、各充放電サイクルでのエネルギー効率が低いという欠点があった。
【0005】
一方、高負荷容量としては、ある種のリチウム合金が電気化学的に可逆的に生成/分解することを応用した材料が広く研究されてきた。
【0006】
Li−Al合金を用いた高容量負極が広く研究され、US-Patent Number 4950566号には、Si合金を用いた高容量負極が提案されている。しかし、充放電に伴ってLi−Al合金又はLi−Si合金は膨張収縮し、充放電サイクルを繰り返す毎に負極は微粉化し、サイクル特性が極めて劣る電池を与える。このサイクル特性を改良するため、材料中にリチウムのドープ・脱ドープに伴う膨張収縮に関与しない元素を添加する等の方法が検討されてきた。例えば特開平6−325765号公報には、LixSiOy(x≧0、2>y>0)、特開平7−230800号公報には、LixSi(1-y)yz(x≧0、1>y>0、0<z<2)や、特開平7−288130号公報には、Li−Ag−Te系合金が提案されている。
【0007】
しかしながら、これらの方法によっても合金の膨張収縮に由来する充放電サイクル劣化が大きく、高容量負荷の特長を活かしきれていないのが実情である。
【0008】
1つ以上の非金属元素を含む、炭素以外の4B族化合物を用いた高容量負極が特開平11−102705号公報に報告されているが、上述の場合と同様に充放電サイクル劣化が大きいという問題があった。
【0009】
本発明は、上述したような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、充放電サイクル劣化を抑制し、高容量、高寿命を実現する負極及びそれを用いた非水電解質電池を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の負極は、MgSi及びポリパラフェニレンを含有する負極活物質層の表面に、ポリパラフェニレンからなる導電性高分子の膜が被着され、負極活物質層中に、ポリパラフェニレンがMgSiの100重量部に対して、0.1重量部以上、20重量部以下の範囲で含有され、導電性高分子の膜厚が、0.01μm以上、50μm以下であり、非水電解質電池に用いられる
【0011】
上述したような本発明に係る負極では、MgSi及びポリパラフェニレンを含有する負極活物質の表面に、ポリパラフェニレンからなる導電性高分子の膜を被着し、負極活物質層中のポリパラフェニレンの含有量をMg Siの100重量部に対して、0.1重量部以上、20重量部以下の範囲とし、導電性高分子の膜厚を、0.01μm以上、50μm以下とすることで、負極中の導電パスが安定に形成されるとともに、リチウムのドープ・脱ドープに伴う負極の体積変化が抑えられる。
【0012】
また、本発明の負極は、電気化学的にリチウムを400mAh/cm以上でドープ・脱ドープ可能であるSiO及びポリパラフェニレンを含有する負極活物質層の表面に、ポリパラフェニレンからなる導電性高分子の膜が被着され、負極活物質層中に、ポリパラフェニレンがSiOの100重量部に対して、0.1重量部以上、20重量部以下の範囲で含有され、導電性高分子の膜厚が、0.01μm以上、50μm以下であり、非水電解質電池に用いられる
【0013】
上述したような本発明に係る負極では、電気化学的にリチウムを400mAh/cm 以上でドープ・脱ドープ可能であるSi O及びポリパラフェニレンを含有する負極活物質層の表面に、ポリパラフェニレンからなる導電性高分子の膜が被着し負極活物質層中のポリパラフェニレンの含有量をSi Oの100重量部に対して、0.1重量部以上、20重量部以下の範囲とし、導電性高分子の膜厚を、0.01μm以上、50μm以下とすることで、負極中の導電パスが安定に形成されるとともに、リチウムのドープ・脱ドープに伴う負極の体積変化が抑えられる。
【0014】
また、本発明の非水電解質電池は、リチウム複合酸化物を含有する正極と、MgSi及びポリパラフェニレンを含有する負極活物質層の表面に、ポリパラフェニレンからなる導電性高分子の膜が被着され負極と、正極と負極との間に介在される非水電解質とを備え、負極活物質層中に、ポリパラフェニレンがMg Siの100重量部に対して、0.1重量部以上、20重量部以下の範囲で含有され、導電性高分子の膜厚が、0.01μm以上、50μm以下である。
【0015】
上述したような本発明に係る非水電解質電池では、Mg Si及びポリパラフェニレンを含有する負極活物質の表面に、ポリパラフェニレンからなる導電性高分子の膜を被着し、負極活物質層中のポリパラフェニレンの含有量をMg Siの100重量部に対して、0.1重量部以上、20重量部以下の範囲とし、導電性高分子の膜厚を、0.01μm以上、50μm以下とすることで、負極中の導電パスが安定に形成されるとともに、リチウムのドープ・脱ドープに伴う負極の体積変化が抑えられる。そして、このような負極を用いた本発明に係る非水電解質電池は、サイクル特性に優れたものとなる。
【0016】
また、本発明の非水電解質電池は、リチウム複合酸化物を含有する正極と、電気化学的にリチウムを400mAh/cm以上でドープ・脱ドープ可能であるSi及びポリパラフェニレンを含有する負極活物質層の表面に、ポリパラフェニレンからなる導電性高分子の膜が被着された負極と、正極と負極との間に介在される非水電解質とを備え、負極活物質層中に、ポリパラフェニレンがSi Oの100重量部に対して、0.1重量部以上、20重量部以下の範囲で含有され、導電性高分子の膜厚が、0.01μm以上、50μm以下である
【0017】
上述したような本発明に係る非水電解質電池では、負極に、電気化学的にリチウムを400mAh/cm以上でドープ・脱ドープ可能であるSi及びポリパラフェニレンを含有する負極活物質層の表面に、ポリパラフェニレンからなる導電性高分子の膜を被着し、負極活物質層中のポリパラフェニレンの含有量をSi Oの100重量部に対して、0.1重量部以上、20重量部以下の範囲とし、導電性高分子の膜厚を、0.01μm以上、50μm以下とすることで、負極中の導電パスが安定に形成されるとともに、リチウムのドープ・脱ドープに伴う負極の体積変化が抑えられる。そして、このような負極を用いた本発明に係る非水電解質電池は、サイクル特性に優れたものとなる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【0019】
本発明を適用した非水電解液電池の一構成例を図1に示す。この非水電解液電池1は、負極2と、負極2を収容する負極缶3と、正極4と、正極4を収容する正極缶5と、正極4と負極2との間に配されたセパレータ6と、絶縁ガスケット7とを備え、負極缶3及び正極缶5内に非水電解液が充填されてなる。
【0020】
負極2は、負極集電体上に、上記負極活物質を含有する負極活物質層が形成されてなる。負極集電体としては、例えばニッケル箔等が用いられる。そして、本発明の非水電解液電池1では、後述するように、負極2に、導電性高分子を含有している。
【0021】
負極活物質としては、リチウムと合金を形成可能な金属又は当該金属の合金化合物が挙げられる。ここで言う合金化合物とは、リチウムと合金を形成可能なある金属元素をMとしたとき、化学式MxM'yLiz(M'はLi元素及びM元素以外の1つ以上の金属元素である。また、xは0より大きい数値であり、y,zは0以上の数値である。)で表される化合物である。さらに、本発明では半導体元素であるB,Si,As等の元素も金属元素に含めることとする。
【0022】
負極活物質として具体的には、Mg,B,Al,Ga,In,Si,Ge,Sn,Pb,Sb,Bi,Cd、Ag、Zn、Hf、Zr、Yの各金属とそれらの合金化合物、すなわち、例えばLi−Al,Li−Al−M(Mは2A族、3B族、4B族遷移金属元素のうち1つ以上からなる。)、AlSb、CuMgSb等が挙げられる。
【0023】
上述したような元素の中でも、3B族典型元素の他、SiやSn等の元素又はその合金を用いるのが好ましい。その中でもSi又はSi合金が特に好適である。Si又はSi合金として具体的には、MxSi、MxSn(MはSi又はSnを除く1つ以上の金属元素)で表される化合物で、具体的にはSiB4、SiB6、Mg2Si、Mg2Sn、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2等が挙げられる。
【0024】
さらに、本発明の非水電解液電池1では、1つ以上の非金属元素を含む、炭素以外の4B族元素も負極活物質として利用できる。本材料中には1種以上の4B族炭素が含まれていてもよい。またリチウムを含む4B族以外の金属元素が含まれていても良い。例示するならば、SiC、Si34、Si22O、Ge22O、SiOx(式中、0<x≦2である。)、SnOx(式中、0<x≦2である。)、LiSiO、LiSnO等が挙げられる。
【0025】
上記の1つ以上の非金属元素を含む、炭素以外の4B族元素は、リチウムを電気化学的にドープ・脱ドープする能力を有する必要がある。好ましくは400mAh/cm3以上、更に好ましくは500mAh/cm3以上の充放電容量を有することが好ましい。この体積当たりの充放電容量を計算する際には、上記化合物の真比重値が用いられる。
【0026】
上述したような負極活物質の作成方法は限定されないが、メカニカルアイロニング法、原料化合物を混合して不活性雰囲気下あるいは還元性雰囲気下で加熱処理する方法が採られる。
【0027】
上記負極活物質へのリチウムのドープは電池作成後に電池内で電気化学的に行われても良く、電池作成後あるいは電池作製前に、正極あるいは正極以外のリチウム源から供給され電気化学的にドープされても構わない。あるいは材料合成の際にリチウム含有材料として合成され、電池作製時に負極に含有されても構わない。
【0028】
上述したような負極活物質は、粉砕して用いてもよいし、粉砕しないで用いてもよい。
【0029】
負極活物質を粉砕して用いる場合には、最大粒子径が負極活物質層の厚みを下回るように粉砕されればよく、粉砕の方法としては、限定されるものではないが、例えばボールミル粉砕、ジェットミル粉砕等が挙げられる。具体的に、粉砕後の負極活物質の平均粒子径(体積平均粒子径)は、好ましくは50μm以下であり、さらに好ましくは20μm以下である。
【0030】
負極活物質が粉砕されずに用いられる場合には、負極活物質層は、化学気相成長法、スパッタ法、ホットプレス等により成形体として作製することができる。
【0031】
負極活物質層に含有される結着剤としては、この種の非水電解液電池の負極活物質層の結着剤として通常用いられている公知の樹脂材料等を用いることができる。
【0032】
また、負極活物質層には負極活物質、導電性高分子、結着剤以外の材料を含んでいても良い。例えば導電材として炭素質材料を含んでいても良い。例示するならば、難黒鉛化炭素、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解炭素、コークス類(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等)、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素質化したもの)、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック類等の炭素質材料を使用することができる。また充放電に寄与しない材料を含んでいても構わない。
【0033】
そして、本発明の非水電解液電池1では、負極活物質層に、導電性高分子を含有している。
【0034】
負極活物質層に、導電性高分子を含有させることで、負極中の導電パスを安定に形成するとともに、リチウムのドープ脱ドープに伴う負極の体積変化を抑えることができる。その結果、この非水電解液電池1は、サイクル特性に優れたものとなる。
【0035】
導電性高分子としては、カチオンがドープされて電子をキャリアとするn型、アニオンがドープされてホールをキャリアとするp型のいずれであってもよい。
【0036】
導電性高分子は、例示するなら、ポリアセチレン等の脂肪族共役系高分子化合物、ポリパラフェニレン等の芳香族共役系高分子化合物、ポリピロールやポリチオフェン等の複素環式共役系高分子化合物、ポリアニリン等の含ヘテロ原子共役系高分子化合物、ポリフェニレンビニレン等の混合共役系高分子化合物、フタロシアニンやポルフィリン等の金属フタロシアニン系高分子化合物などが挙げられる。
【0037】
このような導電性高分子を負極活物質層に含有させるには、負極活物質と、結着剤等を混合して負極合剤を調製する際に、当該負極合剤中に導電性高分子を添加すればよい。
【0038】
導電性高分子を負極合剤中に添加する場合には、導電性高分子の添加量が少ないと、サイクル特性を向上させる効果が十分に得られない。また、導電性高分子の添加量が多すぎると、反応に寄与しない不活性部分の割合が増大し、その分、反応に寄与する活性部分の割合が減少してしまい、負極当たりの充放電能力が低下してしまう。そのため、導電性高分子の添加量は、負極活物質の100重量部に対して、0.1重量部以上、20重量部以下の範囲とすることが好ましい。
【0039】
また、導電性高分子は、負極合剤中に添加するだけではなく、成形された負極活物質層の表面に被着させてもよい。
【0040】
導電性高分子を負極活物質層の表面に被着させる場合には、導電性高分子の被着量が少ないと、サイクル特性を向上させる効果が十分に得られない。また、導電性高分子の被着量が多すぎると、反応に寄与しない不活性部分の割合が増大し、その分、反応に寄与する活性部分の割合が減少してしまい、負極当たりの充放電能力が低下してしまう。そのため、導電性高分子を負極活物質層の表面に被着させる場合には、導電性高分子の膜厚が0.01μm以上、50μm以下の範囲となるように被着させることが好ましい。
【0041】
負極缶3は、負極2を収容するものであり、また、非水電解液電池1の外部負極となる。
【0042】
正極4は、正極集電体上に、正極活物質を含有する正極活物質層が形成されてなる。正極集電体としては、例えばアルミニウム箔等が用いられる。
【0043】
正極活物質は、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物又は特定のポリマー等を用いることができる。
【0044】
具体的に、正極活物質としては、TiS2、MoS2、NbSe2、V25等のリチウムを含有しない金属硫化物あるいは酸化物や、LixMO2(式中、Mは一種以上の遷移金属を表し、xは電池の充放電状態によって異なり、通常0.05≦x≦1.10である。)を主体とするリチウム複合酸化物等を使用することができる。
【0045】
このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Mとしては、Co,Ni,Mn等が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、LiCoO2、LiNiO2、LixNiyCo1-y2(式中、x、yは電池の充放電状態によって異なり、通常0<x<1、0.7<y<1.02である。)スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物等を挙げることができる。これらリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度的に優れた正極活物質となる。正極には、これらの正極活物質の複数種を混合して使用しても良い。
【0046】
また、以上のような正極活物質を使用して正極を形成するに際しては、公知の導電材や結着剤等を添加することができる。
【0047】
正極缶5は、正極4を収容するものであり、また、非水電解液電池1の外部正極となる。
【0048】
セパレータ6は、正極4と、負極2とを離間させるものであり、この種の非水電解液電池のセパレータとして通常用いられている公知の材料を用いることができ、例えばポリプロピレンなどの高分子フィルムが用いられる。また、リチウムイオン伝導度とエネルギー密度との関係から、セパレータの厚みはできるだけ薄いことが必要である。具体的には、セパレータの厚みは例えば50μm以下が適当である。
【0049】
絶縁ガスケット7は、負極缶3に組み込まれ一体化されている。この絶縁ガスケット7は、負極缶3及び正極缶5内に充填された非水電解液の漏出を防止するためのものである。
【0050】
非水電解液としては、非プロトン性非水溶媒に電解質を溶解させた溶液が用いられる。
【0051】
非水溶媒としては、この種の電池に用いられるものであればいずれも使用可能である。例示するならば、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、ジメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等が挙げられる。
【0052】
また、電解質としては、この種の電池に用いられるものであればいずれも使用することができる。例示するならば、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiB(C654、CH3SO3Li、CF3SO3Li、LiCl、LiBr等が挙げられる。
【0053】
以上のような構成を有する本発明の非水電解液電池1では、負極活物質層に、導電性高分子が含有されているので、負極中の導電パスが安定に形成されるとともに、リチウムのドープ脱ドープに伴う負極の体積変化が抑えられる。その結果、本発明の非水電解液電池1は、サイクル特性に優れたものとなる。
【0054】
なお、上述した実施の形態では、非水電解液を用いた非水電解液電池を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電解質塩を含有させた固体電解質、或いは有機高分子に非水溶媒と電解質塩を含浸させた固体電解質を用いた固体電解質電池や、マトリクス高分子に非水溶媒と電解質塩を含浸させたゲル状電解質を用いたゲル状電解質電池についても適用可能である。
【0055】
固体電解質としては、リチウムイオン導電性を有する材料であれば無機固体電解質、高分子固体電解質いずれも用いることができる。無機固体電解質として、窒化リチウム、ヨウ化リチウムが挙げられる。高分子固体電解質は、電解質塩とそれを溶解する高分子化合物からなり、その高分子化合物としては、ポリ(エチレンオキサイド)や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ(メタクリレート)等のエステル系高分子や、アクリレート系高分子などを単独で、あるいは分子中に共重合又は混合して用いることができる。
【0056】
また、ゲル状電解質のマトリクス高分子としては、非水電解液を吸収してゲル化するものであれば種々の高分子を使用することができる。マトリクス高分子として具体的には、ポリ(ビニリデンフルオライド)やポリ(ビニリデンフルオライド−co−ヘキサフルオロプロピレン)などのフッ素系高分子、ポリ(エチレンオキサイド)や同架橋体などのエーテル系高分子、また、ポリ(アクリロニトリル)等が挙げられる。特に酸化還元安定性から、フッ素系高分子を用いることが好ましい。電解質塩を含有させることによりイオン導電性を付与する。
【0057】
また、上述した実施の形態では、二次電池を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一次電池についても適用可能である。また、本発明の電池は、円筒型、角型、コイン型、ボタン型等、その形状については特に限定されることはなく、また、薄型、大型等の種々の大きさにすることができる。
【0058】
【実施例】
本発明の効果を確認すべく、上述したような構成の電池を作製し、その特性を評価した。
【0059】
〈実施例1〉
まず、負極を以下のようにして作製した。
【0060】
Mg2Siを粉砕して平均粒径15μmとした。このMg2Si粉末を50重量部と、人造黒鉛を40重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを10重量部とを混合して負極合剤とし、さらにこれをn−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。
【0061】
次に、得られたスラリーを負極集電体となる銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥後、ロールプレス機で圧縮成型し、直径15.5mmのペレット状に打ち抜いた。得られたペレット上にp型導電性高分子であるポリパラフェニレンを電気化学的に作製した。具体的には、塩化第二銅と、LiAsF6とを電解質とするベンゼンのニトロベンゼン溶液にペレットを浸漬し、1mA/cm2の定電流条件下でペレット表面にポリパラフェニレンを電解重合させた。
【0062】
つぎに、正極を以下のようにして作製した。
【0063】
炭酸リチウムと炭酸コバルトとをモル比で0.5:1の割合で混合し、空気中900℃で5時間焼成することにより、正極活物質となるLiCoO2を得た。
【0064】
次に、得られたLiCoO2を91重量部と、導電材としてグラファイトを6重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを3重量部とを混合して正極合剤を調製し、さらにこれをn−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。
【0065】
次に、得られたスラリーを正極集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥後、ロールプレス機で圧縮成型し、直径15.5mmのペレット状に打ち抜いた。
【0066】
一方、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの等容量混合溶媒中にLiPF6を1.0mol/lの濃度で溶解させて非水電解液を調製した。
【0067】
そして、得られた負極を負極缶に収容し、正極を正極缶に収容し、負極と正極との間に、厚さ25μmのポリプロピレン製多孔質膜からなるセパレータを配した。負極缶及び正極缶内に非水電解液を注入し、絶縁ガスケットを介して負極缶と正極缶とをかしめて固定することにより、直径20mm、高さ2.5mmのコイン型非水電解液電池を完成した。
【0068】
〈実施例2〉
負極活物質として、Mg2Siの代わりにSi22Oを用いたこと以外は、実施例1と同様にしてコイン型非水電解液電池を作製した。
【0069】
〈実施例3〉
まず、以下のようにしてポリパラフェニレン粉末を得た。
【0070】
ベンゼンに無水塩化アルミと、無水塩化第二銅とを加えて撹拌し、冷却後、生成固体をベンゼンで洗浄した。ベンゼンを蒸発させた後、塩酸中に分散させ、沸騰した塩酸中で固体をすりつぶした。さらに十分な水で洗浄、乾燥することによりポリパラフェニレン粉末を得た。
【0071】
そして、得られたポリパラフェニレン粉末を用いて、以下のようにして負極を作製した。
【0072】
Mg2Siを粉砕して平均粒径15μmとした。このMg2Si粉末を50重量部と、人造黒鉛を40重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを5重量部と、ポリパラフェニレン粉末を5重量部とを混合して負極合剤とし、さらにこれをn−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。
【0073】
次に、得られたスラリーを負極集電体となる銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥後、ロールプレス機で圧縮成型し、直径15.5mmのペレット状に打ち抜くことにより負極を作製した。
【0074】
以上のようにして得られた負極を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてコイン型非水電解液電池を作製した。
【0075】
〈比較例1〉
負極ペレット上にポリパラフェニレンを形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にしてコイン型非水電解液電池を作製した。
【0076】
〈比較例2〉
負極活物質として、Mg2Siの代わりにSi22Oを用い、さらに、負極ペレット上にポリパラフェニレンを形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にしてコイン型非水電解液電池を作製した。
【0077】
以上のようにして得られた各電池に対して、サイクル特性を評価した。
【0078】
まず、各電池に対して、20℃、1mAの定電流定電圧放電を上限4.2Vまで行い、次に1mAの定電流放電を終止電圧2.5Vまで行った。以上の工程を1サイクルとし、これを30サイクル繰り返した。そして、1サイクル目の放電容量を100とした場合の30サイクル目の放電容量維持率(%)を求めた。なお、初期容量はいずれの電池もほぼ同じ値であった。
【0079】
実施例1〜実施例3、比較例1及び比較例2の電池についての放電容量維持率の測定結果を表1に示す。
【0080】
【表1】

Figure 0004639410
【0081】
表1から、負極活物質としてMg2Siを用いた実施例1と比較例1とを比較し、また、負極活物質としてSi22Oを用いた実施例2と比較例2とを比較して明らかなように、負極上に導電性高分子を形成した実施例1及び実施例2では、負極上に導電性高分子を形成しなかったた比較例1及び比較例2に比べて、いずれも放電容量維持率が飛躍的に向上していることがわかる。
【0082】
また、負極上に導電性高分子を形成するばかりでなく、負極中に導電性高分子を混在させた実施例3と比較例1とを比較して明らかなように、実施例3では、比較例1に比べて、高い放電容量維持率が得られていることがわかる。
【0083】
従って、負極上に導電性高分子を形成し、或いは、負極中に導電性高分子を混在させることで、放電容量維持率を向上できることがわかった。
【0084】
【発明の効果】
本発明では、MgSiや電気化学的にリチウムを400mAh/cm以上でドープ・脱ドープ可能であるSiと、ポリパラフェニレンとを含有する負極活物質層の表面に、ポリパラフェニレンからなる導電性高分子の膜を被着し、負極活物質層中のポリパラフェニレンの含有量をMg SiやSi Oの100重量部に対して、0.1重量部以上、20重量部以下の範囲とし、導電性高分子の膜厚を、0.01μm以上、50μm以下とすることで、負極中の導電パスを安定に形成するとともに、リチウムのドープ脱ドープに伴う負極の体積変化を抑えた負極を実現することができる。
【0085】
そして、本発明では、上記のような負極を用いることで、サイクル特性に優れた非水電解質電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る非水電解質電池の一構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 非水電解液電池、 2 負極、 3 負極缶、 4 正極、 5 正極缶、 6 セパレータ、 7 絶縁ガスケット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a negative electrode and a nonaqueous electrolyte battery using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated video tape recorder, a mobile phone, and a laptop computer have appeared, and their size and weight have been reduced. As a portable power source for these electronic devices, research and development for improving the energy density of batteries, particularly secondary batteries, are being actively promoted. Among them, lithium ion secondary batteries are highly expected because they can obtain a larger energy density than lead batteries and nickel cadmium batteries, which are conventional aqueous electrolyte secondary batteries.
[0003]
As a negative electrode material used for lithium ion batteries, non-graphitizable carbon and carbonaceous materials such as graphite are widely used because they exhibit a relatively high capacity and exhibit good cycle characteristics.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, with the recent increase in capacity, further increase in capacity of the negative electrode material has become a problem. In JP-A-8-315825, a high capacity is achieved with a carbonaceous material negative electrode by selecting a carbonized material and production conditions. However, the negative electrode discharge potential was 0.8 V to 1.0 V in terms of lithium potential, the battery discharge voltage when the battery was configured was lowered, and no significant improvement in battery energy density was expected. Furthermore, there is a drawback that the charge / discharge curve has a large hysteresis and the energy efficiency in each charge / discharge cycle is low.
[0005]
On the other hand, as a high load capacity, materials that apply the electrochemical reversible generation / decomposition of certain lithium alloys have been widely studied.
[0006]
High-capacity negative electrodes using Li-Al alloys have been widely studied, and US-Patent Number 4950566 proposes a high-capacity negative electrode using Si alloys. However, the Li—Al alloy or Li—Si alloy expands and contracts with charge / discharge, and the negative electrode is pulverized each time the charge / discharge cycle is repeated, giving a battery with extremely inferior cycle characteristics. In order to improve this cycle characteristic, methods such as adding an element that does not participate in expansion and contraction associated with lithium doping and dedoping into the material have been studied. For example, JP-A-6-325765 discloses Li.xSiOy(X ≧ 0, 2> y> 0), JP-A-7-230800 discloses LixSi(1-y)MyOz(X ≧ 0, 1> y> 0, 0 <z <2) and JP-A-7-288130 propose a Li—Ag—Te alloy.
[0007]
However, even with these methods, the charge / discharge cycle deterioration due to the expansion and contraction of the alloy is large, and the fact that the features of high capacity load are not fully utilized.
[0008]
A high-capacity negative electrode using a group 4B compound other than carbon containing one or more non-metallic elements has been reported in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-102705, but the charge / discharge cycle deterioration is large as in the above case There was a problem.
[0009]
The present invention has been proposed in view of the above-described conventional situation, and provides a negative electrode that suppresses charge / discharge cycle deterioration and realizes a high capacity and a long life, and a nonaqueous electrolyte battery using the negative electrode. For the purpose.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The negative electrode of the present invention is Mg2A conductive polymer film made of polyparaphenylene is deposited on the surface of the negative electrode active material layer containing Si and polyparaphenylene, and polyparaphenylene is Mg in the negative electrode active material layer.2It is contained in the range of 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of Si, and the film thickness of the conductive polymer is 0.01 μm or more and 50 μm or less.Used in non-aqueous electrolyte batteries.
[0011]
  In the negative electrode according to the present invention as described above, Mg2SiAnd polyparaphenyleneOn the surface of the negative electrode active material containingConsist ofDeposit a conductive polymer film,The content of polyparaphenylene in the negative electrode active material layer is Mg 2 With respect to 100 parts by weight of Si, the range is 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less, and the film thickness of the conductive polymer is 0.01 μm or more and 50 μm or less.By doing so, a conductive path in the negative electrode is stably formed, and a change in volume of the negative electrode due to lithium doping / dedoping is suppressed.
[0012]
  Further, the negative electrode of the present invention electrochemically contains lithium at 400 mAh / cm.3Si that can be doped and dedoped2N2A conductive polymer film made of polyparaphenylene is deposited on the surface of the negative electrode active material layer containing O and polyparaphenylene, and polyparaphenylene is Si in the negative electrode active material layer.2N2It is contained in the range of 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of O, and the film thickness of the conductive polymer is 0.01 μm or more and 50 μm or less.Used in non-aqueous electrolyte batteries.
[0013]
  In the negative electrode according to the present invention as described aboveIs electrochemically lithium 400 mAh / cm 3 Si that can be doped and dedoped 2 N 2 A conductive polymer film made of polyparaphenylene was deposited on the surface of the negative electrode active material layer containing O and polyparaphenylene.,The content of polyparaphenylene in the negative electrode active material layer is changed to Si. 2 N 2 With respect to 100 parts by weight of O, the range is 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less, and the film thickness of the conductive polymer is 0.01 μm or more and 50 μm or less,A conductive path in the negative electrode is stably formed, and volume change of the negative electrode due to lithium doping / dedoping is suppressed.
[0014]
  The nonaqueous electrolyte battery of the present invention includes a positive electrode containing a lithium composite oxide, Mg2SiAnd polyparaphenyleneOn the surface of the negative electrode active material layer containingConsist ofConductive polymer film is deposited on the negative electrode and positive electrodeAnd negativeA non-aqueous electrolyte interposed between the electrodes andIn the negative electrode active material layer, polyparaphenylene is Mg 2 It is contained in the range of 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of Si, and the film thickness of the conductive polymer is 0.01 μm or more and 50 μm or less.
[0015]
  In the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention as described above,Mg 2 A conductive polymer film made of polyparaphenylene is deposited on the surface of a negative electrode active material containing Si and polyparaphenylene, and the content of polyparaphenylene in the negative electrode active material layer is Mg. 2 With respect to 100 parts by weight of Si, the range is 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less, and the film thickness of the conductive polymer is 0.01 μm or more and 50 μm or less,A conductive path in the negative electrode is stably formed, and volume change of the negative electrode due to lithium doping / dedoping is suppressed. And the nonaqueous electrolyte battery based on this invention using such a negative electrode becomes the thing excellent in cycling characteristics.
[0016]
  The nonaqueous electrolyte battery of the present invention isA positive electrode containing a lithium composite oxide;Electrochemically lithium 400mAh / cm3Si that can be doped and dedoped2N2OAnd polyparaphenyleneOn the surface of the negative electrode active material layer containingConsist ofA negative electrode having a conductive polymer film deposited thereon, and a non-aqueous electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode,In the negative electrode active material layer, polyparaphenylene is Si. 2 N 2 It is contained in the range of 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of O, and the film thickness of the conductive polymer is 0.01 μm or more and 50 μm or less..
[0017]
  In the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention as described above, lithium is electrochemically applied to the negative electrode at 400 mAh / cm.3Si that can be doped and dedoped2N2OAnd polyparaphenyleneOn the surface of the negative electrode active material layer containingConsist ofDeposit a conductive polymer film,The content of polyparaphenylene in the negative electrode active material layer is changed to Si. 2 N 2 With respect to 100 parts by weight of O, the range is 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less, and the film thickness of the conductive polymer is 0.01 μm or more and 50 μm or less,A conductive path in the negative electrode is stably formed, and volume change of the negative electrode due to lithium doping / dedoping is suppressed. And the nonaqueous electrolyte battery based on this invention using such a negative electrode becomes the thing excellent in cycling characteristics.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0019]
One structural example of the nonaqueous electrolyte battery to which the present invention is applied is shown in FIG. The nonaqueous electrolyte battery 1 includes a negative electrode 2, a negative electrode can 3 that contains the negative electrode 2, a positive electrode 4, a positive electrode can 5 that contains the positive electrode 4, and a separator disposed between the positive electrode 4 and the negative electrode 2. 6 and an insulating gasket 7, and the negative electrode can 3 and the positive electrode can 5 are filled with a non-aqueous electrolyte.
[0020]
The negative electrode 2 is formed by forming a negative electrode active material layer containing the negative electrode active material on a negative electrode current collector. For example, a nickel foil or the like is used as the negative electrode current collector. And in the non-aqueous electrolyte battery 1 of this invention, the electroconductive polymer is contained in the negative electrode 2 so that it may mention later.
[0021]
As a negative electrode active material, the metal which can form an alloy with lithium, or the alloy compound of the said metal is mentioned. The alloy compound referred to here is the chemical formula M where M is a metal element capable of forming an alloy with lithium.xM 'yLiz(M ′ is one or more metal elements other than Li element and M element, and x is a numerical value larger than 0, and y and z are numerical values larger than 0.) . Further, in the present invention, elements such as B, Si, As and the like which are semiconductor elements are included in the metal element.
[0022]
Specific examples of the negative electrode active material include Mg, B, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Cd, Ag, Zn, Hf, Zr, and Y and their alloy compounds. That is, for example, Li-Al, Li-Al-M (M is composed of one or more of 2A group, 3B group, 4B group transition metal element), AlSb, CuMgSb, and the like.
[0023]
Among the elements described above, it is preferable to use elements such as Si and Sn or alloys thereof in addition to the group 3B typical elements. Among these, Si or Si alloy is particularly suitable. Specifically, as Si or Si alloy, MxSi, MxA compound represented by Sn (M is one or more metal elements excluding Si or Sn), specifically, SiBFour, SiB6, Mg2Si, Mg2Sn, Ni2Si, TiSi2, MoSi2CoSi2NiSi2, CaSi2, CrSi2, CuFiveSi, FeSi2, MnSi2, NbSi2, TaSi2, VSi2, WSi2, ZnSi2Etc.
[0024]
Furthermore, in the nonaqueous electrolyte battery 1 of the present invention, a group 4B element other than carbon containing one or more nonmetallic elements can also be used as the negative electrode active material. The material may contain one or more 4B group carbons. Moreover, metal elements other than 4B group containing lithium may be contained. For example, SiC, SiThreeNFour, Si2N2O, Ge2N2O, SiOx(Where 0 <x ≦ 2), SnOx(Where 0 <x ≦ 2), LiSiO, LiSnO, and the like.
[0025]
Group 4B elements other than carbon, including one or more non-metallic elements described above, must have the ability to electrochemically dope and dedope lithium. Preferably 400 mAh / cmThreeOr more, more preferably 500 mAh / cmThreeIt is preferable to have the above charge / discharge capacity. When calculating the charge / discharge capacity per volume, the true specific gravity value of the compound is used.
[0026]
The method for producing the negative electrode active material as described above is not limited, but a mechanical ironing method, a method of mixing raw material compounds and heat-treating in an inert atmosphere or a reducing atmosphere is employed.
[0027]
The doping of lithium into the negative electrode active material may be carried out electrochemically in the battery after the battery is made, and after the battery is made or before the battery is made, it is supplied electrochemically from the positive electrode or a lithium source other than the positive electrode. It does not matter. Or it may synthesize | combine as a lithium containing material in the case of material synthesis | combination, and may be contained in a negative electrode at the time of battery preparation.
[0028]
The negative electrode active material as described above may be used after being pulverized or may be used without being pulverized.
[0029]
When the negative electrode active material is used after being pulverized, it may be pulverized so that the maximum particle size is less than the thickness of the negative electrode active material layer, and the pulverization method is not limited, for example, ball mill pulverization, Examples include jet mill grinding. Specifically, the average particle diameter (volume average particle diameter) of the negative electrode active material after pulverization is preferably 50 μm or less, and more preferably 20 μm or less.
[0030]
When the negative electrode active material is used without being pulverized, the negative electrode active material layer can be produced as a molded body by chemical vapor deposition, sputtering, hot pressing, or the like.
[0031]
As a binder contained in a negative electrode active material layer, the well-known resin material etc. which are normally used as a binder of the negative electrode active material layer of this kind of nonaqueous electrolyte battery can be used.
[0032]
Further, the negative electrode active material layer may contain materials other than the negative electrode active material, the conductive polymer, and the binder. For example, a carbonaceous material may be included as a conductive material. For example, non-graphitizable carbon, artificial graphite, natural graphite, pyrolytic carbon, coke (pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.), graphite, glassy carbon, organic polymer compound fired body (phenol) Carbonaceous materials such as carbon fiber, activated carbon, and carbon black can be used. Moreover, you may include the material which does not contribute to charging / discharging.
[0033]
And in the nonaqueous electrolyte battery 1 of this invention, the negative electrode active material layer contains the conductive polymer.
[0034]
By including a conductive polymer in the negative electrode active material layer, it is possible to stably form a conductive path in the negative electrode and to suppress a change in volume of the negative electrode accompanying lithium dedoping. As a result, the non-aqueous electrolyte battery 1 has excellent cycle characteristics.
[0035]
The conductive polymer may be either n-type doped with cations and using electrons as carriers, or p-type doped with anions and using holes as carriers.
[0036]
Examples of conductive polymers include aliphatic conjugated polymer compounds such as polyacetylene, aromatic conjugated polymer compounds such as polyparaphenylene, heterocyclic conjugated polymer compounds such as polypyrrole and polythiophene, and polyaniline. A heteroatom-containing conjugated polymer compound, a mixed conjugated polymer compound such as polyphenylene vinylene, and a metal phthalocyanine polymer compound such as phthalocyanine and porphyrin.
[0037]
In order to contain such a conductive polymer in the negative electrode active material layer, the negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture. May be added.
[0038]
When the conductive polymer is added to the negative electrode mixture, if the amount of the conductive polymer added is small, the effect of improving the cycle characteristics cannot be obtained sufficiently. In addition, if the amount of the conductive polymer added is too large, the proportion of the inactive portion that does not contribute to the reaction increases, and the proportion of the active portion that contributes to the reaction decreases accordingly, and the charge / discharge capacity per negative electrode Will fall. Therefore, the addition amount of the conductive polymer is preferably in the range of 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material.
[0039]
Further, the conductive polymer is not only added to the negative electrode mixture, but may be deposited on the surface of the formed negative electrode active material layer.
[0040]
When the conductive polymer is deposited on the surface of the negative electrode active material layer, if the amount of the conductive polymer deposited is small, the effect of improving the cycle characteristics cannot be obtained sufficiently. In addition, if the amount of the conductive polymer deposited is too large, the proportion of the inactive portion that does not contribute to the reaction increases, and the proportion of the active portion that contributes to the reaction decreases accordingly, and charge / discharge per negative electrode. The ability will be reduced. Therefore, when depositing the conductive polymer on the surface of the negative electrode active material layer, it is preferable to deposit the conductive polymer so that the thickness of the conductive polymer is in the range of 0.01 μm to 50 μm.
[0041]
The negative electrode can 3 accommodates the negative electrode 2 and serves as an external negative electrode of the nonaqueous electrolyte battery 1.
[0042]
The positive electrode 4 is formed by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material on a positive electrode current collector. For example, an aluminum foil or the like is used as the positive electrode current collector.
[0043]
As the positive electrode active material, a metal oxide, a metal sulfide, a specific polymer, or the like can be used depending on the type of the target battery.
[0044]
Specifically, as the positive electrode active material, TiS2, MoS2, NbSe2, V2OFiveLithium-free metal sulfides or oxides such as LixMO2(Wherein M represents one or more transition metals, x varies depending on the charge / discharge state of the battery, and is generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10.) be able to.
[0045]
As the transition metal M constituting this lithium composite oxide, Co, Ni, Mn and the like are preferable. As a specific example of such a lithium composite oxide, LiCoO2LiNiO2, LixNiyCo1-yO2(Wherein x and y vary depending on the charge / discharge state of the battery, and usually 0 <x <1, 0.7 <y <1.02). Examples include lithium manganese composite oxides having a spinel structure. Can do. These lithium composite oxides can generate a high voltage and become a positive electrode active material excellent in energy density. For the positive electrode, a mixture of a plurality of these positive electrode active materials may be used.
[0046]
Moreover, when forming a positive electrode using the above positive electrode active material, a well-known electrically conductive material, a binder, etc. can be added.
[0047]
The positive electrode can 5 accommodates the positive electrode 4 and serves as an external positive electrode of the non-aqueous electrolyte battery 1.
[0048]
The separator 6 separates the positive electrode 4 and the negative electrode 2, and a known material that is usually used as a separator for this type of non-aqueous electrolyte battery can be used. For example, a polymer film such as polypropylene is used. Is used. Moreover, the thickness of a separator needs to be as thin as possible from the relationship between lithium ion conductivity and energy density. Specifically, the thickness of the separator is suitably 50 μm or less, for example.
[0049]
The insulating gasket 7 is incorporated in and integrated with the negative electrode can 3. The insulating gasket 7 is for preventing leakage of the non-aqueous electrolyte filled in the negative electrode can 3 and the positive electrode can 5.
[0050]
As the non-aqueous electrolyte, a solution in which an electrolyte is dissolved in an aprotic non-aqueous solvent is used.
[0051]
Any nonaqueous solvent can be used as long as it is used for this type of battery. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4 -Methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, propionitrile, anisole, acetate ester, butyrate ester, propionate ester and the like.
[0052]
As the electrolyte, any electrolyte that can be used in this type of battery can be used. To illustrate, LiClOFour, LiAsF6, LiPF6, LiBFFour, LiB (C6HFive)Four, CHThreeSOThreeLi, CFThreeSOThreeLi, LiCl, LiBr, etc. are mentioned.
[0053]
In the non-aqueous electrolyte battery 1 of the present invention having the above-described configuration, since the negative electrode active material layer contains a conductive polymer, a conductive path in the negative electrode is stably formed, and lithium The volume change of the negative electrode accompanying dope undoping is suppressed. As a result, the nonaqueous electrolyte battery 1 of the present invention has excellent cycle characteristics.
[0054]
In the above-described embodiment, a non-aqueous electrolyte battery using a non-aqueous electrolyte is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a solid electrolyte containing an electrolyte salt is described. Alternatively, a solid electrolyte battery using a solid electrolyte obtained by impregnating an organic polymer with a nonaqueous solvent and an electrolyte salt, or a gel electrolyte battery using a gel electrolyte obtained by impregnating a matrix polymer with a nonaqueous solvent and an electrolyte salt Is also applicable.
[0055]
As the solid electrolyte, any inorganic solid electrolyte or polymer solid electrolyte can be used as long as the material has lithium ion conductivity. Examples of the inorganic solid electrolyte include lithium nitride and lithium iodide. The polymer solid electrolyte is composed of an electrolyte salt and a polymer compound that dissolves the electrolyte salt. Examples of the polymer compound include ether polymers such as poly (ethylene oxide) and cross-linked compounds, and ester compounds such as poly (methacrylate). A polymer, an acrylate polymer, or the like can be used alone, or can be copolymerized or mixed in the molecule.
[0056]
As the matrix polymer of the gel electrolyte, various polymers can be used as long as they can gel by absorbing the non-aqueous electrolyte. Specific examples of the matrix polymer include fluorine-based polymers such as poly (vinylidene fluoride) and poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), and ether-based polymers such as poly (ethylene oxide) and the same crosslinked products. Moreover, poly (acrylonitrile) etc. are mentioned. In particular, it is preferable to use a fluorine-based polymer from the viewpoint of redox stability. By containing an electrolyte salt, ionic conductivity is imparted.
[0057]
In the above-described embodiment, the secondary battery has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and can also be applied to a primary battery. The battery of the present invention is not particularly limited in shape, such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a button shape, and can be various sizes such as a thin shape and a large size.
[0058]
【Example】
In order to confirm the effect of the present invention, a battery having the above-described configuration was produced and its characteristics were evaluated.
[0059]
<Example 1>
First, a negative electrode was produced as follows.
[0060]
Mg2Si was pulverized to an average particle size of 15 μm. This Mg250 parts by weight of Si powder, 40 parts by weight of artificial graphite, and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed to form a negative electrode mixture, which is further dispersed in n-methylpyrrolidone to form a slurry. It was.
[0061]
Next, the obtained slurry was uniformly applied to both surfaces of a copper foil serving as a negative electrode current collector, dried, compression-molded with a roll press, and punched into a pellet shape having a diameter of 15.5 mm. Polyparaphenylene, which is a p-type conductive polymer, was electrochemically produced on the obtained pellet. Specifically, cupric chloride and LiAsF6Soak pellets in a nitrobenzene solution of benzene with 1 mA / cm as the electrolyte2The polyparaphenylene was electrolytically polymerized on the pellet surface under the constant current conditions.
[0062]
Next, the positive electrode was produced as follows.
[0063]
LiCoO which becomes a positive electrode active material by mixing lithium carbonate and cobalt carbonate at a molar ratio of 0.5: 1 and firing in air at 900 ° C. for 5 hours.2Got.
[0064]
Next, the obtained LiCoO291 parts by weight, 6 parts by weight of graphite as a conductive material, and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were prepared to prepare a positive electrode mixture, which was further dispersed in n-methylpyrrolidone. A slurry was formed.
[0065]
Next, the obtained slurry was uniformly applied to both surfaces of an aluminum foil having a thickness of 20 μm serving as a positive electrode current collector, dried, compression-molded with a roll press machine, and punched into a pellet having a diameter of 15.5 mm.
[0066]
On the other hand, LiPF in an equal volume mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate6Was dissolved at a concentration of 1.0 mol / l to prepare a non-aqueous electrolyte.
[0067]
And the obtained negative electrode was accommodated in the negative electrode can, the positive electrode was accommodated in the positive electrode can, and the separator which consists of a 25-micrometer-thick polypropylene porous membrane was distribute | arranged between the negative electrode and the positive electrode. A coin-type nonaqueous electrolyte battery having a diameter of 20 mm and a height of 2.5 mm is obtained by injecting a nonaqueous electrolyte into the negative electrode can and the positive electrode can and caulking and fixing the negative electrode can and the positive electrode can through an insulating gasket. Was completed.
[0068]
<Example 2>
Mg as negative electrode active material2Si instead of Si2N2A coin-type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that O was used.
[0069]
<Example 3>
First, polyparaphenylene powder was obtained as follows.
[0070]
Anhydrous aluminum chloride and anhydrous cupric chloride were added to benzene and stirred. After cooling, the resulting solid was washed with benzene. After evaporating the benzene, it was dispersed in hydrochloric acid and the solid was ground in boiling hydrochloric acid. Furthermore, polyparaphenylene powder was obtained by washing with sufficient water and drying.
[0071]
And the negative electrode was produced as follows using the obtained polyparaphenylene powder.
[0072]
Mg2Si was pulverized to an average particle size of 15 μm. This Mg2Mixing 50 parts by weight of Si powder, 40 parts by weight of artificial graphite, 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder, and 5 parts by weight of polyparaphenylene powder to form a negative electrode mixture, A slurry was formed by dispersing in n-methylpyrrolidone.
[0073]
Next, the obtained slurry was uniformly applied to both sides of a copper foil serving as a negative electrode current collector, dried, compression-molded with a roll press machine, and punched into a pellet shape having a diameter of 15.5 mm to produce a negative electrode. .
[0074]
A coin-type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode obtained as described above was used.
[0075]
<Comparative example 1>
A coin-type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that polyparaphenylene was not formed on the negative electrode pellet.
[0076]
<Comparative example 2>
Mg as negative electrode active material2Si instead of Si2N2A coin-type nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that O was used and polyparaphenylene was not formed on the negative electrode pellet.
[0077]
The cycle characteristics were evaluated for each battery obtained as described above.
[0078]
First, a constant current and constant voltage discharge at 20 ° C. and 1 mA was performed up to an upper limit of 4.2 V, and then a 1 mA constant current discharge was performed up to a final voltage of 2.5 V. The above process was made into 1 cycle, and this was repeated 30 cycles. Then, the discharge capacity retention rate (%) at the 30th cycle when the discharge capacity at the 1st cycle was set to 100 was obtained. The initial capacity was almost the same for all batteries.
[0079]
Table 1 shows the measurement results of the discharge capacity retention rates for the batteries of Examples 1 to 3, Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
[0080]
[Table 1]
Figure 0004639410
[0081]
From Table 1, Mg as the negative electrode active material2Example 1 using Si and Comparative Example 1 were compared, and Si was used as the negative electrode active material.2N2As is clear from comparison between Example 2 using O and Comparative Example 2, in Example 1 and Example 2 in which the conductive polymer was formed on the negative electrode, the conductive polymer was formed on the negative electrode. It can be seen that the discharge capacity retention rate is dramatically improved in comparison with Comparative Example 1 and Comparative Example 2 that were not present.
[0082]
Further, in addition to the formation of the conductive polymer on the negative electrode, as is clear from comparison between Example 3 in which the conductive polymer is mixed in the negative electrode and Comparative Example 1, in Example 3, the comparison was made. Compared to Example 1, it can be seen that a high discharge capacity retention rate is obtained.
[0083]
Therefore, it has been found that the discharge capacity retention ratio can be improved by forming a conductive polymer on the negative electrode or mixing a conductive polymer in the negative electrode.
[0084]
【The invention's effect】
  In the present invention, Mg2Si or electrochemically lithium 400mAh / cm3Si that can be doped and dedoped2N2OAnd polyparaphenyleneOn the surface of the negative electrode active material layer containingConsist ofDeposit a conductive polymer film,The content of polyparaphenylene in the negative electrode active material layer is Mg 2 Si or Si 2 N 2 By making the range of 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of O, the film thickness of the conductive polymer is made 0.01 μm or more and 50 μm or less.In addition, it is possible to realize a negative electrode in which a conductive path in the negative electrode is stably formed and a change in volume of the negative electrode due to lithium doping and dedoping is suppressed.
[0085]
And in this invention, the nonaqueous electrolyte battery excellent in cycling characteristics is realizable by using the above negative electrodes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a nonaqueous electrolyte battery according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 nonaqueous electrolyte battery, 2 negative electrode, 3 negative electrode can, 4 positive electrode, 5 positive electrode can, 6 separator, 7 insulating gasket

Claims (4)

MgSi及びポリパラフェニレンを含有する負極活物質層の表面に、ポリパラフェニレンからなる導電性高分子の膜が被着され、
上記負極活物質層中に、上記ポリパラフェニレンが上記MgSiの100重量部に対して、0.1重量部以上、20重量部以下の範囲で含有され、上記導電性高分子の膜厚が、0.01μm以上、50μm以下であり、非水電解質電池に用いられる負極。
A conductive polymer film made of polyparaphenylene is deposited on the surface of the negative electrode active material layer containing Mg 2 Si and polyparaphenylene,
In the negative electrode active material layer, the polyparaphenylene is contained in the range of 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the Mg 2 Si, and the film thickness of the conductive polymer negative but the 0.01μm or more, 50 [mu] m Ri der hereinafter used in the nonaqueous electrolyte battery.
電気化学的にリチウムを400mAh/cm以上でドープ・脱ドープ可能であるSiO及びポリパラフェニレンを含有する負極活物質層の表面に、ポリパラフェニレンからなる導電性高分子の膜が被着され、
上記負極活物質層中に、上記ポリパラフェニレンが上記SiOの100重量部に対して、0.1重量部以上、20重量部以下の範囲で含有され、上記導電性高分子の膜厚が、0.01μm以上、50μm以下であり、非水電解質電池に用いられる負極。
Conductive polymer film made of polyparaphenylene on the surface of a negative electrode active material layer containing Si 2 N 2 O and polyparaphenylene electrochemically capable of doping and dedoping lithium at 400 mAh / cm 3 or more Is deposited,
In the negative electrode active material layer, the polyparaphenylene is contained in a range of 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the Si 2 N 2 O, and the conductive polymer a negative electrode thickness, 0.01 [mu] m or more state, and are less 50 [mu] m, used in the nonaqueous electrolyte battery.
リチウム複合酸化物を含有する正極と、
MgSi及びポリパラフェニレンを含有する負極活物質層の表面に、ポリパラフェニレンからなる導電性高分子の膜が被着された負極と、
上記正極と上記負極との間に介在される非水電解質とを備え、
上記負極活物質層中に、上記ポリパラフェニレンが上記MgSiの100重量部に対して、0.1重量部以上、20重量部以下の範囲で含有され、上記導電性高分子の膜厚が、0.01μm以上、50μm以下である非水電解質電池。
A positive electrode containing a lithium composite oxide;
A negative electrode in which a conductive polymer film made of polyparaphenylene is deposited on the surface of a negative electrode active material layer containing Mg 2 Si and polyparaphenylene;
A non-aqueous electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode,
In the negative electrode active material layer, the polyparaphenylene is contained in the range of 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the Mg 2 Si, and the film thickness of the conductive polymer Is a non-aqueous electrolyte battery of 0.01 μm or more and 50 μm or less.
リチウム複合酸化物を含有する正極と、
電気化学的にリチウムを400mAh/cm以上でドープ・脱ドープ可能であるSiO及びポリパラフェニレンを含有する負極活物質層の表面に、ポリパラフェニレンからなる導電性高分子の膜が被着された負極と、
上記正極と上記負極との間に介在される非水電解質とを備え、
上記負極活物質層中に、上記ポリパラフェニレンが上記SiOの100重量部に対して、0.1重量部以上、20重量部以下の範囲で含有され、上記導電性高分子の膜厚が、0.01μm以上、50μm以下である非水電解質電池。
A positive electrode containing a lithium composite oxide;
Conductive polymer film made of polyparaphenylene on the surface of a negative electrode active material layer containing Si 2 N 2 O and polyparaphenylene electrochemically capable of doping and dedoping lithium at 400 mAh / cm 3 or more A negative electrode coated with,
A non-aqueous electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode,
In the negative electrode active material layer, the polyparaphenylene is contained in a range of 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the Si 2 N 2 O, and the conductive polymer A nonaqueous electrolyte battery having a film thickness of 0.01 μm or more and 50 μm or less.
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