JP4789032B2 - Negative electrode active material particles for lithium secondary battery and method for producing negative electrode - Google Patents

Negative electrode active material particles for lithium secondary battery and method for producing negative electrode Download PDF

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Description

本発明は、リチウム二次電池用の新規な高容量の負極活物質粒子およびその製造方法に関し、特に、電気化学的にリチウムを吸蔵および放出するリチウム二次電池用の負極活物質粒子であって、低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面の全部または一部にシリコン又は錫の全部または一部が他の金属元素と合金化した非晶質領域を有する合金粒子と、および/または低温焼成カーボン、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボン繊維又は黒鉛からなる炭素材料が固着されており、かつ、前記低融点金属粒子又は低融点合金粒子は、少なくとも全部または一部が合金化した非晶質領域を有する前記シリコン又は錫の合金粒子より大きな平均粒子径を有していることを特徴とする、リチウム二次電池用負極活物質粒子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a novel high-capacity negative electrode active material particle for a lithium secondary battery and a method for producing the same, and more particularly, to a negative electrode active material particle for a lithium secondary battery that electrochemically occludes and releases lithium. Alloy particles having amorphous regions in which all or part of silicon or tin is alloyed with other metal elements on all or part of the surface of low melting point metal particles or low melting point alloy particles, and / or low temperature firing A carbon material composed of carbon, acetylene black, ketjen black, carbon fiber or graphite is fixed, and the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles are at least partially or partially alloyed amorphous regions. A negative active material particle for a lithium secondary battery, and a production thereof, characterized by having an average particle size larger than that of the silicon or tin alloy particles having Law on.

リチウム二次電池は、特に携帯用機器に使用される。昨今の携帯用機器に代表される携帯電話および携帯用電子機器、パソコン、PDAにおいて多くの機能が付加されて使用される電池には、その機器の作動電圧に応じた出力電圧と、使用時間に影響する電池容量を大きくする要求がある。特に、使用時間を長くするための電池容量の増加については、限られた電池スペースでは電気エネルギーを蓄える活物質のエネルギー密度を高める以外に電池の容量を増加させることはできない。 Lithium secondary batteries are used in particular for portable devices. Batteries that are used with many functions added to mobile phones and portable electronic devices such as portable devices such as recent portable devices, personal computers, PDAs, and output voltage according to the operating voltage of the device, and usage time There is a need to increase the battery capacity to affect. In particular, with regard to an increase in battery capacity for prolonging the usage time, the capacity of the battery cannot be increased other than increasing the energy density of the active material that stores electrical energy in a limited battery space.

従来から使用されている代表的なリチウム二次電池の正極活物質はコバルト酸リチウムであり、負極活物質は黒鉛である。このような電池材料構成で容積エネルギー効率を400Wh/L以上にするのは困難である。特に、負極活物質としての黒鉛の理論エネルギー量は372mAh/gであるために電池容量のさらなる向上を図るためには限界があり、他の種類の負極活物質の利用が各研究機関や電池製造メーカーで研究開発されている。 The positive electrode active material of a typical lithium secondary battery conventionally used is lithium cobaltate, and the negative electrode active material is graphite. With such a battery material configuration, it is difficult to increase the volumetric energy efficiency to 400 Wh / L or more. In particular, since the theoretical energy amount of graphite as a negative electrode active material is 372 mAh / g, there is a limit to further improve the battery capacity, and the use of other types of negative electrode active materials is not limited to each research institution or battery manufacturing. Researched and developed by the manufacturer.

そのような中で考えられている負極活物質材としてはシリコン、錫、金属リチウムなどがあり、金属リチウムについてはリチウムデンドライトの発生、シリコン及び錫についてはリチウムイオンの吸蔵・放出に伴う体積膨張収縮による結晶構造の破壊および微粒子化による孤立化などによる利用率低下が問題としてあり、それらの改善が色々となされている。
特開平8−50922号公報 特開平8−213008号公報 特開2001−332254号公報 特開2003−77529号公報 特開2003−109589号公報 特開2002−83594号公報 WO00/17949号国際公開公報 WO01/029912号国際公開公報
Examples of negative electrode active material materials that are considered in this context include silicon, tin, and lithium metal. For metal lithium, lithium dendrite is generated, and for silicon and tin, volume expansion and contraction associated with insertion and extraction of lithium ions. There is a problem that the utilization rate is lowered due to the destruction of the crystal structure due to crystallization and the isolation due to fine particles, and various improvements have been made.
JP-A-8-50922 Japanese Patent Laid-Open No. 8-213008 JP 2001-332254 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-77529 JP 2003-109589 A JP 2002-83594 A WO00 / 17949 International Publication WO01 / 029912 International Publication

負極活物質としてのシリコン及び錫は、リチウムイオンの吸蔵・放出に伴う体積膨張・収縮の比率が大きく、また、粒子の微粒子化が起こり易いために電気的な繋がりが阻害され、充放電サイクルと共に充電放電ができ難くなるといった問題がある。 Silicon and tin as the negative electrode active material have a large volume expansion / contraction ratio associated with occlusion / release of lithium ions, and since the particles are easily atomized, the electrical connection is hindered, along with the charge / discharge cycle. There is a problem that it becomes difficult to charge and discharge.

また、負極活物質はスパッタリング、真空蒸着、メッキなど方法により、負極集電体表面に被覆されているが、このような表面処理方法で形成できる被覆層の厚みはせいぜい数μm程度であり、被覆層の厚みを厚くし過ぎるとリチウムイオンを吸蔵・放出する際の体積変化で被覆層にクラックが発生し微粉砕化してしまうといった問題があった。 The negative electrode active material is coated on the surface of the negative electrode current collector by a method such as sputtering, vacuum deposition, or plating. The thickness of the coating layer that can be formed by such a surface treatment method is about several μm at most. When the thickness of the layer is made too thick, there is a problem that cracks are generated in the coating layer due to a volume change at the time of occlusion / release of lithium ions, resulting in fine pulverization.

さらに、リチウム二次電池の電池容量を大きくするためには被覆される負極活物質の被覆量を大きくする必要があるが、上記表面処理方法では形成できる被覆層の厚みには限界がある上に製造時間が極めて長くなるなど実用的でないといった問題があった。 Furthermore, in order to increase the battery capacity of the lithium secondary battery, it is necessary to increase the coating amount of the negative electrode active material to be coated, but the thickness of the coating layer that can be formed by the surface treatment method is limited. There was a problem that it was not practical, for example, the manufacturing time was extremely long.

一方、被覆される負極活物質の量を大きくするためには、負極活物質粒子を導電材およびバインダーなどと混錬した塗工液で塗工するといった他の表面処理方法が用いられてきたが、この方法では、前記表面処理方法に比べて塗工された被覆層の導電性が悪く、微粉砕化した場合には各粒子間の電気的伝導が遮断されてリチウム二次電池の電池容量が急速に低下させてしまうという問題があった。 On the other hand, in order to increase the amount of the negative electrode active material to be coated, other surface treatment methods such as coating the negative electrode active material particles with a coating liquid kneaded with a conductive material and a binder have been used. In this method, the conductivity of the coated layer is poor compared to the surface treatment method, and when pulverized, the electrical conduction between the particles is cut off and the battery capacity of the lithium secondary battery is reduced. There was a problem of a rapid decrease.

そこで、本発明は、以上のような問題を解決することを目的に開発されたものであり、その主な目的は、(1)負極活物質粒子のリチウムイオンの吸蔵・放出に伴う粒子の微細化からくる孤立化の抑制と、(2)負極集電体への負極活物質粒子の被覆量を増大させながら表面処理負荷の低減を図ることができる、リチウム二次電池用負極活物質粒子およびその製造方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been developed for the purpose of solving the above-mentioned problems, and its main purpose is (1) the fineness of particles associated with occlusion / release of lithium ions of negative electrode active material particles. And (2) negative electrode active material particles for lithium secondary batteries capable of reducing the surface treatment load while increasing the amount of negative electrode active material particles coated on the negative electrode current collector, and It is in providing the manufacturing method.

本発明による負極活物質粒子およびその製造方法は、低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面の全部または一部にシリコン又は錫の全部または一部が他の金属元素と合金化した非晶質領域を有する合金粒子と、および/または低温焼成カーボン、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボン繊維又は黒鉛からなる炭素材料で表面改質したことおよびその製造方法に特徴があり、特に、電気化学的にリチウムを吸蔵および放出するリチウム二次電池用の負極活物質粒子であって、低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面の全部または一部にシリコン又は錫の全部または一部が他の金属元素と合金化した非晶質領域を有する合金粒子と、および/または低温焼成カーボン、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボン繊維又は黒鉛からなる炭素材料が固着されており、かつ、前記低融点金属粒子又は低融点合金粒子は、少なくとも全部または一部が合金化した非晶質領域を有する前記シリコン又は錫の合金粒子より大きい平均粒子径を有しているもので表面処理することにより、電気的特性の良好な負極活物質粒子およびその製造方法を提供するものである。 A negative electrode active material particle and a method for producing the same according to the present invention include an amorphous material in which all or part of silicon or tin is alloyed with another metal element on all or part of the surface of low melting point metal particles or low melting point alloy particles. It is characterized in that it is surface-modified with an alloy particle having a region and / or a carbon material composed of low-temperature-fired carbon, acetylene black, ketjen black, carbon fiber or graphite, and its manufacturing method, particularly electrochemically Negative electrode active material particles for lithium secondary batteries that occlude and release lithium, wherein all or part of the surface of low melting point metal particles or low melting point alloy particles is all or part of silicon or tin is another metal element Alloy particles having an amorphous region alloyed with carbon and / or low-temperature-fired carbon, acetylene black, ketjen black, carbon fiber or The carbon material made of graphite is fixed, and the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles are larger in average than the silicon or tin alloy particles having an amorphous region in which at least all or a part is alloyed. Provided are negative electrode active material particles having good electrical characteristics and a method for producing the same by surface treatment with a particle size.

すなわち、本発明による負極活物質粒子およびその製造方法によれば、低融点金属粒子又は低融点合金粒子を母材として、さらに、その表面の全部または一部に前記低融点金属粒子又は低融点合金粒子より小さな平均粒子径を有するシリコン又は錫からなる非晶質領域を有する合金粒子と、および/または低温焼成カーボン、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボン繊維又は黒鉛からなる炭素材料とを粒子形状又は繊維状のまま固着させたり層状に被覆させたりすることにより、複雑化した形状を有する負極活物質粒子が提供される。 That is, according to the negative electrode active material particle and the method for producing the same according to the present invention, the low melting point metal particle or the low melting point alloy particle is used as a base material, and the low melting point metal particle or the low melting point alloy is further formed on the whole or a part of the surface. Alloy particles having an amorphous region made of silicon or tin having an average particle size smaller than the particles, and / or a carbon material made of low-temperature fired carbon, acetylene black, ketjen black, carbon fiber or graphite The negative electrode active material particles having a complicated shape are provided by fixing them in a fibrous state or coating them in layers.

この負極活物質粒子の表面に被覆されたシリコン又は錫からなる合金粒子と、および/または低温焼成カーボン、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボン繊維又は黒鉛からなる炭素材料は、低融点金属粒子又は低融点合金粒子に強く結合しているため、それぞれの核となる低融点金属粒子又は低融点合金粒子が負極集電体およびこれに隣接する負極活物質粒子との電気的な直接接触を保証し、さらには、それらの周囲に存在するカーボン繊維などの導電材が負極集電体およびこれに隣接する負極活物質粒子との間接的接触を保証する働きをする。 The alloy particles made of silicon or tin coated on the surface of the anode active material particles and / or the carbon material made of low-temperature fired carbon, acetylene black, ketjen black, carbon fiber or graphite are low melting point metal particles or low Because it is strongly bonded to the melting point alloy particles, the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles that are the cores of each ensure the direct electrical contact between the negative electrode current collector and the negative electrode active material particles adjacent thereto, Furthermore, conductive materials such as carbon fibers present around them serve to ensure indirect contact between the negative electrode current collector and the negative electrode active material particles adjacent thereto.

このような形態は、核となる低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面にシリコン又は錫を主体とする合金が負極活物質粒子として結合しているために、リチウム二次電池の充放電時の体積膨張・収縮に際して逆に各負極活物質粒子間の距離を縮ませ、これにより各負極活物質粒子同士の接触が充放電を行う前よりも良好となる。 In such a form, since an alloy mainly composed of silicon or tin is bonded as negative electrode active material particles to the surfaces of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles serving as the nucleus, the lithium secondary battery is charged and discharged. On the contrary, the distance between the negative electrode active material particles is reduced during the volume expansion / contraction, so that the contact between the negative electrode active material particles becomes better than before charge / discharge.

また、負極活物質として機能する非晶質組織を有するシリコン又は錫からなる合金粒子自体は、リチウムイオンの吸蔵および放出に伴う体積変化による構造変化の歪疲労から微細化が進み、孤立化による電気的接触の低下を招くことになるが、低融点金属粒子又は低融点合金粒子からなる導電性金属粒子を核として表面上にシリコン又は錫を主体とする非晶質組織を有する合金粒子が被覆(固着)された負極活物質粒子の場合は、シリコン又は錫からなる合金粒子自体の大きさをリチウムイオンを吸蔵していない状態で5μm以下に抑えれば、微細化の進行割合を極めて少なくすることができる。 In addition, the alloy particles made of silicon or tin having an amorphous structure functioning as the negative electrode active material itself have been miniaturized due to strain fatigue due to structural changes due to volume changes associated with insertion and extraction of lithium ions. The alloy particles having an amorphous structure mainly composed of silicon or tin are coated on the surface with conductive metal particles composed of low melting point metal particles or low melting point alloy particles as a core ( In the case of fixed negative electrode active material particles, if the size of the alloy particles made of silicon or tin itself is suppressed to 5 μm or less in a state where lithium ions are not occluded, the progress rate of miniaturization can be extremely reduced. Can do.

さらに、このような負極活物質粒子の形態は、該負極活物質粒子が負極集電体上に所定の厚みを持って被覆されることにより各粒子および負極集電体との間に適当な空隙を形成すると共に、負極活物質粒子を支えている低融点金属粒子又は低融点合金粒子の変形のし易さと相まって、リチウムイオンの吸蔵・放出に伴う被覆層の体積変化を吸収するように作用し、その結果、本発明による負極活物質粒子は充放電に伴う被覆層自体の体積変化を軽減するためにも貢献する。 Furthermore, such a negative electrode active material particle has a form in which an appropriate gap is formed between each particle and the negative electrode current collector by coating the negative electrode active material particle with a predetermined thickness on the negative electrode current collector. In combination with the ease of deformation of the low-melting-point metal particles or low-melting-point alloy particles that support the negative electrode active material particles, it acts to absorb the volume change of the coating layer that accompanies occlusion / release of lithium ions. As a result, the negative electrode active material particles according to the present invention also contribute to reducing the volume change of the coating layer itself due to charge / discharge.

このとき、本発明による負極活物質粒子により負極表面に形成された被覆層の空隙率は、30〜65%の範囲内にあることが好ましい。 At this time, the porosity of the coating layer formed on the negative electrode surface by the negative electrode active material particles according to the present invention is preferably in the range of 30 to 65%.

このような空隙率は、空隙率30%より小さくなると、負極活物質粒子により形成された被覆層の中への電解液の浸透を困難にして、電解液の真空含浸に多大な時間を必要とさせたり含浸量不足で電池性能を悪化させたりし、また、限られた容積内での電極の動きにより内部短絡を発生し易くしたりする。逆に、空隙率65%より大きくなると、限られた容積内に所定量の負極活物質を配置できなくなり電池容量が低減してしまうといった問題を生じさせることとなる。 When such a porosity is less than 30%, it is difficult for the electrolyte to penetrate into the coating layer formed of the negative electrode active material particles, and a large amount of time is required for vacuum impregnation of the electrolyte. The battery performance may be deteriorated due to insufficient amount of impregnation, and an internal short circuit is likely to occur due to movement of the electrode within a limited volume. On the other hand, when the porosity is larger than 65%, a predetermined amount of the negative electrode active material cannot be disposed in the limited volume, resulting in a problem that the battery capacity is reduced.

したがって、このような適当な空隙を負極の被覆層に保持するためには、表面処理後、リチウム二次電池用の負極を適度に加圧成形することによりリチウム二次電池用の負極を形成させることが重要である。必要以上に加圧することにより空隙率を低下させた状態でリチウム二次電池を作製すると、充放電を繰り返すことにより負極の厚みが増加し、最終的には設計通りの負極厚みを維持することができなくなってリチウム二次電池を破壊してしまうことになる。 Therefore, in order to maintain such an appropriate gap in the coating layer of the negative electrode, the negative electrode for the lithium secondary battery is formed by appropriately pressure-molding the negative electrode for the lithium secondary battery after the surface treatment. This is very important. When a lithium secondary battery is produced in a state where the porosity is lowered by applying pressure more than necessary, the thickness of the negative electrode increases by repeating charge and discharge, and finally the negative electrode thickness as designed can be maintained. It becomes impossible to destroy the lithium secondary battery.

本発明による負極活物質粒子の表面に存在するシリコン又は錫からなる合金粒子自体の平均粒子径は5μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは2μm以下の平均粒子径を有する前記合金粒子が、リチウムイオンを吸蔵および放出する際の体積変化に対応して応力歪を効果的に抑制し微細化を抑制することが判明した。また、このとき組み合せられる核となっている低融点金属粒子又は低融点合金粒子の平均粒子径が15μm以下に抑えられると、さらに応力歪の発生を効果的に防止し微細化を抑制できることが判明した。 The average particle diameter of the alloy particles made of silicon or tin present on the surface of the negative electrode active material particles according to the present invention is preferably 5 μm or less, more preferably the alloy particles having an average particle diameter of 2 μm or less are lithium. It was found that stress strain is effectively suppressed and miniaturization is suppressed in response to the volume change during occlusion and release of ions. Also, it has been found that if the average particle size of the low melting point metal particles or low melting point alloy particles that are cores combined at this time is suppressed to 15 μm or less, the generation of stress strain can be effectively prevented and miniaturization can be suppressed. did.

一方、負極活物質粒子の平均粒子径は低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面にシリコン又は錫からなる合金粒子が固着してることから、粒子全体としての平均粒子径は35μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは15μm以下であると負極集電体への均質な被覆が可能となるとともに、リチウムイオンを吸蔵および放出する際の粒子の体積変化に対しても電気的な接触が維持できることが判った。 On the other hand, the average particle size of the negative electrode active material particles is that the alloy particles made of silicon or tin are fixed on the surface of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles, so the average particle size of the particles as a whole is 35 μm or less. More preferably, when the thickness is 15 μm or less, the negative electrode current collector can be uniformly coated, and the electrical contact can be maintained against the volume change of the particles when the lithium ions are occluded and released. I understood.

シリコン又は錫からなる合金粒子自体の平均粒子径が5μmより大きくなると、負極被覆面に凹凸が発生し、また、核となる低融点金属粒子又は低融点合金粒子の平均粒子径までもが15μmより大きくなると負極集電体に被覆された被覆層の厚みが必要以上に大きくなってしまい、この結果、特に一部に角部を有する負極集電体上に負極活物質粒子が表面処理される負極を使用した場合には、約16%程度の割合で内部短絡を起こしてセパレーターを損傷することが破損されたリチウムイオン電池を解体調査することにより確認された。 When the average particle diameter of the alloy particles made of silicon or tin is larger than 5 μm, irregularities are generated on the negative electrode covering surface, and the average particle diameter of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles as the core is more than 15 μm. When it becomes large, the thickness of the coating layer coated on the negative electrode current collector becomes larger than necessary, and as a result, the negative electrode in which the negative electrode active material particles are surface-treated particularly on the negative electrode current collector partially having corners. When the battery was used, it was confirmed by disassembling the broken lithium ion battery that an internal short circuit occurred at a rate of about 16% to damage the separator.

このように、シリコン又は錫からなる合金粒子を低融点金属粒子又は低融点合金粒子の外表面に固着させた負極活物質粒子全体の平均粒子径が35μmより大きくなると、外表面に固着されたシリコン又は錫からなる合金粒子の固着厚みが大きくなり過ぎて、充放電サイクルを経るに従いシリコン又は錫からなる合金粒子が剥がれて孤立化することが判明した。 Thus, when the average particle diameter of the whole negative electrode active material particles in which the alloy particles made of silicon or tin are fixed to the outer surface of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles is larger than 35 μm, the silicon fixed to the outer surface Alternatively, it has been found that the adhesion thickness of the alloy particles made of tin becomes too large, and the alloy particles made of silicon or tin peel off and become isolated as the charge / discharge cycle passes.

一方、2μm以下の平均粒径を有する合金粒子を使用すると、各粒子間に形成された空隙がリチウムイオンの吸蔵および放出時の応力歪を吸収するようになることから、合金粒子の微細化をより一層効果的に抑制できることが判明した。特に、核となる低融点金属元素又は低融点合金元素の平均粒子径を3μm以下に抑えた場合はこの効果はより一層顕著となる。 On the other hand, when alloy particles having an average particle size of 2 μm or less are used, voids formed between the particles absorb the stress strain at the time of occlusion and release of lithium ions. It turned out that it can suppress more effectively. In particular, when the average particle diameter of the low melting point metal element or low melting point alloy element serving as the nucleus is suppressed to 3 μm or less, this effect becomes even more remarkable.

すなわち、負極活物質粒子全体でその平均粒子径を15μm以下に抑えると、シリコン又は錫からなる合金粒子は核となる低融点金属粒子又は低融点合金粒子の外表面に最大で3〜4層に積み重なった状態で固着され、シリコン又は錫からなる合金粒子の膨張収縮に耐えて形状が崩れないことが判明した。さらに、低融点金属粒子又は低融点合金粒子の外表面にシリコン又は錫からなる合金粒子が1層に積み重なった状態で固着した場合は、負極活物質粒子全体の平均粒子径が7μm以下となると複合化した負極活物質粒子の安定性がより一層増すことが判った。 That is, when the average particle diameter of the negative electrode active material particles as a whole is suppressed to 15 μm or less, the alloy particles made of silicon or tin are divided into a maximum of 3 to 4 layers on the outer surface of the low-melting-point metal particles or the low-melting-point alloy particles serving as nuclei. It has been found that the solid particles are fixed in a stacked state, can withstand expansion and contraction of alloy particles made of silicon or tin, and the shape does not collapse. Further, when the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles are bonded to the outer surface of the alloy particles made of silicon or tin in a state where they are stacked in one layer, if the average particle diameter of the whole negative electrode active material particles becomes 7 μm or less, the composite It was found that the stability of the converted negative electrode active material particles was further increased.

また、非晶質領域を有するシリコン又は錫からなる合金粒子の形状は、リチウムイオンの吸蔵および放出時に発生する応力歪の偏った分布を緩和し均一化を図るために球状に近い粒子形状であることが好ましく、より球状に近い粒子形状であればあるほど粒子の微細化が進み難いことが判明した。 In addition, the shape of the alloy particles made of silicon or tin having an amorphous region is a particle shape close to a sphere in order to alleviate the uneven distribution of stress strain generated at the time of occlusion and release of lithium ions and to make it uniform. It has been found that the smaller the particle shape, the more difficult it is to refine the particles.

次に、本発明によるシリコン又は錫と他の金属元素よりなるシリコン又は錫からなる合金粒子自体は、その全部または一部に非晶質領域を有することが好ましい。 Next, the alloy particles made of silicon or tin made of silicon or tin and other metal elements according to the present invention preferably have an amorphous region in whole or in part.

また、本発明によるシリコン又は錫からなる合金粒子はその全部または一部に非晶質領域を有すればよいから、他の金属元素はシリコン又は錫の全部と合金化されている必要はなく、シリコン又は錫の一部と合金化しているものであってもよい。 Further, since the alloy particles made of silicon or tin according to the present invention need only have an amorphous region in all or part thereof, the other metal elements do not need to be alloyed with all of silicon or tin, It may be alloyed with a part of silicon or tin.

この非晶質領域の形成は、以下に説明する方法によって作製される。 This amorphous region is formed by the method described below.

シリコン又は錫を非晶質化するために添加される他の金属元素としては、その添加する目的および工程の違いによりシリコン又は錫の非晶質化を促進するために添加される第1の他の金属元素と、シリコン又は錫の非晶質化および被覆するために添加される第2の他の金属元素とに大別される。 The other metal element added for amorphizing silicon or tin is the first other element added to promote the amorphization of silicon or tin depending on the purpose and process of addition. And a second other metal element added for amorphization and coating of silicon or tin.

まず、シリコン又は錫の非晶質化を促進するためには、一般的な合金製造方法を用いて第1の他の金属元素が最終的な負極活物質粒子全体の重量の0.1wt%以下となるようにプレ・シリコン又は錫合金粒子が作製される。 First, in order to promote the amorphization of silicon or tin, the first other metal element is 0.1 wt% or less of the total weight of the final negative electrode active material particles by using a general alloy manufacturing method. Pre-silicon or tin alloy particles are produced so that

このように、シリコン又は錫にあらかじめ0.1wt%程度の他の金属元素を添加してプレ・シリコン又は錫合金粒子を作製しておくことは、例えば、この後の非晶質化工程で遊星ボールミルなどを用いて加工処理する場合にシリコン又は錫の非晶質化が第1の他の金属元素を添加しない場合には30〜48時間程度かかっていたのが、数時間程度の短い時間で非晶質化することもできた。 Thus, pre-silicon or tin alloy particles are prepared by adding about 0.1 wt% of another metal element to silicon or tin in advance, for example, in the subsequent amorphization process. When processing using a ball mill or the like, the amorphization of silicon or tin takes about 30 to 48 hours when the first other metal element is not added, but in a short time of about several hours. It could also be made amorphous.

なお、上述されたプレ・シリコン又は錫合金粒子が後述される第2の他の金属元素と合金化および非晶質化した後の合金組成は、第2の他の金属元素の添加により、第1の金属元素が非晶質化されたシリコン又は錫からなる合金粒子全体の重量の0.1wt%よりさらに低率となって含有されることになる。また、シリコン合金粒子において鉄が第1の他の金属元素として使用されている場合は、鉄には微量のシリコンが含まれているために0.1wt%以上の含有率を示して含有されることがある。 The alloy composition after the pre-silicon or tin alloy particles described above are alloyed and amorphized with a second other metal element, which will be described later, is increased by adding the second other metal element. One metal element is contained at a lower rate than 0.1 wt% of the total weight of alloy particles made of amorphous silicon or tin. Further, when iron is used as the first other metal element in the silicon alloy particles, iron is contained with a content of 0.1 wt% or more because the iron contains a small amount of silicon. Sometimes.

このように、シリコン又は錫の非晶質化を促進させるためにあらかじめ添加すべき適当な第1の他の金属元素としては、鉄、アルミニウム、クロム、アンチモン及びマグネシウムなどがある。また、ここでシリコン又は錫と第1の他の金属元素よりなるプレ・シリコン又は錫合金粒子は、シリコン又は錫と、複数の異なる第1の他の合金元素を添加することによって合金化されたものであってもよい。 As described above, suitable first metal elements to be added in advance in order to promote the amorphization of silicon or tin include iron, aluminum, chromium, antimony, and magnesium. Here, the pre-silicon or tin alloy particles made of silicon or tin and the first other metal element were alloyed by adding silicon or tin and a plurality of different first other alloy elements. It may be a thing.

つぎに、例えば上記プレ・シリコン又は錫合金粒子は、第2の他の金属元素と混合され、少なくともメカニカルアロイング法、メカニカルグライディング法、液体急冷法及び気体急冷法より選ばれた1又は2以上の製法により非晶質化され、全部または一部に非晶質領域を有するシリコン又は錫からなる合金粒子が作製される。 Next, for example, the pre-silicon or tin alloy particles are mixed with a second other metal element, and one or more selected from at least a mechanical alloying method, a mechanical gliding method, a liquid quenching method, and a gas quenching method. Thus, alloy particles made of silicon or tin having an amorphous region in whole or in part are produced.

また、作製されたシリコン又は錫からなる合金粒子は、その全部または一部に非晶質領域を有すればよいから、他の金属元素はシリコン又は錫の全部と合金化されている必要はなく、シリコン又は錫の一部と合金化しているものであってもよい。さらに、後述される非晶質化されたシリコン又は錫からなる合金粒子を表面改質化するためには、前記これらの異なる製法によって作製されたシリコン又は錫からなる合金粒子の混合粉を使用することもできる。 In addition, since the produced alloy particles made of silicon or tin need only have an amorphous region in all or a part thereof, other metal elements do not need to be alloyed with all of silicon or tin. It may be alloyed with a part of silicon or tin. Further, in order to surface-modify amorphous alloy particles made of silicon or tin, which will be described later, a mixed powder of alloy particles made of silicon or tin produced by these different production methods is used. You can also.

このように、シリコン又は錫を非晶質化するためにプレ・シリコン又は錫からなる合金粒子と混合される第2の他の金属元素としては、鉄、アルミニウム、コバルト、銅、ニッケル、クロム、マグネシウム、鉛、亜鉛、ビスマス及びアンチモンがあり、さらに、シリコンを非晶質化する場合に有効な金属元素としては錫が挙げられる。また、非晶質化されたシリコン又は錫からなる合金粒子は、第1の他の金属元素と同じ又は複数の異なる前記第2の他の合金元素を混合することによって非晶質化させたものであってもよい。 As described above, the second other metal elements mixed with the alloy particles made of pre-silicon or tin in order to make silicon or tin amorphous may include iron, aluminum, cobalt, copper, nickel, chromium, There are magnesium, lead, zinc, bismuth and antimony, and further, tin is an effective metal element for making silicon amorphous. Also, the amorphous alloy particles made of silicon or tin are made amorphous by mixing the second other alloy element which is the same as or different from the first other metal element. It may be.

ここでシリコンの場合、前記製法により作製された非晶質領域を有するシリコンとしては、シリコンの結晶構造の違いにより非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンが存在するが、本発明においては、非晶質領域を有するシリコンの他、微結晶領域を有するシリコンを含む。 Here, in the case of silicon, there are amorphous silicon, microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, and single crystal silicon due to the difference in the crystal structure of silicon as silicon having an amorphous region manufactured by the above-described manufacturing method. In the present invention, silicon having a microcrystalline region is included in addition to silicon having an amorphous region.

また、非晶質シリコンとは、ラマン分光分析において非晶質領域に対応する480cm-1近傍のピークが検出される一方、結晶領域に対応する520cm-1近傍のピークが実質的に検出されないものである。また、微結晶シリコンとは、ラマン分光分析において結晶領域に対応する520cm-1近傍のピークと、非晶質領域に対応する480cm-1近傍のピークとの両方が実質的に検出されるものであり、微結晶シリコンは結晶領域と非晶質領域とから実質的に構成されるものである。一方、多結晶シリコン及び単結晶シリコンは、ラマン分光分析において、結晶領域に対応する520cm-1近傍のピークが検出される一方、非晶質領域に対応する480cm-1近傍のピークが実質的に検出されないものである。 Amorphous silicon is one in which a peak in the vicinity of 480 cm −1 corresponding to the amorphous region is detected in Raman spectroscopic analysis, whereas a peak in the vicinity of 520 cm −1 corresponding to the crystalline region is not substantially detected. It is. Microcrystalline silicon is a substance in which both a peak near 520 cm −1 corresponding to a crystalline region and a peak near 480 cm −1 corresponding to an amorphous region are substantially detected in Raman spectroscopic analysis. In other words, microcrystalline silicon is substantially composed of a crystalline region and an amorphous region. On the other hand, in polycrystalline silicon and single crystal silicon, a peak in the vicinity of 520 cm −1 corresponding to the crystalline region is detected in Raman spectroscopic analysis, while a peak in the vicinity of 480 cm −1 corresponding to the amorphous region is substantially detected. It is not detected.

このように、負極活物質に非晶質化されたシリコン又は錫を使用する理由としては、従来より有望視されていたシリコン又は錫などの負極活物質では、リチウムイオンを吸蔵したり放出したりした場合の体積膨張変化が3倍から4倍と非常に大きくなることが欠点の一つで、その結果、結晶がその体積変化に耐え切れなくなって微粉砕され、負極中で電気的な接続経路が遮断されて電気化学反応に寄与しなくなってしまうのに対して、非晶質化されたシリコン又は錫は、他の金属元素と合金化されることによる各元素同士の強い結合力のために前記膨張・収縮に対する耐久性が高まると共に、非晶質化により粒子自体の体積変化をも小さくでき、その結果、粒子が微粉砕されることによる負極中での電気的な接続経路の遮断を抑制する上で極めて有効であるからである。 As described above, the reason for using amorphous silicon or tin as the negative electrode active material is that the negative electrode active material such as silicon or tin, which has been regarded as promising conventionally, absorbs or releases lithium ions. One of the drawbacks is that the volume expansion change in this case is very large, 3 to 4 times. As a result, the crystals cannot withstand the volume change and are finely pulverized. Is blocked and does not contribute to the electrochemical reaction, whereas amorphized silicon or tin is due to the strong bonding force between elements by alloying with other metal elements. The durability against the expansion and contraction is increased, and the volume change of the particles themselves can be reduced by amorphization, and as a result, the blocking of the electrical connection path in the negative electrode due to the fine pulverization of the particles is suppressed. Pole to do Te is because it is effective.

また、負極と接触する界面において固体電解質を用いる場合には、このような非晶質化されたシリコン又は錫を用いると該電解質に含まれる成分が負極活物質粒子からなる負極表面処理層に拡散して固溶され、その結果、負極活物質粒子で表面処理された負極と固体電解質との密着性が向上することも考えられる。 In addition, when a solid electrolyte is used at the interface in contact with the negative electrode, when such amorphous silicon or tin is used, components contained in the electrolyte are diffused into the negative electrode surface treatment layer made of negative electrode active material particles. As a result, the adhesion between the negative electrode surface-treated with the negative electrode active material particles and the solid electrolyte may be improved.

また、負極と固体電解質との密着性が高まると、イオン伝導性が向上してより高い充放電容量が得られるようになると共に、充放電を繰り返した場合に、負極活物質粒子の体積変化による固体電解質との接触性が低下することも抑制されて、さらに優れた充放電サイクル特性が得られるようになる。さらに、上述のように負極と固体電解質とが接触する界面において固体電解質に含まれる成分が負極活物質粒子の中に固溶された状態になると、あたかも金属間化合物を形成したかのように、充放電によって固体電解質に含まれる成分と負極活物質とが分離されて密着性が低下するということもなく、一層優れた充放電サイクル特性が得られるようになる。 In addition, when the adhesion between the negative electrode and the solid electrolyte is increased, the ion conductivity is improved and a higher charge / discharge capacity is obtained. When charge / discharge is repeated, the volume of the negative electrode active material particles changes. A decrease in the contact property with the solid electrolyte is also suppressed, and more excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained. Furthermore, as described above, when the component contained in the solid electrolyte is in a solid solution in the negative electrode active material particles at the interface where the negative electrode and the solid electrolyte contact, as if an intermetallic compound was formed, Even better charge / discharge cycle characteristics can be obtained without the charge and discharge separating the component contained in the solid electrolyte from the negative electrode active material and reducing the adhesion.

このように、負極内の負極活物質の膨張・収縮に対する耐久性を高め、微粉砕化を抑制し、さらには負極と固体電解質との密着性を高めることによりリチウム二次電池の充放電サイクル特性の向上を図るためには、少なくともシリコン又は錫からなる合金粒子全体の重量に占める非晶質領域の割合が80wt%以上にすることが必要である。 In this way, the charge / discharge cycle characteristics of the lithium secondary battery are improved by enhancing the durability against expansion / contraction of the negative electrode active material in the negative electrode, suppressing pulverization, and further improving the adhesion between the negative electrode and the solid electrolyte. In order to improve the above, it is necessary that the ratio of the amorphous region in the total weight of the alloy particles made of at least silicon or tin is 80 wt% or more.

シリコン又は錫からなる合金粒子全体の重量に占める非晶質領域の割合を80wt%以上にすると、合金粒子の体積膨張・収縮による構造破壊が抑制されることによりリチウム二次電池の充放電50サイクル後の容量減衰率が約1/20まで改善され、非晶質化が進んでいないシリコン粒子またはシリコン合金粒子を用いた場合に比べてリチウム二次電池容量の減衰抑制効果を一層高めることができる。 When the proportion of the amorphous region in the total weight of the alloy particles made of silicon or tin is 80 wt% or more, 50 cycles of charge and discharge of the lithium secondary battery are suppressed by suppressing the structural breakdown due to volume expansion / contraction of the alloy particles. The capacity decay rate is improved to about 1/20 later, and the effect of suppressing the attenuation of the lithium secondary battery capacity can be further enhanced as compared with the case of using silicon particles or silicon alloy particles that are not amorphized. .

また、本発明によれば、低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面にその粒子より小さな平均粒子径を有するシリコン又は錫からなる合金粒子を被覆(固着)させているため、前記各合金粒子はその核となる低融点金属粒子又は低融点合金粒子の間にできた空隙を一定の接触を保ちながら効率よく埋める働きをし、さらにはリチウムイオンの吸蔵・放出に際しても、シリコン又は錫からなる合金粒子のみがその核となる低融点金属粒子又は低融点合金粒子の相対位置を殆ど変化させることなく各粒子間にできた空隙の中でその体積を膨張および収縮させることにより、負極活物質粒子全体としての各粒子間の接触、すなわち、負極活物質粒子同士の電気抵抗はリチウムイオンの吸蔵・放出に際して殆ど変化することはなく、したがって、安定したリチウム二次電池の充放電サイクル特性が得られるようになる。 In addition, according to the present invention, the surface of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles is coated (fixed) with the alloy particles made of silicon or tin having an average particle size smaller than the particles. Works to efficiently fill the voids formed between the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles as the core while maintaining constant contact, and is also composed of silicon or tin for the storage and release of lithium ions. Negative electrode active material particles by expanding and contracting the volume in the voids formed between the particles without changing the relative position of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles whose core is the alloy particles alone The contact between the particles as a whole, that is, the electrical resistance between the negative electrode active material particles hardly changes when the lithium ions are occluded / released. Charge-discharge cycle characteristics of the lithium secondary battery so obtained was.

さらに、作製された負極活物質粒子が酸化してしまうことより生じるリチウムイオンに対する不活性化を防止するために、プレ・シリコン又は錫合金粒子の非晶質化や非晶質化されたシリコン又は錫からなる合金粒子による被覆(固着)は不活性ガス雰囲気の中で実施されることが好ましい。 Further, in order to prevent inactivation of lithium ions caused by oxidation of the produced negative electrode active material particles, pre-silicon or tin alloy particles are made amorphous or amorphous silicon or The coating (adhering) with the alloy particles made of tin is preferably performed in an inert gas atmosphere.

プレ・シリコン又は錫合金粒子と第2の金属元素、およびシリコン又は錫からなる合金粒子と低融点金属粒子又は低融点合金粒子との固着・表面処理を不活性ガス雰囲気の中で実施すると、生成される金属酸化物を所定量以下に抑えることが可能であり、また、このような不活性ガス雰囲気下における金属酸化物生成の抑制は、本発明による負極活物質粒子を構成する各金属粒子が雰囲気ガスと反応して他の金属生成物を生成してしまうことをも排除する。 When pre-silicon or tin alloy particles and second metal element, and silicon or tin alloy particles and low melting point metal particles or low melting point alloy particles are fixed and surface treated in an inert gas atmosphere It is possible to suppress the generated metal oxide to a predetermined amount or less, and the suppression of the generation of the metal oxide in such an inert gas atmosphere is caused by each metal particle constituting the negative electrode active material particle according to the present invention. It also excludes reacting with the atmospheric gas to produce other metal products.

また、このとき生成される金属酸化物の負極活物質粒子全体の重量に占める割合が1wt%より大きくなると、初期負極活物質粒子の利用率が相乗効果で90%以下になってしまうため、負極活物質粒子全体の重量に占める金属酸化物の割合は1wt%以下に抑えられていることが好ましい。 Further, when the proportion of the metal oxide generated at this time in the total weight of the negative electrode active material particles exceeds 1 wt%, the utilization factor of the initial negative electrode active material particles becomes 90% or less due to a synergistic effect. The ratio of the metal oxide to the total weight of the active material particles is preferably suppressed to 1 wt% or less.

さらに、本発明による負極活物質粒子は、低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面の全部または一部を非晶質化されたシリコン又は錫からなる合金粒子と、および/または低温焼成カーボン、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボン繊維又は黒鉛からなる炭素材料で被覆(接着、結着、融着、結合、圧着など)することより、極めて複雑な形状が与えられる。 Further, the negative electrode active material particles according to the present invention include low-melting point metal particles or low-melting point alloy particles whose surface is entirely or partly made of alloy particles made of silicon or tin, and / or low-temperature fired carbon, Coating with a carbon material made of acetylene black, ketjen black, carbon fiber or graphite (adhesion, binding, fusion, bonding, pressure bonding, etc.) gives an extremely complicated shape.

この複合化された負極活物質粒子の形状は、負極集電体に表面処理された後、各粒子間に形成された適度な空隙により負極活物質粒子により形成された被覆層が充放電に伴い体積変化することを吸収すると共に、体積変化した場合であっても、それにより生じた各粒子間の隙間を埋めて各粒子間の電気的な繋がりを保証し、その結果、以下に述べるような多くのさらなる作用効果をもたらす。 The shape of the composite negative electrode active material particles is such that, after the surface treatment is performed on the negative electrode current collector, the coating layer formed of the negative electrode active material particles by the appropriate voids formed between the particles is accompanied by charge / discharge. Absorbs the volume change, and even when the volume changes, it fills the gaps between the resulting particles to ensure electrical connection between the particles, and as a result, as described below There are many additional effects.

例えば、銅箔や銅メッキされたフィルムからなる負極集電体の表面に、本発明による負極活物質粒子とケッチェンブラックなどのカーボン又はリチウムイオンを吸蔵し難い導電性材料およびバインダーを加え、さらに希釈液を加えて混錬して得られた塗工液を所定の膜厚になるように塗工・乾燥することにより作製された負極の場合について説明すると、第1の作用効果として本発明による負極活物質粒子は、低融点金属粒子又は低融点合金粒子に対して小さな粒子径を有するシリコン又は錫からなる合金粒子をリチウムイオンの吸蔵および放出するための負極活物質としてその表面に被覆(固着)させていることから、シリコン又は錫からなる合金粒子を介した導電経路が短くなり、各負極活物質粒子間およびこの負極活物質粒子が適用された負極の電気抵抗を低減することができた。 For example, a negative electrode active material particle according to the present invention and a conductive material that hardly absorbs carbon or lithium ions such as ketjen black and a binder are added to the surface of a negative electrode current collector made of a copper foil or a copper-plated film. The case of a negative electrode produced by applying and drying a coating liquid obtained by kneading with a diluting liquid so as to have a predetermined film thickness will be described as a first effect. The negative electrode active material particles are coated (adhered to) the negative electrode active material for inserting and extracting lithium ions with alloy particles made of silicon or tin having a small particle diameter with respect to the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles. Therefore, the conductive path through the alloy particles made of silicon or tin is shortened, and the negative electrode active material particles are applied between the negative electrode active material particles and the negative electrode active material particles. And it was possible to reduce the electrical resistance of the negative electrode.

第2の作用効果としては、本発明による負極活物質粒子は高い導電性を示す低融点金属粒子又は低融点合金粒子の体積が負極活物質粒子全体の体積に占める割合を大きくしたために、負極活物質粒子のおよびこの負極活物質粒子が適用された負極の電気抵抗は低融点金属元素又は低融点合金元素の物性に依存することとなり、より小さな体積を有するシリコン又は錫からなる合金粒子による影響は最小限に抑えられてほぼ均一な電気抵抗とすることができた。 As the second function and effect, the negative electrode active material particles according to the present invention increase the ratio of the volume of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles exhibiting high conductivity to the total volume of the negative electrode active material particles. The electrical resistance of the material particles and the negative electrode to which the anode active material particles are applied depends on the physical properties of the low melting point metal element or low melting point alloy element, and the influence of the alloy particles made of silicon or tin having a smaller volume is It was possible to obtain an almost uniform electrical resistance that was minimized.

また、第3の作用効果としては、従来は電極内に充填された負極活物質粒子同士の電気的な繋がりを与えるために、ナノ単位の超微細な形状を有するケッチェンブラックやアセチレンブラックなどといった導電材料が使用されていたのに対して、本発明による負極活物質粒子では、これら超微細な形状を有する導電材料を低温焼成炭素や黒鉛などといった大きな粒子径を有する粒子に置き換えることができ、その結果、負極容量が増大すると共に電気抵抗を低減することができた。なお、ケッチェンブラックやアセチレンブラックなどと併用すればさらに電導性は向上する。 Further, as a third effect, conventionally, in order to provide electrical connection between the negative electrode active material particles filled in the electrode, such as ketjen black or acetylene black having a nano-unit ultrafine shape, etc. Whereas a conductive material was used, in the negative electrode active material particles according to the present invention, the conductive material having these ultrafine shapes can be replaced with particles having a large particle diameter such as low-temperature fired carbon or graphite, As a result, the negative electrode capacity increased and the electrical resistance could be reduced. In addition, when used in combination with ketjen black or acetylene black, the electrical conductivity is further improved.

さらに、第4の作用効果としては、本発明による負極活物質粒子が適用された負極を用いると、特にリチウム二次電池を充電した場合に核となる低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面に被覆(固着)したシリコン又は錫からなる合金粒子が各負極活物質粒子間にできた空隙を埋めるようにリチウムイオンの吸蔵に伴い大きくなることから、各負極活物質粒子同士の電気的な繋がりをより一層強固なものとすることができた。 Further, as a fourth function and effect, when the negative electrode to which the negative electrode active material particles according to the present invention are applied is used, the surface of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles that become nuclei particularly when a lithium secondary battery is charged. Since the alloy particles made of silicon or tin coated (adhered) on the surface increase with occlusion of lithium ions so as to fill the voids formed between the respective negative electrode active material particles, electrical connection between the respective negative electrode active material particles Can be made even stronger.

このように表面改質複合化された負極活物質プレ粒子の形成は、低融点金属粒子又は低融点合金粒子を焼結法、表面改質複合化法(高速で複数種類の粉体同士が衝突しながら容器内を循環することにより合金化、表面処理する製法で、ハイブリダイジング法とも呼ばれる方法や容器内壁と中心軸との間隙で粉体が押し付けられる時の摩砕熱と加圧力を利用して合金化、表面処理するメカノフュージョン製法などがある。)を用いて非晶質化されたシリコン又は錫からなる合金粒子で表面処理することにより行われる。また、本発明による負極活物質粒子は、これらの異なる製法によって作製された負極活物質プレ粒子の混合粉を用いたものであってもよい。 In this way, the surface modified composite negative electrode active material pre-particles can be formed by sintering low melting point metal particles or low melting point alloy particles using a sintering method or a surface modification composite method (multiple types of powders collide at high speed. This is a method of alloying and surface treatment by circulating in the container while using a method called hybridizing method and grinding heat and pressure when the powder is pressed by the gap between the container inner wall and the central axis. And alloying and surface-treating mechano-fusion manufacturing method, etc.), and surface treatment is performed with alloy particles made of silicon or tin that has been amorphousized. Moreover, the negative electrode active material particles according to the present invention may be those using a mixed powder of negative electrode active material pre-particles produced by these different production methods.

さらに、非晶質化されたシリコン又は錫からなる合金粒子で表面処理された低融点金属粒子又は低融点合金粒子、すなわち負極活物質プレ粒子の表面に比較的粒子径の大きな低温焼成炭素や黒鉛などの炭素材料を固着させるためには、前記表面処理された負極活物質金属粒子の表面を高分子有機材料溶液で被覆して不活性ガス雰囲気の中で焼成し、前記高分子有機材料溶液をカーボン化または揮発化させることにより行われる。 Furthermore, low melting point metal particles or low melting point alloy particles surface-treated with amorphous silicon or tin alloy particles, that is, low temperature fired carbon or graphite having a relatively large particle diameter on the surface of the negative electrode active material pre-particles. In order to fix a carbon material such as the above, the surface of the surface-treated negative electrode active material metal particles is coated with a polymer organic material solution and baked in an inert gas atmosphere. It is carried out by carbonization or volatilization.

前記製法の中で、特にメカニカルアロイング法、またはメカニカルグラインディング法などを用いて低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面に非晶質化されたシリコン又は錫からなる合金粒子を被覆し、さらに低温焼成により低温焼成炭素や黒鉛などの炭素材料が固着された本発明による負極活物質粒子を作製すると、リチウムイオンの吸蔵・放出に伴い粒子形状が破壊した場合でも、これらのシリコン又は錫からなる合金粒子と、および/または低温焼成カーボン、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボン繊維又は黒鉛からなる炭素材料が低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面に凹凸を形成しながら残存し、網の目状に形成された電導性ネットワークを維持することから、固着されたシリコン又は錫からなる合金粒子と、および/または炭素材料を媒体として各粒子間の電気的な繋がりが維持され、リチウムイオン電池の電池容量の減少が抑制される。 Among the above production methods, in particular, the alloying particles made of amorphous silicon or tin are coated on the surface of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles using the mechanical alloying method or the mechanical grinding method, Further, when the negative electrode active material particles according to the present invention in which carbon materials such as low-temperature-fired carbon and graphite are fixed by low-temperature firing are produced, even if the particle shape is destroyed due to occlusion / release of lithium ions, these silicon or tin And / or a carbon material composed of low-temperature-fired carbon, ketjen black, acetylene black, carbon fiber, or graphite remains while forming irregularities on the surface of the low-melting-point metal particles or low-melting-point alloy particles. In order to maintain a conductive network formed in a grid, alloy particles made of bonded silicon or tin and And / or electrical connection between the particulate carbon material as a medium is maintained, a decrease in battery capacity of the lithium ion battery is suppressed.

この結果、このような表面処理がなされていない場合の負極の表面抵抗は9Ωcmであったものに対して、1.5Ωcm以下まで低減され改善することができた。 As a result, the surface resistance of the negative electrode without such surface treatment was 9 Ωcm, but was reduced to 1.5 Ωcm or less and improved.

このように、低融点金属粒子又は低融点合金粒子と、および/または低温焼成カーボン、カーボン繊維又は黒鉛からなる炭素材料は、上述したように負極集電体への結合と各粒子間の導電性を確保するためなどに寄与するものであるから、かかる目的を達成するための低融点合金粒子としては、鉛半田、鉛フリー半田、導体ペーストなどの金属自身が柔らかく、かつ、約850℃以下の低温で処理できるものが好ましく、具体的には、Sn−Pb合金、Sn−Sb合金、Sn−Ag合金、Sn−Bi合金、Sn−In合金、Sn−Zn合金、Sn−Ag−In−Bi合金よりなる群から選ばれた1種以上の鉛半田、鉛フリー半田であることが好ましい。 As described above, the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles and / or the carbon material composed of the low-temperature-fired carbon, carbon fiber, or graphite are bonded to the negative electrode current collector and the conductivity between the particles as described above. Therefore, as the low melting point alloy particles for achieving this purpose, the metal itself such as lead solder, lead-free solder, and conductor paste is soft and has a temperature of about 850 ° C. or less. What can be processed at low temperature is preferable, and specifically, Sn-Pb alloy, Sn-Sb alloy, Sn-Ag alloy, Sn-Bi alloy, Sn-In alloy, Sn-Zn alloy, Sn-Ag-In-Bi. One or more types of lead solder selected from the group consisting of alloys and lead-free solder are preferred.

また、これと同様に好ましい低融点金属粒子としては、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、鉛及び亜鉛よりなる群から選ばれた1種以上の金属元素が挙げられる。 Similarly, preferable low melting point metal particles include one or more metal elements selected from the group consisting of iron, aluminum, copper, nickel, lead and zinc.

また、網の目状に形成された電導性ネットワークの機能を補完し、自らも負極活物質として機能できる炭素材料としては、約300℃〜1,000℃の間で焼成された低温焼成カーボン、カーボン繊維及び黒鉛よりなる群から選ばれた1種又は2種以上の炭素材料が低融点金属粒子又は低融点合金粒子からなる粒子の複合化による表面改質ために使用できる。 Further, as a carbon material that complements the function of the conductive network formed in a mesh shape and can function as a negative electrode active material itself, low-temperature calcined carbon calcined between about 300 ° C. and 1,000 ° C., One or more carbon materials selected from the group consisting of carbon fibers and graphite can be used for surface modification by compositing particles composed of low melting point metal particles or low melting point alloy particles.

さらに、本発明による上記目的を達成するためには、負極活物質粒子を構成するシリコン又は錫からなる合金粒子に含まれる第1および第2の他の金属元素の前記合金粒子全体の重量に占める割合が10〜83wt%の範囲内にあることが好ましい。 Furthermore, in order to achieve the above object according to the present invention, the first and second other metal elements contained in the alloy particles made of silicon or tin constituting the negative electrode active material particles account for the total weight of the alloy particles. The ratio is preferably in the range of 10 to 83 wt%.

第1および第2の他の金属元素がシリコン又は錫からなる合金粒子全体の重量に占める割合が10wt%より少ないと、リチウムイオンの吸蔵および放出時の体積膨張・収縮に伴う構造変化歪の疲労からシリコン又は錫からなる合金粒子の微細化が進み、孤立化により電気的接触が乏しくなる傾向を示す。また、83wt%より多い場合は、リチウムイオン吸蔵および放出に対してシリコン又は錫からなる合金粒子の体積膨張・収縮による微細化が抑制されることにより、孤立化により電気的接触が乏しくなるといった問題点は改善されるものの、負極活物質粒子としての電池容量が極めて小さくなるといった問題点を生ずることになる。 When the ratio of the first and second other metal elements to the total weight of the alloy particles made of silicon or tin is less than 10 wt%, fatigue of structural change strain accompanying volume expansion / contraction during insertion and extraction of lithium ions Since the alloy particles made of silicon or tin have been refined, the electrical contact tends to be poor due to isolation. Further, when the amount is more than 83 wt%, the problem that the electrical contact becomes poor due to isolation by suppressing the miniaturization due to volume expansion / contraction of the alloy particles made of silicon or tin against the insertion and release of lithium ions. Although the point is improved, there arises a problem that the battery capacity as the negative electrode active material particles becomes extremely small.

このように、本発明による負極活物質粒子は、軟化点(又は融点)の低い金属粒子又は合金粒子を母材として、その表面に母材粒子より小さな平均粒子径を有するシリコン又は錫からなる合金粒子(実質的には、負極活物質粒子としてリチウムイオンの吸蔵・放出に寄与する合金粒子)を被覆(固着)させたものであるから、前記低融点金属粒子又は低融点合金粒子とシリコン又は錫からなる合金粒子との金属間結合が進行し易くなり、強固な被覆(固着)がなされた負極活物質粒子を提供することができる。 As described above, the negative electrode active material particles according to the present invention are made of metal or alloy particles having a low softening point (or melting point) as a base material, and an alloy made of silicon or tin having an average particle size smaller than that of the base material particles on the surface. Since the particles (substantially, alloy particles contributing to occlusion / release of lithium ions as negative electrode active material particles) are coated (fixed), the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles and silicon or tin Bonding between the metal and the alloy particles made of the metal can easily proceed, and negative electrode active material particles that are firmly coated (fixed) can be provided.

また、上記本発明による負極活物質粒子の構成は低温下での負極集電体表面への負極活物質粒子の被覆を可能とするため、熱履歴による負極集電体の変形や変質することなどを防止し、かつ、負極集電体と被覆層およびその被覆層の中にできた各負極活物質粒子同士の強固な結合により、高い導電性を有する電気的なネットワークを形成することができる。 Further, the configuration of the negative electrode active material particles according to the present invention enables the negative electrode current collector particles to be coated on the surface of the negative electrode current collector at a low temperature, so that the negative electrode current collector is deformed or altered due to thermal history, etc. In addition, it is possible to form an electrical network having high conductivity by the strong bonding between the negative electrode current collector, the coating layer, and the negative electrode active material particles formed in the coating layer.

次に、本発明による負極活物質粒子およびそれを用いたリチウム二次電池用の負極の形成方法について説明する。 Next, the negative electrode active material particles according to the present invention and a method for forming a negative electrode for a lithium secondary battery using the same will be described.

本発明によるリチウム二次電池用負極活物質粒子の製造方法は、電気的化学にリチウムを吸蔵および放出するリチウム二次電池用の負極活物質粒子を製造する方法であって、
シリコン又は錫の全部または一部と第1の他の金属元素とを合金化させてシリコン又は錫からなる合金粒子を製造するための第1のステップと、
前記シリコン又は錫からなる合金粒子表面の全部または一部を第2の他の金属元素でさらに合金化および/または表面処理し、非晶質領域を有するシリコン又は錫からなる合金粒子に改質するための第2のステップと、
前記シリコン又は錫からなる合金粒子を低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面に固着させて負極活物質プレ粒子を形成させるための第3のステップと、
前記負極活物質プレ粒子の表面を高分子有機材料溶液で被覆して不活性ガス雰囲気の中で焼成し、前記高分子有機材料溶液をカーボン化または揮発化させることにより炭素材料を固着させて負極活物質粒子を形成させるための第4のステップとを含み、そして
前記第3のステップは、前記低融点金属粒子又は低融点合金粒子が少なくとも全部または一部が合金化した非晶質領域を有する前記シリコン又は錫からなる合金粒子より大きな平均粒子径を有しており、かつ、少なくともメカニカルアロイング法、メカニカルグライディング法、メカノフュージョン法、ハイブリダイジング法及び焼結法より選ばれた1又は2以上の製法により前記シリコン又は錫からなる合金粒子を固着させることを特徴とする。
A method for producing negative electrode active material particles for a lithium secondary battery according to the present invention is a method for producing negative electrode active material particles for a lithium secondary battery that occludes and releases lithium in an electrochemistry,
A first step for alloying all or part of silicon or tin with a first other metal element to produce alloy particles comprising silicon or tin;
All or a part of the surface of the alloy particles made of silicon or tin is further alloyed and / or surface-treated with the second other metal element to modify the alloy particles made of silicon or tin having an amorphous region. A second step for
A third step for fixing the alloy particles made of silicon or tin to the surface of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles to form negative electrode active material pre-particles;
The surface of the negative electrode active material pre-particles is coated with a polymer organic material solution and baked in an inert gas atmosphere, and the polymer organic material solution is carbonized or volatilized to fix the carbon material to the negative electrode. A fourth step for forming active material particles, and the third step has an amorphous region in which the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles are at least partially or alloyed. 1 or 2 having an average particle size larger than that of the alloy particles made of silicon or tin, and selected from at least a mechanical alloying method, a mechanical gliding method, a mechanofusion method, a hybridizing method, and a sintering method The alloy particles made of silicon or tin are fixed by the above manufacturing method.

また、本発明によるリチウム二次電池用負極の製造方法は、電気化学的にリチウムを吸蔵および放出するリチウム二次電池用負極を製造する方法であって、
シリコン又は錫の全部または一部と第1の他の金属元素とを合金化させてシリコン又は錫からなる合金粒子を製造するための第1のステップと、
前記シリコン又は錫からなる合金粒子表面の全部または一部を第2の他の金属元素でさらに合金化および/または表面処理し、非晶質領域を有するシリコン又は錫からなる合金粒子に改質するための第2のステップと、
前記シリコン又は錫からなる合金粒子を低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面に固着させて負極活物質プレ粒子を形成させるための第3のステップと、
前記負極活物質プレ粒子の表面を高分子有機材料溶液で被覆して不活性ガス雰囲気の中で焼成し、前記高分子有機材料溶液をカーボン化または揮発化させることにより炭素材料を固着させて負極活物質粒子を形成させるための第4のステップと、
前記負極活物質粒子を含む被覆材料を負極集電体に表面処理し、負極を形成させるための第5のステップとを含み、そして
前記第3のステップは、前記低融点金属粒子又は低融点合金粒子が少なくとも全部または一部が合金化した非晶質領域を有する前記シリコン又は錫からなる合金粒子より大きな平均粒子径を有しており、かつ、少なくともメカニカルアロイング法、メカニカルグライディング法、メカノフュージョン法、ハイブリダイジング法及び焼結法より選ばれた1又は2以上の製法により前記シリコン又は錫からなる合金粒子を固着させることを特徴とする。
A method for producing a negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention is a method for producing a negative electrode for a lithium secondary battery that electrochemically occludes and releases lithium,
A first step for alloying all or part of silicon or tin with a first other metal element to produce alloy particles comprising silicon or tin;
All or a part of the surface of the alloy particles made of silicon or tin is further alloyed and / or surface-treated with the second other metal element to modify the alloy particles made of silicon or tin having an amorphous region. A second step for
A third step for fixing the alloy particles made of silicon or tin to the surface of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles to form negative electrode active material pre-particles;
The surface of the negative electrode active material pre-particles is coated with a polymer organic material solution and baked in an inert gas atmosphere, and the polymer organic material solution is carbonized or volatilized to fix the carbon material to the negative electrode. A fourth step for forming active material particles;
And a fifth step for forming a negative electrode by surface-treating a coating material containing the negative electrode active material particles on a negative electrode current collector, and the third step includes the low melting point metal particles or the low melting point alloy. The particles have an average particle size larger than that of the alloy particles made of silicon or tin having at least all or partly alloyed amorphous regions, and at least mechanical alloying method, mechanical gliding method, mechanofusion The alloy particles comprising silicon or tin are fixed by one or more production methods selected from a method, a hybridizing method and a sintering method.

ここで、本発明による負極活物質粒子およびそれを用いたリチウム二次電池用の負極の形成方法の特徴としては、第3のステップにおいて用いられる特定の材料が本ステップにおいて用いられる製法と組み合されることによって、初めて所望の形状および結合状態を有する本発明による負極活物質粒子が提供されることである。 Here, as a feature of the negative electrode active material particles according to the present invention and a method for forming a negative electrode for a lithium secondary battery using the same, the specific material used in the third step is combined with the manufacturing method used in this step. Thus, the negative electrode active material particles according to the present invention having a desired shape and bonding state are provided for the first time.

すなわち、第3のステップにおいて用いられる低融点金属粒子又は低融点合金粒子は、非晶質領域を有するシリコン又は錫からなる合金粒子より大きい平均粒子径を有しており、これが後述する被覆(固着)方法と組み合わされることにより、低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面にシリコン又は錫からなる合金粒子を強く固着させ、しかも全体として複雑形状を呈するようにして負極活物質プレ粒子を生成させる。 That is, the low-melting-point metal particles or low-melting-point alloy particles used in the third step have a larger average particle size than the alloy particles made of silicon or tin having an amorphous region, In combination with the method, the alloy particles made of silicon or tin are strongly fixed to the surface of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles, and the negative electrode active material pre-particles are formed so as to have a complicated shape as a whole. .

さらに、第4のステップにおいては、前記負極活物質プレ粒子の表面を高分子有機材料溶液で被覆して不活性ガス雰囲気の中で焼成し、前記高分子有機材料溶液をカーボン化または揮発化させることにより、比較的粒子径の大きな低温焼成炭素や黒鉛などの炭素材料を負極活物質プレ粒子の表面に強固に固着させたことである。 Further, in the fourth step, the surface of the negative electrode active material pre-particles is coated with a polymer organic material solution and fired in an inert gas atmosphere to carbonize or volatilize the polymer organic material solution. Thus, a carbon material such as low-temperature calcined carbon or graphite having a relatively large particle diameter is firmly fixed to the surface of the negative electrode active material pre-particles.

前記第1のステップは、シリコン又は錫と第1の他の金属元素とを、例えば、溶解法などの一般的な合金化方法を用いることにより、プレ・シリコン又は錫合金粒子を作製することができる。 The first step may produce pre-silicon or tin alloy particles by using silicon or tin and a first other metal element, for example, a general alloying method such as a melting method. it can.

前記第2のステップは、前記プレ・シリコン又は錫合金粒子と第2の他の金属元素とを混合し、少なくともメカニカルアロイング法、メカニカルグライディング法、液体急冷法及び気体急冷法より選ばれた1又は2以上の製法を用いることによりプレ・シリコン又は錫合金粒子を非晶質化し、その全部または一部に非晶質領域を有するシリコン又は錫からなる合金粒子が作製される。 In the second step, the pre-silicon or tin alloy particles and the second other metal element are mixed and selected from at least a mechanical alloying method, a mechanical gliding method, a liquid quenching method, and a gas quenching method. Alternatively, the pre-silicon or tin alloy particles are made amorphous by using two or more production methods, and alloy particles made of silicon or tin having an amorphous region in all or part thereof are produced.

また、作製されたシリコン又は錫からなる合金粒子はその全部または一部に非晶質領域を有すればよいから、他の金属元素はシリコン又は錫の全部と合金化されている必要はなく、シリコン又は錫の一部と合金化しているものであってもよい。さらに、後述される非晶質化されたシリコン又は錫からなる合金粒子をその核となる低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面に被覆(固着)させるための第3のステップにおいては、前記これらの異なる製法によって作製されたシリコン又は錫からなる合金粒子の混合粉を使用することもできる。 In addition, since the alloy particles made of silicon or tin need only have an amorphous region in all or part thereof, the other metal elements do not need to be alloyed with all of silicon or tin, It may be alloyed with a part of silicon or tin. Furthermore, in the third step for coating (adhering) alloy particles made of amorphous silicon or tin, which will be described later, on the surface of low melting point metal particles or low melting point alloy particles that are the core, It is also possible to use a mixed powder of alloy particles made of silicon or tin produced by these different production methods.

さらに、作製された負極活物質粒子が酸化してしまうことよるリチウムイオンに対する不活性化を防止するために、第2のステップにおけるプレ・シリコン又は錫合金粒子の非晶質化処理、および第3ステップにおける非晶質化されたシリコン又は錫からなる合金粒子による低融点金属粒子又は低融点合金粒子の被覆(固着)処理は、不活性ガス雰囲気の中で実施されることが好ましい。 Further, in order to prevent inactivation of lithium ions due to oxidation of the produced negative electrode active material particles, the pre-silicon or tin alloy particle amorphization treatment in the second step, and third The coating (fixing) treatment of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles with the amorphized silicon or tin alloy particles in the step is preferably performed in an inert gas atmosphere.

プレ・シリコン又は錫合金粒子と第2の金属元素、およびシリコン又は錫からなる合金粒子と低融点金属粒子又は低融点合金粒子との固着・表面処理を不活性ガス雰囲気の中で行うと、生成される金属酸化物を所定量以下に抑えることが可能であり、また、このような不活性ガス雰囲気下における金属酸化物生成の抑制は、本発明による負極活物質粒子を構成する各金属粒子が雰囲気ガスと反応して他の金属生成物を生成してしまうことをも排除する。 When pre-silicon or tin alloy particles and second metal element, and alloy particles made of silicon or tin and low melting point metal particles or low melting point alloy particles are fixed and surface treated in an inert gas atmosphere It is possible to suppress the generated metal oxide to a predetermined amount or less, and the suppression of the generation of the metal oxide in such an inert gas atmosphere is caused by each metal particle constituting the negative electrode active material particle according to the present invention. It also excludes reacting with the atmospheric gas to produce other metal products.

また、このとき生成される金属酸化物の負極活物質粒子全体の重量に占める割合が1wt%より大きくなると、初期負極活物質粒子の利用率が相乗効果で90%以下となるため、負極活物質粒子全体の重量に占める金属酸化物の割合は1wt%以下に抑えられていることが好ましい。 In addition, when the proportion of the metal oxide generated at this time in the total weight of the negative electrode active material particles exceeds 1 wt%, the utilization factor of the initial negative electrode active material particles becomes 90% or less due to a synergistic effect. It is preferable that the ratio of the metal oxide in the total weight of the particles is suppressed to 1 wt% or less.

第3のステップにおける複雑形状を有する負極活物質プレ粒子の形成は、低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面の全部または一部に、遊星ボールミルなどを用いたメカニカルアロイング法、焼結法、およびその他の表面改質複合化法(高速で複数種類の粉体同士が衝突しながら容器内を循環することにより合金化、表面処理する製法で、ハイブリダイジング法とも呼ばれる方法や、容器内壁と中心軸との間隙で粉体が押し付けられる時の摩擦熱と加圧力を利用して合金化、表面処理する製法で、メカニカルグライディング法、またはメカノフュージョン法と呼ばれているものなどがある。)を用いて、非晶質化されたシリコン又は錫からなる合金粒子を表面処理することにより行われる。また、本発明による負極活物質粒子は、これらの異なる製法によって作製された負極活物質プレ粒子の混合粉を用いたものであってもよい。 The formation of the negative electrode active material pre-particles having a complicated shape in the third step is a mechanical alloying method or a sintering method using a planetary ball mill or the like on the whole or a part of the surface of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles. , And other surface modification compounding methods (a method of alloying and surface-treating by circulating in the container while colliding multiple types of powders at high speed, such as a method called hybridizing, There are processes called alloying and surface treatment using the frictional heat and pressure applied when the powder is pressed by the gap between the center axis and the center axis, which are called mechanical gliding method or mechanofusion method. ) To surface-treat the amorphous alloy particles made of silicon or tin. Moreover, the negative electrode active material particles according to the present invention may be those using a mixed powder of negative electrode active material pre-particles produced by these different production methods.

さらに、第4のステップにおいて非晶質化されたシリコン又は錫からなる合金粒子で表面処理された低融点金属粒子又は低融点合金粒子、すなわち負極活物質プレ粒子の表面に比較的粒子径の大きな低温焼成炭素や黒鉛などの炭素材料を固着させるためには、前記表面処理された負極活物質プレ粒子の表面を高分子有機材料溶液で被覆して不活性ガス雰囲気の中で焼成し、前記高分子有機材料溶液をカーボン化または揮発化させることにより行われる。 Furthermore, the surface of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles surface-treated with the alloy particles made of silicon or tin made amorphous in the fourth step, that is, the surface of the negative electrode active material pre-particles has a relatively large particle size. In order to fix a carbon material such as low-temperature fired carbon or graphite, the surface of the surface-treated negative electrode active material pre-particles is coated with a polymer organic material solution and fired in an inert gas atmosphere. This is performed by carbonizing or volatilizing the molecular organic material solution.

前記製法の中で、特にメカニカルアロイング法、またはメカニカルグラインディング法などを用いて低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面を非晶質化されたシリコン又は錫からなる合金粒子で被覆(固着)し、さらに低温焼成により低温焼成炭素や黒鉛などの炭素材料が固着された本発明による負極活物質粒子を作製すると、リチウムイオンの吸蔵・放出に伴い粒子形状が破壊した場合でも、これらのシリコン又は錫からなる合金粒子と、および/または低温焼成カーボン、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボン繊維又は黒鉛からなる炭素材料が低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面に凹凸を形成しながら残存し、網の目状に形成された電導性ネットワークを維持することから、固着されたシリコン又は錫からなる合金粒子と、および/または炭素材料を媒体として各粒子間の電気的な繋がりが維持され、リチウムイオン電池の電池容量の減少が抑制される。 The surface of the low melting point metal particles or low melting point alloy particles is coated (fixed) with alloy particles made of amorphous silicon or tin using the mechanical alloying method or mechanical grinding method in particular. In addition, when the anode active material particles according to the present invention to which carbon materials such as low-temperature-fired carbon and graphite are fixed are produced by low-temperature firing, even if the particle shape is destroyed due to occlusion / release of lithium ions, these silicon Alternatively, alloy particles made of tin and / or carbon material made of low-temperature fired carbon, ketjen black, acetylene black, carbon fiber or graphite remain while forming irregularities on the surface of the low-melting-point metal particles or the low-melting-point alloy particles. To maintain a conductive network formed in the form of a mesh, and is composed of bonded silicon or tin. And particles, and / or electrical connection between the particulate carbon material as a medium is maintained, a decrease in battery capacity of the lithium ion battery is suppressed.

第5のステップにおける負極活物質粒子を用いた負極の形成は、銅箔などからなる負極集電体に本発明による負極活物質粒子の他、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、クロム、鉛、錫、錫半田、亜鉛及び導電性炭素材料よりなる群から選ばれた1種又は2種以上の導電性材料とバインダーとを含む被覆材料を塗工し熱乾燥させ、所定の厚みまでロールプレスすることにより、所定の空隙率を有する被覆層で表面処理されたリチウム二次電池用の負極を作製することができる。 In the fifth step, the negative electrode using the negative electrode active material particles is formed by forming a negative electrode current collector made of copper foil or the like into the negative electrode active material particles according to the present invention, iron, aluminum, copper, nickel, chromium, lead, tin. Coating a coating material containing one or more conductive materials selected from the group consisting of tin solder, zinc and conductive carbon material and a binder, heat drying, and roll pressing to a predetermined thickness Thus, a negative electrode for a lithium secondary battery that has been surface-treated with a coating layer having a predetermined porosity can be produced.

このような本発明による負極集電体への塗工方法は、それ以外で他の特許に説明されているような負極集電体表面を粗面化したところに数μmの厚さに柱状シリコンをイオンスパッタリング、PVD、CVD、メッキなどの方法により形成させる表面処理方法に対して被覆層の厚みを厚くし、しかも多孔質層の被覆層を形成できることから、電極容量を大きくして容積効率を高めることができる。 Such a coating method on the negative electrode current collector according to the present invention is obtained by roughening the surface of the negative electrode current collector as described in other patents to a columnar silicon having a thickness of several μm. Since the coating layer can be made thicker than the surface treatment method that forms the film by ion sputtering, PVD, CVD, plating, etc., and the porous coating layer can be formed, the electrode capacity is increased and the volume efficiency is increased. Can be increased.

また、前記第5のステップにおける負極活物質粒子を用いた負極の形成は、導電性材料およびバインダーを用いずに銅箔や銅メッキされた樹脂フィルムなどからなる負極集電体の表面に本発明による負極活物質粒子を直接に配置し、これを冷間圧延法、塗工法、焼結法、溶融滴下法又は溶射法により負極集電体に表面処理した後プレス処理するか、または加熱・プレス処理を同時に行う製法(加熱プレス法)により表面処理することもできる。 The formation of the negative electrode using the negative electrode active material particles in the fifth step is performed on the surface of the negative electrode current collector made of a copper foil or a resin film plated with copper without using a conductive material and a binder. The negative electrode active material particles are directly arranged and subjected to surface treatment on the negative electrode current collector by cold rolling method, coating method, sintering method, melt dropping method or thermal spraying method, or press treatment or heating / pressing Surface treatment can also be performed by a production method (heat press method) in which treatments are performed simultaneously.

この場合の本発明による負極集電体への塗工方法は、リチウムイオンの吸蔵・放出に伴う負極活物質粒子の体積変化を効果的に吸収することを可能とする所定の空隙を有する多孔質性の被覆層を形成させるために特に有益であり、また、バインダーおよび導電材料を混錬した溶液を塗工し乾燥する被覆方法に対してバインダーを省略できる分、負極の厚み変えずに負極活物質粒子の充填密度を高めることができる結果、単位容積あたりの電池容量を増大させることも可能となる。 In this case, the coating method on the negative electrode current collector according to the present invention is a porous material having a predetermined void that makes it possible to effectively absorb the volume change of the negative electrode active material particles accompanying the insertion and extraction of lithium ions. It is particularly useful for forming a conductive coating layer, and the negative electrode active without changing the thickness of the negative electrode because the binder can be omitted in the coating method in which a solution in which a binder and a conductive material are kneaded is applied and dried. As a result of the increased packing density of the substance particles, the battery capacity per unit volume can be increased.

また、第4のステップにおける負極活物質プレ粒子への炭素材料による被覆(固着)は、第5ステップにおいて本発明による負極活物質プレ粒子と高分子有機材料溶液とを含む被覆材料を不活性ガス雰囲気の中で負極集電体に加熱プレス法で表面処理することにより、前記高分子有機材料溶液を負極活物質プレ粒子の表面へカーボン化または揮発化させて負極の形成と同時に行うこともできる。 Further, in the fourth step, the coating (adhering) of the negative electrode active material pre-particles with the carbon material is performed by converting the coating material containing the negative electrode active material pre-particles and the polymer organic material solution according to the present invention into an inert gas in the fifth step. By subjecting the negative electrode current collector to surface treatment by a hot press method in an atmosphere, the polymer organic material solution can be carbonized or volatilized on the surface of the negative electrode active material pre-particles, and the negative electrode can be formed simultaneously. .

この結果、本発明による負極を用いたリチウム二次電池は、高率充放電に対して厚み90μmの電極においては、2Cまでは0.2Cの場合とほぼ同程度の電池容量を示すために、小型の電動機器へ適用することもできる。 As a result, the lithium secondary battery using the negative electrode according to the present invention has a battery capacity of approximately the same as that of 0.2C up to 2C in the case of an electrode having a thickness of 90 μm for high rate charge / discharge. It can also be applied to small electric devices.

また、負極に形成される被覆層の空孔率は、負極集電体の表裏面に負極活物質粒子を被覆した状態での前記被覆層の空隙率を好ましくは37%〜65%の範囲内にすることで、負極活物質粒子のリチウムイオンの吸蔵・放出に伴う体積膨張を被覆層内部のみで吸収して負極の厚みの増加を抑制することができるため、全体としても前記負極が組み込まれたリチウム二次電池の形状変化を最小限に抑えることができる。さらに好ましくは、充電時にリチウムイオンの吸蔵を完了した状態で被覆層の空孔率が30%程度になるようにするとリチウム二次電池の形状変化を一層少なく抑えることができ、そのためには、負極作製時の負極活物質粒子の粒度、充填量、充填密度および電極厚みを適宜選定することができる。 The porosity of the coating layer formed on the negative electrode is preferably within the range of 37% to 65% of the porosity of the coating layer in a state where the front and back surfaces of the negative electrode current collector are coated with the negative electrode active material particles. In this way, the negative electrode active material particles can absorb the volume expansion associated with the insertion and extraction of lithium ions only inside the coating layer and suppress an increase in the thickness of the negative electrode, so that the negative electrode is incorporated as a whole. In addition, the shape change of the lithium secondary battery can be minimized. More preferably, when the porosity of the coating layer is about 30% in a state where occlusion of lithium ions is completed during charging, the shape change of the lithium secondary battery can be further suppressed. The particle size, filling amount, filling density, and electrode thickness of the negative electrode active material particles at the time of production can be appropriately selected.

本発明の要旨ともいうべきシリコン又は錫からなる合金粒子と、および/または低温焼成カーボン、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボン繊維又は黒鉛からなる炭素材料を固着させた本発明による負極活物質粒子と、カーボンなどの導電材およびバインダーとの混合物からなる被覆材料を負極集電体の表面上に被覆することは、頑丈な電気的繋がりを保有する網目状の電導性ネットワークを電極内および負極集電体表面に形成させることに役立ち、その結果、リチウム二次電池の充放電サイクルに伴う体積膨張・収縮による粒子形状崩壊を抑制すると共に、たとえ微細化したとしても電気的な繋がりを維持することからリチウム二次電池のサイクル特性を改善することができた。 Alloy particles made of silicon or tin, which should be called the gist of the present invention, and / or negative electrode active material particles according to the present invention, to which a carbon material made of low-temperature-fired carbon, acetylene black, ketjen black, carbon fiber or graphite is fixed Coating a coating material composed of a mixture of a conductive material such as carbon and a binder on the surface of the negative electrode current collector makes it possible to form a network-like conductive network having a strong electrical connection in the electrode and the negative electrode current collector. Because it helps to form on the surface of the body, and as a result, it suppresses particle shape collapse due to volume expansion / contraction associated with the charge / discharge cycle of lithium secondary batteries, and maintains electrical connection even if miniaturized. The cycle characteristics of the lithium secondary battery could be improved.

この結果、本発明による負極活物質粒子は、(1)負極活物質粒子のリチウムイオンの吸蔵・放出に伴う粒子の微細化の抑制と、(2)負極活物質粒子のリチウムイオンの吸蔵・放出に伴う粒子の微細化が起こっても微細化された微粒子の電気的な繋がりを保持することができる。 As a result, the negative electrode active material particles according to the present invention are: (1) suppression of particle refinement associated with lithium ion occlusion / release of the negative electrode active material particles; and (2) occlusion / release of lithium ions of the negative electrode active material particles. Even if the particles become finer as a result of this, the electrical connection of the finely divided fine particles can be maintained.

また、本発明による負極は、(3)負極集電体面に接合した網目状の電導性ネットワークを構築しており、負極活物質粒子の微粒子化が起こったとしても、前記電導性ネットワークが存在するために各粒子間における電気的な導電性が確保されてリチウムイオンの電気化学的反応に寄与できる。 Further, the negative electrode according to the present invention has (3) a network-like conductive network bonded to the surface of the negative electrode current collector, and the conductive network exists even if the negative electrode active material particles are finely divided. Therefore, electrical conductivity between each particle is ensured, and it can contribute to the electrochemical reaction of lithium ions.

また、本発明による負極は、(4)負極集電体面上に本発明による負極活物質粒子を加熱し、低融点金属粒子又は低融点合金粒子を溶解または軟化させて圧着させるだけの比較的簡単な工程で負極活物質粒子を酸化させることなく製造でき、リチウムイオンの吸蔵および放出時における体積変化を低減できるリチウム二次電池用負極活物質粒子およびその製造方法並びにその負極活物質粒子を用いた負極およびリチウム二次電池を提供することができる。 In addition, the negative electrode according to the present invention is (4) relatively simple by heating the negative electrode active material particles according to the present invention on the surface of the negative electrode current collector, and dissolving or softening the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles. Negative electrode active material particles for lithium secondary battery that can be manufactured without oxidizing the negative electrode active material particles in a simple process and can reduce volume change at the time of occlusion and release of lithium ions, a method for manufacturing the same, and negative electrode active material particles A negative electrode and a lithium secondary battery can be provided.

さらに、本発明による負極活物質粒子は、(5)充放電効率が高く、サイクル寿命及びエネルギー密度が低下せず、さらに、内部抵抗が増大しないリチウム二次電池を提供することができる。 Furthermore, the negative electrode active material particles according to the present invention can provide (5) a lithium secondary battery having high charge / discharge efficiency, no reduction in cycle life and energy density, and no increase in internal resistance.

なお、本発明における他の金属元素の個々の比率、原材料の粒度、および非晶質化領域を有する合金粒子とその核となる低融点金属粒子又は低融点合金粒子それぞれの粒子径及び粒子径の比率などについては、本発明の技術的思想に従う限りにおいて特に限定されるものではなく、例えば、低融点合金粒子は半田に限らず、負極活物質粒子を変質させない温度で溶解し互いに接合できる金属元素や他の導電ペーストなども利用でき、さらには電導性の乏しい正極活物質に対しても利用できるなど、リチウム二次電池の用途・容量・形態に応じて適宜選択されるものである。 In addition, the individual ratio of the other metal elements in the present invention, the particle size of the raw material, and the particle size and particle size of each of the alloy particles having an amorphized region and the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles as the core thereof The ratio and the like are not particularly limited as long as the technical idea of the present invention is followed. For example, the low melting point alloy particles are not limited to solder, but are metal elements that can be dissolved and bonded to each other at a temperature that does not alter the negative electrode active material particles. And other conductive pastes can also be used, and further, it can be used for a positive electrode active material with poor conductivity, and is appropriately selected according to the use, capacity, and form of the lithium secondary battery.

以下、本発明による負極活物質粒子を用いた負極、およびその負極を用いたリチウム二次電池について実施例を用いて具体的に説明すると共に、充放電サイクル特性が向上されることを比較例を挙げて明らかにする。 Hereinafter, the negative electrode using the negative electrode active material particles according to the present invention and the lithium secondary battery using the negative electrode will be described in detail using examples, and a comparative example will show that charge and discharge cycle characteristics are improved. Cite and clarify.

図1は、本発明による負極活物質粒子5を用いた薄型のリチウム二次パック電池1の外観斜視図を示し、電池1にはそれぞれ正極端子2および負極端子3が設けられている。 FIG. 1 shows an external perspective view of a thin lithium secondary pack battery 1 using negative electrode active material particles 5 according to the present invention. The battery 1 is provided with a positive electrode terminal 2 and a negative electrode terminal 3, respectively.

図2には、図1に用いられている負極の斜視図が示されており、厚み約8μmの銅箔からなる負極集電体4の表裏面に、本発明による負極活物質粒子5を表裏面で相対的に少し位置をずらしてそれぞれ厚みが約40μmになるように熱プレス成形したものである。 FIG. 2 is a perspective view of the negative electrode used in FIG. 1. The negative electrode active material particles 5 according to the present invention are displayed on the front and back surfaces of the negative electrode current collector 4 made of a copper foil having a thickness of about 8 μm. The film is hot press-molded so that the thickness is approximately 40 μm by slightly shifting the position on the back surface.

負極活物質粒子5は通常の溶融合金化法により、シリコンにアルミニウム0.07%、クロム0.01%、鉄0.1%およびマグネシウム0.01%をあらかじめ添加させた平均粒子径2μmを有するプレ・シリコン合金粉末粒子を作製し使用した。 The negative electrode active material particles 5 have an average particle diameter of 2 μm in which 0.07% aluminum, 0.01% chromium, 0.1% iron and 0.01% magnesium are added in advance to silicon by a usual melt alloying method. Pre-silicon alloy powder particles were prepared and used.

つぎに、このプレ・シリコン合金粒子と平均粒子径5μmを有するニッケル粉末粒子及びマグネシウム粉末粒子とを0.6:0.3:0.1の重量比にとなるように混合し、アルゴンガス雰囲気下で遊星ボールミル容器内に収納して前記容器を密閉した上で約10時間高速回転させること(メカニカルアロイング法)により、プレ・シリコン合金粒子とニッケル粒子及びマグネシウム粉末粒子とを合金化し非晶質化させた。 Next, the pre-silicon alloy particles, nickel powder particles and magnesium powder particles having an average particle diameter of 5 μm are mixed at a weight ratio of 0.6: 0.3: 0.1, and an argon gas atmosphere is mixed. It is stored in a planetary ball mill container below, and the container is sealed and rotated at a high speed for about 10 hours (mechanical alloying method) to alloy pre-silicon alloy particles with nickel particles and magnesium powder particles to be amorphous. Qualified.

このとき作製されたシリコン合金粒子7をXRD分析したところ、シリコン元素のピークは検出されなかったことから、すべてのシリコンが非晶質化したものと考えられる。 When the silicon alloy particles 7 produced at this time were subjected to XRD analysis, no silicon element peak was detected. Therefore, it is considered that all silicon was amorphized.

つぎに、非晶質化された平均粒子径2μmの前記シリコン合金粉末粒子7と平均粒子径8μmのZn粉末粒子6との重量比が16:1となるように配合して、メカノフュージョン機器を用いて15分間表面改質複合化処理を行なうことにより、Zn粉末粒子6を核としてその表面にシリコン合金粉末粒子7が固着した負極活物質プレ粒子を作製し、25μm以下で分級したもの次工程での原料粉末として使用した。 Next, the mechano-fusion apparatus is blended so that the weight ratio of the amorphous silicon alloy powder particles 7 having an average particle diameter of 2 μm and Zn powder particles 6 having an average particle diameter of 8 μm is 16: 1. Using the surface modification composite treatment for 15 minutes, the negative electrode active material pre-particles having the Zn powder particles 6 as nuclei and the silicon alloy powder particles 7 fixed on the surface were prepared and classified at 25 μm or less. Used as raw material powder.

さらに、分級された負極活物質プレ粒子の粉末に有機高分子としてのPVA(ポリビニルアルコール)5%溶液を適量加えて攪拌混合することにより前記有機高分子をその表面に塗布させた後、アルゴンガスと5%水素ガスの混合ガス雰囲気内で約750℃に焼成することによりにその粒子表面に低温焼成炭素8を付着・形成させて、本発明による負極活物質粒子5を作製した。 Further, after adding an appropriate amount of a 5% PVA (polyvinyl alcohol) solution as an organic polymer to the classified negative electrode active material pre-particle powder, the organic polymer was applied to the surface by stirring and mixing, and then argon gas was applied. And 5% hydrogen gas in a mixed gas atmosphere at a temperature of about 750 ° C. to deposit and form low-temperature calcined carbon 8 on the surface of the particles, thereby producing negative electrode active material particles 5 according to the present invention.

このようにして作製された負極活物質粒子5には、さらに導電率を高めるための導電材としてのケッチェンブラック9とこれらを結合するためのバインダーとが重量比92:4:4となるように添加され、これを混錬することにより得られた溶液を厚み8μmの銅箔からなる負極集電体4の表面へ塗工した後、約140℃で乾燥させて本発明による負極活物質粒子5が適用された負極を作製した。 The negative electrode active material particles 5 thus produced have a weight ratio of 92: 4: 4 of ketjen black 9 as a conductive material for further increasing the conductivity and a binder for binding them. And the solution obtained by kneading this is applied to the surface of the negative electrode current collector 4 made of a copper foil having a thickness of 8 μm, and then dried at about 140 ° C. to obtain negative electrode active material particles according to the present invention. A negative electrode to which 5 was applied was produced.

この時作製された、本発明による負極活物質粒子5が適用された負極断面(ただし、粒子は表面形態を示す)の拡大模式図を図3に示す。負極集電体4の表面には、このようにZn粉末粒子6を核としてその表面にシリコン合金粉末粒子7と低温焼成炭素8とが固着した負極活物質粒子5が、導電材9と共にバインダーにより連結接続して電導性ネットワークが形成されている。また、導電材9は、凝集して負極活物質粒子5同士を電気的および構造的に連結する役割も果たす。 FIG. 3 shows an enlarged schematic view of the negative electrode cross section (wherein the particles indicate the surface morphology) to which the negative electrode active material particles 5 according to the present invention were applied. On the surface of the negative electrode current collector 4, negative electrode active material particles 5 in which the silicon powder particles 7 and the low-temperature calcined carbon 8 are fixed on the surface with the Zn powder particles 6 as nuclei are combined with the conductive material 9 by a binder. A conductive network is formed by linking connections. In addition, the conductive material 9 also serves to agglomerate and connect the negative electrode active material particles 5 electrically and structurally.

つぎに、このような構造を有する本発明による負極活物質粒子5が適用された負極被覆層の厚みを77μmとなるようにプレスして、負極被覆層の空隙率が53%となる本発明による負極を作製した。 Next, the thickness of the negative electrode coating layer to which the negative electrode active material particles 5 according to the present invention having such a structure are applied is pressed to 77 μm, and the porosity of the negative electrode coating layer is 53% according to the present invention. A negative electrode was produced.

このようにして作製されたコイル状に巻き取られた本発明による負極を所定の幅に切断した後、接着フィルムが熱接着されている負極端子2を該負極集電体4の端部の未塗工部分に超音波溶接し、真空乾燥後に正極活物質が塗工されている正極集電体とセパレーターとを介して重ね合わせながら扁平状に巻き込み、さらに、アルミラミネートフィルムを成形した電池パック内に装填して片面を残して熱シールし、未シール部分から電解液を真空含浸した後に未シール部分を真空下で熱シールすることにより真空密閉しリチウム二次電池1を作製した。 After the negative electrode according to the present invention wound in a coil shape thus produced is cut into a predetermined width, the negative electrode terminal 2 to which the adhesive film is thermally bonded is connected to the end of the negative electrode current collector 4. Inside the battery pack that is ultrasonically welded to the coated part, wound in a flat shape while being stacked via a positive electrode current collector coated with a positive electrode active material after vacuum drying and a separator, and further formed with an aluminum laminate film The battery was heat sealed with one side left, and the electrolyte solution was vacuum impregnated from the unsealed portion, and then the unsealed portion was heat sealed under vacuum to form a lithium secondary battery 1.

このようにして作製された、本発明による負極活物質粒子5が塗工された負極を有する薄型パック電池の設計上の理論電池容量は約1,900mAhとなる。 The theoretical battery capacity in design of the thin pack battery having the negative electrode coated with the negative electrode active material particles 5 according to the present invention thus produced is about 1,900 mAh.

他の実施例として、負極活物質粒子5は実施例1と同様に溶融合金化法により、錫に鉄0.1%、アルミニウム0.1%をあらかじめ添加させた。次に粉砕後、平均粒子径4μmのプレ錫合金粒子と平均粒子径6μmのコバルト粒子を重量比で80:20になるように混合し、アルゴンガス雰囲気下で遊星ボールミル容器内に収納して密閉した上で約90分間150G印加で高速回転させる(メカニカルアロイング法)ことで非晶質化させた。得られた合金粒子をXRD分析したところ、錫元素及びコバルト元素のピークが検出されなかったことから、すべてが非晶質化したものと考えられる。 As another example, the negative electrode active material particles 5 were pre-added with 0.1% iron and 0.1% aluminum in tin by the melt alloying method in the same manner as in Example 1. Next, after pulverization, pre-tin alloy particles having an average particle diameter of 4 μm and cobalt particles having an average particle diameter of 6 μm are mixed at a weight ratio of 80:20, and stored in a planetary ball mill container under an argon gas atmosphere and sealed. Then, it was made amorphous by rotating at a high speed by applying 150 G for about 90 minutes (mechanical alloying method). When the obtained alloy particles were subjected to XRD analysis, the peaks of tin element and cobalt element were not detected, so it is considered that all of them became amorphous.

さらに、解砕した錫―コバルト合金粉末粒子7にZn−Sn合金からなる低融点合金粒子6を不活性Arガス雰囲気中で混合し容器内に密封した。これをハイブリダイジング機にセットし、約4分間運転し錫―コバルト合金粒子7の表面改質複合化処理を施した。このようにして作製された負極活物質粒子5は、Zn−Sn合金粒子6の表面に平均粒子径2μmの錫―コバルト合金粒子7が点在して結合されていることが観察された。そしてさらに、負極集電体に塗工した場合の表面の凹凸を防止するため最大粒子径が12μm以下となるように分級した。 Further, the crushed tin-cobalt alloy powder particles 7 were mixed with low melting point alloy particles 6 made of Zn—Sn alloy in an inert Ar gas atmosphere and sealed in a container. This was set in a hybridizing machine and operated for about 4 minutes to subject the tin-cobalt alloy particles 7 to surface modification composite treatment. It was observed that the negative electrode active material particles 5 thus produced were bonded to the surface of the Zn—Sn alloy particles 6 with the tin-cobalt alloy particles 7 having an average particle diameter of 2 μm scattered. Furthermore, in order to prevent unevenness of the surface when applied to the negative electrode current collector, the particles were classified so that the maximum particle size was 12 μm or less.

分級された負極活物質粒子5は、銅箔からなる負極集電体4表面と一定の間隙を有するスリットノズルにより排出させて負極集電体4の表面に一定の厚みを有するように堆積させた後、さらに、約170℃に加熱された圧延ロールによりロールプレスして、本発明による負極活物質粒子5が適用された負極を作製した。このようにして作製された負極は、核となっているZn−Sn合金粒子6の一部が他の粒子に押し潰されることにより図3に示される実施例1の負極活物質粒子5より少し緻密な状態で、負極活物質粒子5が負極集電体4や他の粒子と連結し結合されていることが観察された。 The classified negative electrode active material particles 5 were discharged by a slit nozzle having a certain gap from the surface of the negative electrode current collector 4 made of copper foil, and deposited on the surface of the negative electrode current collector 4 to have a certain thickness. Then, it further roll-pressed with the rolling roll heated at about 170 degreeC, and the negative electrode to which the negative electrode active material particle 5 by this invention was applied was produced. The negative electrode produced in this way is slightly smaller than the negative electrode active material particles 5 of Example 1 shown in FIG. 3 by crushing a part of the Zn—Sn alloy particles 6 serving as nuclei to other particles. It was observed that the negative electrode active material particles 5 were connected to and bonded to the negative electrode current collector 4 and other particles in a dense state.

この負極を使用して、実施例1と同様にリチウム二次電池1を作製した。その時の設計上の理論電池容量は1,950mAhであった。 Using this negative electrode, a lithium secondary battery 1 was produced in the same manner as in Example 1. The theoretical battery capacity in design at that time was 1,950 mAh.

なお、この時作製された実施例1および2における他の主なリチウム二次電池1の作製条件は、以下のとおりである。 The production conditions of the other main lithium secondary batteries 1 in Examples 1 and 2 produced at this time are as follows.

(1)負極 (1) Negative electrode

実施例1においては、負極活物質88wt%、導電剤(ケッチェンブラック)4wt%、バインダー(ポリフッ化ビニリデン)8wt%よりなる負極合剤に溶剤(N−メチルピロリドン)の適量を加えることにより溶解して溶液状とし、これを負極集電体4(厚さ8μmの銅箔)に乾燥塗工膜の厚みが約60μmとなるように塗工した。また、実施例2においては、負極活物質100wt%に、溶剤(N−メチルピロリドン)の適量を加えることにより溶解して溶液状とし、これを負極集電体4(厚さ8μmの銅箔)に乾燥塗工膜の厚みが約60μmとなるように塗工した。 In Example 1, dissolution was performed by adding an appropriate amount of a solvent (N-methylpyrrolidone) to a negative electrode mixture composed of 88 wt% of a negative electrode active material, 4 wt% of a conductive agent (Ketjen black), and 8 wt% of a binder (polyvinylidene fluoride). The solution was then applied to the negative electrode current collector 4 (copper foil having a thickness of 8 μm) so that the dry coating film had a thickness of about 60 μm. In Example 2, the negative electrode active material 100 wt% was dissolved by adding an appropriate amount of a solvent (N-methylpyrrolidone) to form a solution, and this was made into a negative electrode current collector 4 (8 μm thick copper foil). The dried coating film was coated so that the thickness was about 60 μm.

(2)セパレーター (2) Separator

厚さ約20μmの多層ポリエチレンフィルムを用いた。 A multilayer polyethylene film having a thickness of about 20 μm was used.

(3)正極 (3) Positive electrode

コバルト酸リチウム40wt%、鉄リン酸リチウム10wt%、ニッケル−コバルト酸リチウム40wt%よりなる正極活物質90wt%と、導電剤(ケッチェンブラック)5wt%とバインダー(ポリフッ化ビニリデン)5wt%とを混合し、適量の溶剤(N−メチルピロリドン)を加えることにより溶解して溶液状とし、これを正極集電体(厚さ約15μmのアルミ箔)に、プレス後の乾燥塗工膜の密度が3、厚みが約70μmとなるように塗工した。 Mixing of 40 wt% lithium cobaltate, 10 wt% lithium iron phosphate, 90 wt% positive electrode active material consisting of 40 wt% nickel-cobalt lithium, 5 wt% conductive agent (Ketjen Black) and 5 wt% binder (polyvinylidene fluoride) Then, an appropriate amount of a solvent (N-methylpyrrolidone) is added to dissolve it to form a solution, and this is applied to a positive electrode current collector (aluminum foil having a thickness of about 15 μm), and the density of the dried coating film after pressing is 3 The coating was performed so that the thickness was about 70 μm.

(4)電解液 (4) Electrolyte

エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとが1:1の混合液に、LiPFを1M濃度となるように溶解した。 LiPF 6 was dissolved in a 1: 1 mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate so as to have a concentration of 1M.

図4には、上記の本発明による負極活物質粒子および負極が適用されたリチウム二次電池の5時間率での充放電サイクルした場合の結果と、その比較例として、核としての低融点金属粒子又は低融点合金粒子を有さない非晶質領域を有するシリコン合金粒子のみからなる負極活物質粒子に導電材およびバインダーを加えて混錬した溶液を塗工機で所定厚さに塗工し、約150℃で約10分間乾燥した後、プレス処理を施して作製された負極を用いたリチウム二次電池による5時間率での充放電サイクルした場合の電池の特性を示す。 FIG. 4 shows a result of a charge / discharge cycle at a 5-hour rate of a lithium secondary battery to which the negative electrode active material particles and the negative electrode according to the present invention are applied, and a low melting point metal as a nucleus as a comparative example. Apply a kneaded solution of a negative electrode active material particle consisting only of silicon alloy particles having an amorphous region that does not have particles or low melting point alloy particles to a conductive agent and a binder to a predetermined thickness with a coating machine. The characteristics of the battery when it is subjected to a charge / discharge cycle at a 5-hour rate by a lithium secondary battery using a negative electrode produced by drying at about 150 ° C. for about 10 minutes and then subjected to press treatment are shown.

ここで、図4の中のA1及びA2で示される曲線は本発明による実施例1におけるリチウム二次電池の5サイクル目の充電特性と放電特性であり、A3及びA4で示される曲線は45サイクル目の充電特性と放電特性である。また、B1及びB2は本発明による実施例2におけるリチウム二次電池の5サイクル目の充電特性と放電特性であり、B3及びB4で示される曲線は45サイクル目の充電特性と放電特性である。一方、これに対し、C1及びC2で示される曲線は比較例2であるリチウム二次電池の5サイクル目の充電特性と放電特性であり、C3及びC4で示される曲線は45サイクル目の充電特性と放電特性を示している。 Here, the curves indicated by A1 and A2 in FIG. 4 are the charge characteristics and discharge characteristics of the lithium secondary battery in Example 1 according to the first embodiment of the present invention, and the curves indicated by A3 and A4 are 45 cycles. These are the charging characteristics and discharging characteristics of the eyes. B1 and B2 are the charge characteristics and discharge characteristics at the fifth cycle of the lithium secondary battery in Example 2 according to the present invention, and the curves indicated by B3 and B4 are the charge characteristics and discharge characteristics at the 45th cycle. On the other hand, the curves indicated by C1 and C2 are the charge characteristics and discharge characteristics at the fifth cycle of the lithium secondary battery of Comparative Example 2, and the curves indicated by C3 and C4 are the charge characteristics at the 45th cycle. And the discharge characteristics.

図4によれば、本発明による実施例1のリチウム二次電池は、特性Aにより当初設計値通りの電池容量1,900mAhが得られていることが判った。また、45サイクル目の経過後においても約1,840mAhの電池容量を示していることから、45サイクル目の経過後においても当初設計値の約96.8%の電池容量を維持できることが証明された。 According to FIG. 4, it was found that the lithium secondary battery of Example 1 according to the present invention has a battery capacity of 1,900 mAh as originally designed due to the characteristic A. In addition, since the battery capacity is about 1,840 mAh even after the 45th cycle, it is proved that the battery capacity of about 96.8% of the initial design value can be maintained even after the 45th cycle. It was.

また、本発明による実施例2のリチウム二次電池は、特性Bにより当初設計値通りの電池容量1,950mAhが得られていることが判った。さらに、45サイクル目の経過後においても約1,900mAhの電池容量を示していることから、45サイクル目の経過後においても当初実測値の約97.4%の電池容量を維持できることが証明された。 Moreover, it was found that the lithium secondary battery of Example 2 according to the present invention has a battery capacity of 1,950 mAh as originally designed due to the characteristic B. Further, since the battery capacity of about 1,900 mAh is exhibited even after the 45th cycle, it is proved that the battery capacity of about 97.4% of the initially measured value can be maintained even after the 45th cycle. It was.

一方、これに対して比較例によるリチウム二次電池の特性Cは、当初設計電池容量値の約2,000mAhに対して、最初の充電では約1,950mAhとほぼ設計値通りの電池容量を示したが、5サイクル目では約1,740mAh、45サイクル目では約940mAhと電池容量の減衰が著しいことが判明した。これは、リチウム二次電池の充放電サイクルと共に負極活物質粒子の表面に抵抗層が形成されたり、各粒子間での電気的な繋がりが膨張・収縮を繰り返す間に破壊されて乏しくなったものと考えられる。 On the other hand, the characteristic C of the lithium secondary battery according to the comparative example shows a battery capacity substantially equal to the designed value of about 1,950 mAh in the initial charge, while the initial designed battery capacity value is about 2,000 mAh. However, it was found that the battery capacity was significantly attenuated at about 1,740 mAh at the 5th cycle and about 940 mAh at the 45th cycle. This is because the resistance layer is formed on the surface of the negative electrode active material particles along with the charge / discharge cycle of the lithium secondary battery, and the electrical connection between each particle is destroyed while repeatedly expanding and contracting and becomes poor it is conceivable that.

このように、本発明よるリチウム二次電池の充放電サイクル経過後における電池容量の減少が小さいのは、負極内での本発明による負極活物質粒子からなる被覆層のリチウムイオン吸蔵・放出による体積膨張・収縮の変化が小さく、かつ、前記被覆層がその体積変化による応力歪に対抗できる強度を有しているからと考えられる。 As described above, the decrease in the battery capacity after the charging / discharging cycle of the lithium secondary battery according to the present invention is small because the volume of the coating layer composed of the negative electrode active material particles according to the present invention in the negative electrode due to the insertion / extraction of lithium ions. This is presumably because the change in expansion / contraction is small and the coating layer has a strength capable of resisting stress strain caused by the volume change.

さらに重要なことは、低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面の全部または一部にシリコン又は錫からなる合金粒子と、および/または低温焼成カーボン、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボン繊維又は黒鉛からなる炭素材料が固着されて網目状の電導性ネットワークを形成し、個々の粒子および負極集電体との連結をシリコン又は錫からなる合金粒子と、および/または炭素材料を介して強化できたことにある。この結果、充放電サイクルに伴う膨張・収縮の繰り返しにより負極活物質粒子の微細化が進んだとしても、表面改質複合化処理効果により複雑形状化された負極活物質粒子の表面は導電機能を維持することができ、たとえ負極活物質粒子が負極集電体から離脱しても負極内での電気的接続ネットワークが確保されて、充放電時の十分な電子の移動を可能とすることができた。 More importantly, all or a part of the surface of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles, and / or alloy particles made of silicon or tin, and / or low temperature fired carbon, acetylene black, ketjen black, carbon fiber or graphite The carbon material composed of the carbon material was fixed to form a network-like conductive network, and the connection between the individual particles and the negative electrode current collector could be strengthened through the alloy particles composed of silicon or tin and / or the carbon material. There is. As a result, even if the negative electrode active material particles are further miniaturized due to repeated expansion and contraction associated with the charge / discharge cycle, the surface of the negative electrode active material particles formed into a complicated shape by the surface modification composite treatment effect has a conductive function. Even if the negative electrode active material particles are detached from the negative electrode current collector, an electrical connection network within the negative electrode is secured, and sufficient electron movement during charge / discharge can be achieved. It was.

なお、負極活物質粒子としてシリコン又は錫と他の金属元素とを混合しその全部または一部を合金化して調整する場合には、他の金属元素を複数種類混合してより高い充放電効率を示す最適な他の金属元素の組み合せがあることが認められた。 In addition, in the case where silicon or tin and other metal elements are mixed as the negative electrode active material particles and all or a part thereof is alloyed and adjusted, a plurality of other metal elements are mixed to achieve higher charge / discharge efficiency. It has been found that there are other combinations of other metal elements that are optimal.

例えば、アルミニウム、銅および錫は他の金属元素と合金化し易く、鉛およびアンチモンなどは他の金属元素との合金化を促進し、かつ、マグネシウム及びコバルトはリチウムイオンの吸蔵・放出に伴う体積膨張・収縮に対してもシリコン又は錫からなる合金粒子の微細化を抑制して導電機構を維持する傾向、すなわち、充放電サイクル劣化抑制が強いことが判明した。 For example, aluminum, copper and tin are easily alloyed with other metal elements, lead and antimony promote alloying with other metal elements, and magnesium and cobalt are volume expansions associated with insertion and extraction of lithium ions. It has been found that the tendency to maintain the conductive mechanism by suppressing the refinement of alloy particles made of silicon or tin against shrinkage, that is, the charge-discharge cycle deterioration suppression is strong.

一方、これに対してアルミニウム、鉄、マグネシウムおよびニッケルは非常に活性な金属元素であるために、特にシリコン又は錫と合金化する際の雰囲気に注意を払わないと酸化による発熱が起こり、その結果、リチウム二次電池の充放電効率を低下させるのでその取り扱いには注意を要する。金属酸化物がシリコン又は錫からなる合金粒子内で一部にでも存在すると、リチウムイオンを吸蔵した場合にリチウムイオンが酸化して不活性化してしまい、惹いてはリチウムイオン電池の容量を減少させることになる。なお、リチウム二次電池に用いられる全ての材料の水分率は、10ppm以下とすることによりリチウム二次電池の寿命が向上することが判った。 On the other hand, since aluminum, iron, magnesium and nickel are very active metal elements, heat generation due to oxidation occurs unless attention is paid to the atmosphere when alloying with silicon or tin. Since it reduces the charge / discharge efficiency of the lithium secondary battery, it needs to be handled with care. If the metal oxide is present even in a part of the alloy particles made of silicon or tin, when lithium ions are occluded, the lithium ions are oxidized and inactivated, thereby reducing the capacity of the lithium ion battery. It will be. It has been found that the lifetime of the lithium secondary battery is improved by setting the moisture content of all materials used for the lithium secondary battery to 10 ppm or less.

本発明による負極活物質を用いた薄型パック電池の斜視図を示す。The perspective view of the thin pack battery using the negative electrode active material by this invention is shown. 本発明による負極活物質を塗工した負極の斜視図を示す。The perspective view of the negative electrode which coated the negative electrode active material by this invention is shown. 本発明による負極の要部拡大モデル構造断面図(ただし、粒子は表面形態を示す)を示す。The principal part expansion model structure sectional drawing of a negative electrode by this invention (however, particle | grains show surface form) is shown. 本発明による負極が適用されたリチウム二次電池と比較例とのリチウム二次電池の充放電サイクル特性を示す。The charging / discharging cycle characteristic of the lithium secondary battery with which the negative electrode by this invention was applied and the lithium secondary battery of a comparative example is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 薄型パック電池
2 負極端子
3 正極端子
4 負極集電体
5 負極活物質粒子
6 低融点合金粒子
7 シリコン合金粒子
8 低温焼成炭素
9 導電材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin battery pack 2 Negative electrode terminal 3 Positive electrode terminal 4 Negative electrode collector 5 Negative electrode active material particle 6 Low melting point alloy particle 7 Silicon alloy particle 8 Low-temperature-fired carbon 9 Conductive material

Claims (9)

電気的化学にリチウムを吸蔵および放出するリチウム二次電池用の負極活物質粒子を製造する方法であって、
シリコン又は錫の全部または一部に非晶質領域を形成するために第1の他の金属元素を合金化させてシリコン又は錫からなる合金粒子を製造するための第1のステップと、
前記シリコン又は錫からなる合金粒子表面の全部または一部を第2の他の金属元素でさらに合金化および/または表面処理し、非晶質領域を有するシリコン又は錫からなる合金粒子に改質するための第2のステップと、
前記シリコン又は錫からなる合金粒子を低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面に固着させて負極活物質プレ粒子を形成させるための第3のステップと、
前記負極活物質プレ粒子の表面を、低温焼成カーボン、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボン繊維及び黒鉛よりなる群から選ばれた1種又は2種以上の炭素材料で被覆し固着させて負極活物質粒子を形成させるための第4のステップとを含み、そして
前記第2のステップは、少なくともメカニカルアロイング法、メカニカルグライディング法、液体急冷法および気体急冷法より選ばれた1又は2以上の製法により合金化および/または表面処理するものであり、
前記第3のステップは、前記低融点金属粒子又は低融点合金粒子が少なくとも全部または一部が合金化した非晶質領域を有する前記シリコン又は錫からなる合金粒子より大きな平均粒子径を有しており、かつ、少なくともメカニカルアロイング法、メカニカルグライディング法、メカノフュージョン法、ハイブリダイジング法及び焼結法より選ばれた1又は2以上の製法により前記シリコン又は錫からなる合金粒子を固着させるものであり、
かつ前記第1の他の金属元素は、鉄、アルミニウム、クロム、アンチモン、マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、第2の他の金属元素は、鉄、アルミニウム、コバルト、銅、ニッケル、クロム、マグネシウム、鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモンおよび錫(ただし、錫が使用されるのは第1のステップでシリコンが使用される場合)からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、前記低融点金属元素は、錫(Sn)−鉛(Pb)合金、錫(Sn)−アンチモン(Sb)合金、錫(Sn)−銀(Ag)合金、錫(Sn)−ビスマス(Bi)合金、錫(Sn)−インジウム(In)合金、錫(Sn)−亜鉛(Zn)合金、錫(Sn)−亜鉛(Zn)−アルミニウム(Al)合金、錫(Sn)−銀(Ag)−インジウム(In)−ビスマス(Bi)合金、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、鉛、亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、リチウム二次電池用負極活物質粒子の製造方法。
A method for producing negative electrode active material particles for a lithium secondary battery that occludes and releases lithium in electrochemistry,
A first step for producing alloy particles comprising silicon or tin by alloying a first other metal element to form an amorphous region in all or part of silicon or tin;
All or a part of the surface of the alloy particles made of silicon or tin is further alloyed and / or surface-treated with the second other metal element to modify the alloy particles made of silicon or tin having an amorphous region. A second step for
A third step for fixing the alloy particles made of silicon or tin to the surface of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles to form negative electrode active material pre-particles;
The surface of the negative electrode active material pre-particles is coated with and fixed to one or more carbon materials selected from the group consisting of low-temperature calcined carbon, acetylene black, ketjen black, carbon fiber and graphite, and the negative electrode active material A fourth step for forming particles, and
In the second step, alloying and / or surface treatment is performed by at least one production method selected from mechanical alloying method, mechanical gliding method, liquid quenching method and gas quenching method,
In the third step, the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles have an average particle size larger than that of the alloy particles made of silicon or tin having an amorphous region in which at least all or a part is alloyed. In addition, the alloy particles made of silicon or tin are fixed by at least one production method selected from mechanical alloying method, mechanical gliding method, mechanofusion method, hybridizing method and sintering method. Yes,
The first other metal element is at least one selected from the group consisting of iron, aluminum, chromium, antimony, and magnesium, and the second other metal element is iron, aluminum, cobalt, copper, nickel , Chromium, magnesium, lead, zinc, bismuth, antimony and tin (however, tin is used when silicon is used in the first step), and the low Melting point metal elements are tin (Sn) -lead (Pb) alloy, tin (Sn) -antimony (Sb) alloy, tin (Sn) -silver (Ag) alloy, tin (Sn) -bismuth (Bi) alloy, tin (Sn) -indium (In) alloy, tin (Sn) -zinc (Zn) alloy, tin (Sn) -zinc (Zn) -aluminum (Al) alloy, tin (Sn) -silver (Ag) -indium (I ) - bismuth (Bi) alloys, iron, aluminum, copper, nickel, lead, and wherein the at least one selected from the group consisting of zinc, method of preparing a negative active material particle for lithium secondary batteries.
低融点金属粒子又は低融点合金粒子の平均粒子径は、15μm以下であることを特徴とする、請求項1記載のリチウム二次電池用負極活物質粒子の製造方法。2. The method for producing negative electrode active material particles for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the average particle diameter of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles is 15 μm or less. シリコン又は錫からなる合金粒子の平均粒子径は、5μm以下であることを特徴とする、請求項1または2記載のリチウム二次電池用負極活物質粒子の製造方法。3. The method for producing negative electrode active material particles for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein an average particle diameter of the alloy particles made of silicon or tin is 5 μm or less. 電気化学的にリチウムを吸蔵および放出するリチウム二次電池用負極を製造する方法であって、シリコン又は錫の全部または一部に非晶質領域を形成するために第1の他の金属元素とを合金化させてシリコン又は錫からなる合金粒子を製造するための第1のステップと、
前記シリコン又は錫からなる合金粒子表面の全部または一部を第2の他の金属元素でさらに合金化および/または表面処理し、非晶質領域を有するシリコン又は錫からなる合金粒子に改質するための第2のステップと、
前記シリコン又は錫からなる合金粒子を低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面に固着させて負極活物質プレ粒子を形成させるための第3のステップと、
前記負極活物質プレ粒子の表面を、低温焼成カーボン、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボン繊維及び黒鉛よりなる群から選ばれた1種又は2種以上の炭素材料で被覆し固着させて負極活物質粒子を形成させるための第4のステップと、
前記負極活物質粒子を含む被覆材料を負極集電体に表面処理し、負極を形成させるための第5のステップとを含み、そして
前記第2のステップは、少なくともメカニカルアロイング法、メカニカルグライディング法、液体急冷法および気体急冷法より選ばれた1又は2以上の製法により合金化および/または表面処理するものであり、
前記第3のステップは、前記低融点金属粒子又は低融点合金粒子が少なくとも全部または一部が合金化した非晶質領域を有する前記シリコン又は錫からなる合金粒子より大きな平均粒子径を有しており、かつ、少なくともメカニカルアロイング法、メカニカルグライディング法、メカノフュージョン法、ハイブリダイジング法及び焼結法より選ばれた1又は2以上の製法により前記シリコン又は錫からなる合金粒子を固着させるものであり、
かつ前記第1の他の金属元素は、鉄、アルミニウム、クロム、アニチモン、マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、第2の他の金属元素は、鉄、アルミニウム、コバルト、銅、ニッケル、クロム、マグネシウム、鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモンおよび錫(ただし、錫が使用されるのは第1のステップでシリコンが使用される場合)からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、前記低融点金属元素は、錫(Sn)−鉛(Pb)合金、錫(Sn)−アンチモン(Sb)合金、錫(Sn)−銀(Ag)合金、錫(Sn)−ビスマス(Bi)合金、錫(Sn)−インジウム(In)合金、錫(Sn)−亜鉛(Zn)合金、錫(Sn)−亜鉛(Zn)−アルミニウム(Al)合金、錫(Sn)−銀(Ag)−インジウム(In)−ビスマス(Bi)合金、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、鉛、亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、リチウム二次電池用負極の製造方法。
A method of manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery that electrochemically occludes and releases lithium, wherein a first other metal element is used to form an amorphous region in all or part of silicon or tin. First step for producing alloy particles made of silicon or tin by alloying
All or a part of the surface of the alloy particles made of silicon or tin is further alloyed and / or surface-treated with the second other metal element to modify the alloy particles made of silicon or tin having an amorphous region. A second step for
A third step for fixing the alloy particles made of silicon or tin to the surface of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles to form negative electrode active material pre-particles;
The surface of the negative electrode active material pre-particles is coated with and fixed to one or more carbon materials selected from the group consisting of low-temperature calcined carbon, acetylene black, ketjen black, carbon fiber and graphite, and the negative electrode active material A fourth step for forming particles;
And a fifth step for surface-treating a coating material containing the negative electrode active material particles on a negative electrode current collector to form a negative electrode, and
In the second step, alloying and / or surface treatment is performed by at least one production method selected from mechanical alloying method, mechanical gliding method, liquid quenching method and gas quenching method,
In the third step, the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles have an average particle size larger than that of the alloy particles made of silicon or tin having an amorphous region in which at least all or a part is alloyed. In addition, the alloy particles made of silicon or tin are fixed by at least one production method selected from mechanical alloying method, mechanical gliding method, mechanofusion method, hybridizing method and sintering method. Yes,
The first other metal element is at least one selected from the group consisting of iron, aluminum, chromium, anitimon, and magnesium, and the second other metal element is iron, aluminum, cobalt, copper, nickel. , Chromium, magnesium , lead, zinc, bismuth, antimony and tin (however, tin is used when silicon is used in the first step), and the low Melting point metal elements are tin (Sn) -lead (Pb) alloy, tin (Sn) -antimony (Sb) alloy, tin (Sn) -silver (Ag) alloy, tin (Sn) -bismuth (Bi) alloy, tin (Sn) -indium (In) alloy, tin (Sn) -zinc (Zn) alloy, tin (Sn) -zinc (Zn) -aluminum (Al) alloy, tin (Sn) -silver (Ag) -indium (I ) - bismuth (Bi) alloys, iron, aluminum, copper, nickel, lead, and wherein the at least one selected from the group consisting of zinc, method for producing a negative electrode for a lithium secondary battery.
第4のステップの炭素材料は、前記シリコン又は錫からなる合金粒子が固着された低融点金属粒子又は低融点合金粒子の表面を高分子有機材料溶液で被覆し不活性ガス雰囲気の中で焼成することにより、前記高分子有機材料溶液をカーボン化又は揮発化させて固着させたものであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のリチウム二次電池用負極活物質粒子または負極の製造方法。In the carbon material of the fourth step, the surfaces of the low melting point metal particles or the low melting point alloy particles to which the alloy particles made of silicon or tin are fixed are coated with a polymer organic material solution and fired in an inert gas atmosphere. The negative electrode active material particles for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the polymer organic material solution is carbonized or volatilized and fixed. Manufacturing method of negative electrode. 第2及び第3のステップは、不活性ガス雰囲気の下で実施されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のリチウム二次電池用負極活物粒子または負極の製造方法。The method for producing a negative electrode active material particle for a lithium secondary battery or a negative electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein the second and third steps are performed under an inert gas atmosphere. . 第5のステップは、前記負極活物質粒子を含む被覆材料を冷間圧延法、塗工法、焼結法、溶融滴下法、DLC法又はプラズマ・溶射法により負極集電体に表面処理した後プレス処理する製法、または加熱プレスする製法であることを特徴とする、請求項2〜6のいずれかに記載のリチウム二次電池用負極の製造方法。In the fifth step, the coating material containing the negative electrode active material particles is subjected to surface treatment on the negative electrode current collector by cold rolling method, coating method, sintering method, melt dropping method, DLC method or plasma / thermal spraying method, and then pressed. The manufacturing method of the negative electrode for lithium secondary batteries in any one of Claims 2-6 characterized by the manufacturing method to process, or the manufacturing method to heat-press. 前記リチウム二次電池用負極の被覆層の空隙率は30〜65%であることを特徴とする、請求項2〜7のいずれかに記載のリチウム二次電池用負極の製造方法。The method for producing a negative electrode for a lithium secondary battery according to any one of claims 2 to 7, wherein the porosity of the coating layer of the negative electrode for a lithium secondary battery is 30 to 65%. 請求項2〜8のいずれかに記載の方法により得られた負極を使用することを特徴とする、リチウム二次電池の製造方法。A method for producing a lithium secondary battery, wherein the negative electrode obtained by the method according to claim 2 is used.
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