JP4941632B2 - Negative electrode and battery - Google Patents
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Description
本発明は、ケイ素(Si)を構成元素として含む負極およびそれを用いた電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode containing silicon (Si) as a constituent element and a battery using the negative electrode.
近年、モバイル機器の高性能化および多機能化に伴い、それらの電源である二次電池の高容量化が要求されている。この要求に応える二次電池としてはリチウムイオン二次電池があるが、現在実用化されているものは、負極に黒鉛を用いているので、電池容量は飽和状態にあり、大幅な高容量化は難しい。そこで、負極にケイ素を用いることにより高容量化を図ることが検討されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、ケイ素は充放電に伴う膨張収縮が大きいので、充放電を繰り返すと、膨張収縮による応力により負極集電体から負極活物質層が脱落し、集電性が低下してサイクル特性が低下してしまうという問題があった。 However, silicon has a large expansion / contraction due to charging / discharging. Therefore, when charging / discharging is repeated, the negative electrode active material layer is detached from the negative electrode current collector due to the stress due to expansion / contraction, resulting in a decrease in current collection and cycle characteristics. There was a problem that.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、負極集電体と負極活物質層との接着性および集電性を向上させることができる負極および電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a negative electrode and a battery that can improve adhesion between the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer and current collection. .
本発明による負極は、負極集電体に、構成元素としてケイ素を含む負極活物質層が設けられたものであって、負極集電体は、周期的な第1の凹凸構造と、この第1の凹凸構造の表面に設けられた第2の凹凸構造とを有し、第1の凹凸構造の周期は、10μm以上100μm以下であると共に、負極集電体の厚みの5倍以下であり、かつ第1の凹凸構造の最大粗さ高さの3倍以上であり、第2の凹凸構造は、その大きさが表面粗さRz JIS で1.0μm以上5.0μm以下であると共に、輪郭曲線要素の平均長さRSmが第1の凹凸構造の周期よりも小さく、負極集電体と負極活物質層とを合計した厚みは16μm以上100μm以下であるものである。 The negative electrode according to the present invention includes a negative electrode current collector provided with a negative electrode active material layer containing silicon as a constituent element. The negative electrode current collector includes a periodic first concavo-convex structure and the first It has a second concave-convex structure provided on the surface of the concavo-convex structure of the period of the first relief structure, with at 10μm or 100μm or less, not more than 5 times the thickness of the negative electrode current collector, and It is at least three times the maximum roughness height of the first concavo-convex structure, and the second concavo-convex structure has a surface roughness Rz JIS of 1.0 μm or more and 5.0 μm or less, and a contour curve element The average length RSm is smaller than the period of the first uneven structure, and the total thickness of the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer is 16 μm or more and 100 μm or less .
本発明による電池は、正極および負極と共に電解質を備えたものであって、負極は、負極集電体に、構成元素としてケイ素を含む負極活物質層が設けられ、負極集電体は、周期的な第1の凹凸構造と、この第1の凹凸構造の表面に設けられた第2の凹凸構造とを有し、第1の凹凸構造の周期は、10μm以上100μm以下であると共に、負極集電体の厚みの5倍以下であり、かつ第1の凹凸構造の最大粗さ高さの3倍以上であり、第2の凹凸構造は、その大きさが表面粗さRz JIS で1.0μm以上5.0μm以下であると共に、輪郭曲線要素の平均長さRSmが第1の凹凸構造の周期よりも小さく、負極集電体と負極活物質層とを合計した厚みは16μm以上100μm以下であるものである。 The battery according to the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode. The negative electrode is provided with a negative electrode active material layer containing silicon as a constituent element on the negative electrode current collector. first and uneven structure, have a second concave-convex structure provided on a surface of the first concave-convex structure, the period of the first relief structure, with at 10μm or 100μm or less, the negative electrode current collector It is 5 times or less the thickness of the body and 3 times or more of the maximum roughness height of the first concavo-convex structure, and the second concavo-convex structure has a surface roughness Rz JIS of 1.0 μm or more. 5.0 μm or less, the average length RSm of the contour curve element is smaller than the period of the first uneven structure, and the total thickness of the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer is 16 μm or more and 100 μm or less It is.
本発明の負極によれば、負極集電体に周期的な第1の凹凸構造を設けるようにしたので、負極活物質層の膨張収縮による応力を均一に分散させることができると共に、第1の凹凸構造の表面に第2の凹凸構造を設けるようにしたので、負極集電体と負極活物質層との密着性を向上させることができる。よって、負極集電体と負極活物質層との接着性を高め、集電性を向上させることができる。従って、この負極を用いた本発明の電池によれば、優れたサイクル特性を得ることができる。特に、第1の凹凸構造の周期を10μm以上100μm以下、第2の凹凸構造の大きさを表面粗さRz JIS で1.0μm以上5.0μm以下の範囲内とし、第1の凹凸構造の周期を負極集電体の厚みの5倍以下、第1の凹凸構造の周期を第1の凹凸構造の最大粗さ高さの3倍以上、および、第2の凹凸構造の輪郭曲線要素の平均長さRSmを第1の凹凸構造の周期よりも小さくするようにし、さらに、負極集電体と負極活物質層とを合計した厚みを16μm以上100μm以下の範囲内としたので、より高い効果を得ることができる。
According to the negative electrode of the present invention, since the negative electrode current collector is provided with the periodic first uneven structure, the stress due to the expansion and contraction of the negative electrode active material layer can be uniformly dispersed, and the first Since the second uneven structure is provided on the surface of the uneven structure, the adhesion between the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer can be improved. Therefore, the adhesiveness between the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer can be increased, and the current collecting property can be improved. Therefore, according to the battery of the present invention using this negative electrode, excellent cycle characteristics can be obtained. In particular, the period of the first uneven structure is 10 μm or more and 100 μm or less, and the size of the second uneven structure is in the range of 1.0 μm or more and 5.0 μm or less in the
また、負極活物質層の厚みを50μm以下とするようにすれば、または、負極活物質層が構成元素として酸素を含有し、その含有量を5原子数%以上40原子数%以下とするようにすれば、より高い効果を得ることができる。 Further, if the thickness of the negative electrode active material layer so as to 50μm or less, or contains oxygen as the constituent element anode active material layer, the content thereof number% 5 atomic% to 40 atomic less By doing so, a higher effect can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る負極10の断面構成を表したものである。負極10は、例えば、一対の対向する面を有する負極集電体11に、ケイ素を構成元素として含む負極活物質層12が設けられた構造を有している。なお、図1では負極集電体11の片面に負極活物質層12が設けられた場合を示したが、負極集電体11の両面に負極活物質層12を設けるようにしてもよい。
FIG. 1 illustrates a cross-sectional configuration of a
負極集電体11は、高い導電性を有する金属材料により構成することが好ましく、特に、銅(Cu)箔または銅合金箔により構成することが好ましい。負極集電体11の表面には、少なくとも負極活物質層12が設けられている領域に、第1の凹凸構造11Aと、第1の凹凸構造11Aよりも微細な第2の凹凸構造11Bとが形成されている。
The negative electrode
第1の凹凸構造11Aは、周期的に形成されており、負極活物質層12の膨張収縮による応力を均一に分散させることができるようになっている。凹凸構造は、円形、多角形、流線形あるいは格子状などどのような形状でもよい。なお、第1の凹凸構造11Aを負極集電体11の両面に設ける場合には、両面の凹凸構造が一致していてもよいが、一致している必要はない。第1の凹凸構造11Aの周期Tは、例えば、10μm以上100μm以下の範囲内であることが好ましい。この範囲内において応力をより均一に分散させることができるからである。
The first concavo-
また、第1の凹凸構造11Aの周期Tは、負極集電体11の厚みdの5倍以下とすることが好ましく、0.5倍以上とすればより好ましい。すなわち、負極集電体11の厚みdに対する第1の凹凸構造11Aの周期Tの比T/dが5以下であることが好ましく、0.5以上であればより好ましい。更に、第1の凹凸構造11Aの周期Tは、第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhの3倍以上とすることが好ましく、10倍以下とすればより好ましい。すなわち、第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhに対する周期Tの比T/hが3以上であることが好ましく、10以下であればより好ましい。これらの範囲内においてより高い効果を得ることができるからである。
The period T of the first concavo-
第2の凹凸構造11Bは、第1の凹凸構造11Aの表面に形成されており、負極集電体11と負極活物質層12との密着性を向上させることができるようになっている。第2の凹凸構造11Bの大きさは、例えばJIS B0601に規定されている表面粗さRzJIS で1.0μm以上5.0μm以下の範囲内であることが好ましい。また、第2の凹凸構造11Bは、例えばJIS B0601に規定されている輪郭曲線要素の平均長さRSmが、第1の凹凸構造11Aの周期Tよりも小さいことが好ましい。このような範囲内でより高い効果を得ることができるからである。
The second concavo-
負極活物質層12は、例えば、気相法,液相法,焼成法および溶射法からなる群のうちの1種以上の方法により少なくとも一部が形成されたものであることが好ましく、それらの2種以上を組み合わせて形成されたものでもよい。充放電に伴う負極活物質層12の膨張収縮による破壊を抑制することができると共に、負極集電体11と負極活物質層12とを一体化することができ、負極活物質層12における電子伝導性を向上させることができるからである。なお、「焼成法」というのは、活物質を含む粉末とバインダーとを混合し成形した層を、非酸化性雰囲気下等で熱処理することにより、熱処理前よりも体積密度が高く、より緻密な層を形成する方法を意味する。
The negative electrode
負極活物質層12は、また、塗布により形成されたもの、具体的には、負極活物質と必要に応じてポリフッ化ビニリデンなどのバインダーを含んだものでもよい。但し、上述したように、気相法,液相法,焼成法または溶射法より少なくとも一部が形成されたものの方が好ましい。
The negative electrode
負極活物質層12は、更に、負極集電体11と界面の少なくとも一部において合金化していることが好ましい。具体的には、界面において負極集電体11の構成元素が負極活物質層12に、または負極活物質層12の構成元素が負極集電体11に、またはそれらが互いに拡散していることが好ましい。密着性をより向上させることができるからである。なお、本明細書では、上述した元素の拡散も合金化の一形態に含める。
The negative electrode
なお、負極活物質層12は、ケイ素を単体で含んでいてもよく、合金で含んでいてもよく、化合物で含んでいてもよいが、ケイ素を含む非晶質相を有していることが好ましい。膨張収縮による応力を小さくすることができるからである。また、負極活物質層12は、構成元素として酸素(O)を含んでいることが好ましい。負極活物質層12の膨張収縮を抑制し、応力を緩和することができるからである。負極活物質層12に含まれる酸素の少なくとも一部は、ケイ素と結合していることが好ましく、結合の状態は一酸化ケイ素でも二酸化ケイ素でも、あるいはそれ以外の準安定状態でもよい。負極活物質層13における酸素の含有量は、5原子数%以上40原子数%以下の範囲内であることが好ましい。これよりも少ないと十分な効果を得ることができず、これよりも多いと不可逆容量が増加してしまうからである。なお、負極活物質層12には、充放電により電解液などが分解して負極活物質層12の表面に形成される被膜は含めない。よって、負極活物質層12における酸素の含有量を算出する際には、この被膜に含まれる酸素は含めない。
The negative electrode
負極活物質層12の厚みは50μm以下であることが好ましく、負極集電体11と負極活物質層12とを合計した厚みは16μm以上100μm以下であることが好ましい。この範囲内において、負極活物質層12の膨張収縮による応力を緩和することができるからである。なお、負極活物質層12の厚みは、負極活物質層12が負極集電体11の両面に設けられている場合には、両面に設けられた負極活物質層12の厚みを足したものである。
The thickness of the negative electrode
この負極10は、例えば、次のようにして製造することができる。
This
まず、金属箔に、プレスなどにより周期的な第1の凹凸構造11Aを形成すると共に、エッチング処理、ブラスト処理あるいはめっきなどにより第2の凹凸構造11Bを形成し、負極集電体11を作製する。第1の凹凸構造11Aと第2の凹凸構造11Bとは、どちらを先に形成してもよい。次いで、負極集電体11に、気相法、液相法、焼成法、溶射法、または塗布などにより負極活物質層12を成膜する。また、それらの2以上の方法を組み合わせて成膜してもよい。気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法が挙げられ、具体的には、真空蒸着法,スパッタ法,イオンプレーティング法,レーザーアブレーション法,CVD(Chemical Vapor Deposition ;化学気相成長)法などが挙げられる。なお、負極活物質層12の成膜時に、負極活物質層12と負極集電体11との合金化が同時に起こる場合もあるが、負極活物質層12を成膜したのちに、真空雰囲気下または非酸化性雰囲気下で熱処理を行い、合金化するようにしてもよい。これにより図1に示した負極10が得られる。
First, the first concavo-
この負極10は、例えば、次のような二次電池に用いられる。
This
図2は、その二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、いわゆるコイン型といわれるものであり、外装カップ21に収容された負極10と、外装缶22の内に収容された正極23とが、セパレータ24を介して積層されたものである。なお、図2では負極集電体11における第1の凹凸構造11Aおよび第2の凹凸構造11Bの描写を省略している。
FIG. 2 shows the configuration of the secondary battery. This secondary battery is a so-called coin-type battery, in which the
外装カップ21および外装缶22の周縁部は絶縁性のガスケット25を介してかしめることにより密閉されている。外装カップ21および外装缶22は、例えば、ステンレスあるいはアルミニウム(Al)などの金属によりそれぞれ構成されている。
The peripheral portions of the
正極23は、例えば、正極集電体23Aと、正極集電体23Aに設けられた正極活物質層23Bとを有しており、正極活物質層23Bの側が負極活物質層12と対向するように配置されている。正極集電体23Aは、例えば、アルミニウム,ニッケル(Ni)あるいはステンレスなどにより構成されている。
The
正極活物質層23Bは、例えば、正極活物質としてリチウム(Li)を吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどの結着材を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、一般式Lix MIO2 で表されるリチウム含有金属複合酸化物が好ましい。リチウム含有金属複合酸化物は、高電圧を発生可能であると共に、高密度であるため、二次電池の更なる高容量化を図ることができるからである。なお、MIは1種類以上の遷移金属であり、例えばコバルト(Co)およびニッケルのうちの少なくとも一方が好ましい。xは電池の充放電状態によって異なり、通常0.05≦x≦1.10の範囲内の値である。このようなリチウム含有金属複合酸化物の具体例としては、LiCoO2 あるいはLiNiO2 などが挙げられる。
The positive electrode
なお、正極23は、例えば、正極活物質と導電材と結着材とを混合して合剤を調製し、この合剤を分散媒に分散させて合剤スラリーを作製し、この合剤スラリーを金属箔よりなる正極集電体23Aに塗布し乾燥させたのち、圧縮成型し正極活物質層23Bを形成することにより作製することができる。
The
セパレータ24は、負極10と正極23とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ24は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンにより構成されている。
The
セパレータ24には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、例えば、溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含んでおり、必要に応じて添加剤を含んでいてもよい。溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、1,3−ジオキソール−2−オン、4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、あるいはハロゲン原子を有する炭酸エステル誘導体などの非水溶媒が挙げられる。溶媒はいずれか1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。中でも、1,3−ジオキソール−2−オンおよび4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンの少なくとも一方を用いるようにすれば、電解液の分解反応を抑制することができるので好ましい。また、ハロゲン原子を有する炭酸エステル誘導体を用いるようにしても、電解液の分解反応を抑制することができるので好ましい。
The
ハロゲン原子を有する炭酸エステル誘導体は、環式化合物でも鎖式化合物でもよいが、環式化合物の方がより高い効果を得ることができるので好ましい。このような環式化合物としては、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−ブロモ−1,3−ジオキソラン−2−オン、あるいは4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンなどが挙げられ、中でも、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが好ましい。より高い効果を得ることができるからである。 The carbonic acid ester derivative having a halogen atom may be either a cyclic compound or a chain compound, but the cyclic compound is preferable because a higher effect can be obtained. Such cyclic compounds include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one, 4-bromo-1,3-dioxolan-2-one Or 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, among which 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferred. This is because a higher effect can be obtained.
電解質塩としては、例えば、LiPF6 ,LiCF3 SO3 あるいはLiClO4 などのリチウム塩が挙げられる。電解質塩は、いずれか1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the electrolyte salt include lithium salts such as LiPF 6 , LiCF 3 SO 3, and LiClO 4 . Any one electrolyte salt may be used alone, or two or more electrolyte salts may be mixed and used.
この二次電池は、例えば、負極10、電解液を含浸させたセパレータ24および正極23を積層して、外装カップ21と外装缶22との中に入れ、それらをかしめることにより製造することができる。
This secondary battery can be manufactured, for example, by laminating the
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極23からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極10に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極10からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極23に吸蔵される。この充放電に伴い負極活物質層12は大きく膨張収縮するが、負極集電体11に設けられた第1の凹凸構造11Aにより応力が均一に分散されると共に、第2の凹凸構造11Bにより負極集電体11と負極活物質層12との密着性が向上されているので、負極活物質層12の剥がれなどが抑制され、集電性が向上する。
In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the
また、負極活物質層12を気相法などにより成膜した場合には、例えば図3に示したように、負極活物質層12には厚み方向に成長された複数の柱状の1次粒子12Aが形成されているが、充放電による膨張収縮により、1次粒子12Aが複数に分かれて集合し、複数の2次粒子12Bを形成する。その際、この二次電池では、第1の凹凸構造11Aにより応力が均一に分散されると共に、第2の凹凸構造11Bにより負極集電体11と負極活物質層12との密着性が向上されているので、2次粒子12Aの大きさのばらつきが小さくなり、平均大きさは例えば第1の凹凸構造11Aの周期Tよりも小さく、第2の凹凸構造11Bの輪郭曲線要素の平均長さRSmよりも大きくなる。これにより応力がより均一に分散され、負極活物質層12の剥がれなどが抑制される。なお、2次粒子12Aの平均大きさは、例えば、負極活物質層12の表面をSEM(Scanning Electron Microscope;走査型電子顕微鏡)などにより観察し、各2次粒子12Aの外接円の直径を平均したものである。
When the negative electrode
本実施の形態に係る負極10は、次のような二次電池に用いてもよい。
The
図4は、その二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、リード31,32が取り付けられた電極巻回体30をフィルム状の外装部材41内部に収容したものであり、小型化,軽量化および薄型化が可能となっている。リード31,32は、それぞれ、外装部材41の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。リード31,32は、例えば、アルミニウム,銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
FIG. 4 shows the configuration of the secondary battery. In this secondary battery, the
外装部材41は、例えば、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材41は、例えば、ポリエチレンフィルム側と電極巻回体30とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材41とリード31,32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム42が挿入されている。密着フィルム42は、リード31,32に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。
The
なお、外装部材41は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム,ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。
The
図5は、図4に示した電極巻回体30のI−I線に沿った断面構造を表すものである。電極巻回体30は、負極10と正極33とをセパレータ34および電解質35を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ36により保護されている。なお、図5では負極集電体11における第1の凹凸構造11Aおよび第2の凹凸構造11Bの描写を省略している。
FIG. 5 shows a cross-sectional structure taken along line II of the
負極10は、負極集電体11の両面に負極活物質層12が設けられた構造を有している。正極33も、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有しており、正極活物質層33Bと負極活物質層12とが対向するように配置されている。正極集電体33A,正極活物質層33Bおよびセパレータ34の構成は、それぞれ上述した正極集電体23A,正極活物質層23Bおよびセパレータ24と同様である。
The
電解質35は、高分子化合物よりなる保持体に電解液を保持させることによりいわゆるゲル状となっている。電解液の構成は、図2に示したコイン型の二次電池と同様である。高分子材料としては、例えばポリフッ化ビニリデンが挙げられる。
The
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 For example, the secondary battery can be manufactured as follows.
まず、負極10および正極33のそれぞれに、保持体に電解液を保持させた電解質35を形成し、リード31,32を取り付ける。次いで、電解質35を形成した負極10と正極33とをセパレータ34を介して積層し、巻回して、最外周部に保護テープ36を接着して電極巻回体30を形成する。続いて、例えば、外装部材41の間に電極巻回体30を挟み込み、外装部材41の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、リード31,32と外装部材41との間には密着フィルム42を挿入する。これにより、図4,5に示した二次電池が完成する。
First, on each of the
また、次のようにして製造してもよい。まず、負極10および正極33のそれぞれにリード31,32を取り付けたのち、負極10と正極33とをセパレータ34を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ36を接着して、電極巻回体30の前駆体である巻回体を形成する。次いで、この巻回体を外装部材41に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状としたのち、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を、外装部材41の内部に注入する。続いて、外装部材41の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封し、例えば熱を加えることによりモノマーを重合させて高分子化合物とし、ゲル状の電解質35を形成する。これにより、図4,5に示した二次電池が完成する。
Moreover, you may manufacture as follows. First, after the
この二次電池の作用は、図2に示したコイン型の二次電池と同様である。 The operation of this secondary battery is the same as that of the coin-type secondary battery shown in FIG.
このように本実施の形態によれば、負極集電体11に周期的な第1の凹凸構造11Aを設けると共に、その表面に第2の凹凸構造11Bを設けるようにしたので、第1の凹凸構造11Aにより負極活物質層12の膨張収縮による応力を均一に分散させることができると共に、第2の凹凸構造11Bにより負極集電体11と負極活物質層12との密着性を向上させることができる。よって、負極集電体11と負極活物質層12との接着性を高めることができ、集電性を向上させることができる。従って、優れたサイクル特性を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the first concavo-
特に、第1の凹凸構造11Aの周期Tを10μm以上100μm以下、第2の凹凸構造11Bの大きさを表面粗さRzJIS で1.0μm以上5.0μm以下の範囲内とするようにすれば、または、第1の凹凸構造11Aの周期Tを負極集電体11の厚みdの5倍以下とするようにすれば、または、第1の凹凸構造11Aの周期Tを第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhの3倍以上とするようにすれば、または、第2の凹凸構造11Bの輪郭曲線要素の平均長さRSmを第1の凹凸構造11Aの周期Tよりも小さくするようにすれば、より高い効果を得ることができる。
In particular, if the period T of the first concavo-
また、負極集電体11と負極活物質層12とを合計した厚みを16μm以上100μm以下の範囲内とするようにすれば、または、負極活物質層12の厚みを50μm以下とするようにすれば、または、負極活物質層12が構成元素として酸素を含有し、その含有量を5原子数%以上40原子数%以下とするようにすれば、より高い効果を得ることができる。
Further, if the total thickness of the negative electrode
更に、本発明の具体的な実施例について図面を参照して詳細に説明する。 Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実験例1−1)
図1に示した負極10を作製した。まず、厚み20μmの圧延銅箔を用意し、ウェットエッチングにより表面を粗化して第2の凹凸構造11Bを形成した。表面粗さRzJIS を測定したところ3.0μmであった。次いで、表面を粗化した銅箔にエンボス加工を行い、表面に周期的な第1の凹凸構造11Aを形成した。具体的には、レーザーにより転写ロールの表面に凹凸構造を形成し、この転写ロールを用いて銅箔をプレスすることにより、銅箔に第1の凹凸構造11Aを転写した。第1の凹凸構造11Aはリング状の凹部を周期的に形成した形状とし、その周期Tは50μmとした。作製した負極集電体11についてミクロトームにより断面を切り出し、SEMで観察したところ、銅箔の表面に第1の凹凸構造11Aが転写されており、その表面には微細な第2の凹凸構造11Bが形成されていることが確認された。
( Experimental Example 1-1)
The
続いて、負極集電体11の第1の凹凸構造11Aおよび第2の凹凸構造11Bを形成した面に、電子ビーム蒸着法によりケイ素を蒸着して厚み6μmの負極活物質層12を成膜した。その際、雰囲気中に酸素ガスを導入し、負極活物質層12における酸素の含有量を調節した。作製した負極10について、断面をミクロトームにより切り出し、SEMで観察したところ、複数の1次粒子12Aが柱状に成長している様子が観察された。また、作製した負極10について、X線回折測定およびラマン分光測定を行ったところ、負極活物質層12におけるケイ素の結晶性は非晶質であることが確認された。更に、EDX(エネルギー分散型X線分析装置)により元素分析を行ったところ、負極活物質層12における酸素の含有量は4原子数%であった。
Subsequently, on the surface of the negative electrode
実験例1−1に対する比較例1−1として、第2の凹凸構造を形成せずに第1の凹凸構造のみを形成したことを除き、他は実験例1−1と同様にして負極を作製した。比較例1−2として、第1の凹凸構造を形成せずに第2の凹凸構造のみを形成したことを除き、他は実験例1−1と同様にして負極を作製した。比較例1−3として、第1の凹凸構造および第2の凹凸構造を共に形成せずに、圧延銅箔をそのまま負極集電体として用いたことを除き、他は実験例1−1と同様にして負極を作製した。 As Comparative Example 1-1 with respect to Experimental Example 1-1, a negative electrode was manufactured in the same manner as Experimental Example 1-1 except that only the first uneven structure was formed without forming the second uneven structure. did. As Comparative Example 1-2, a negative electrode was produced in the same manner as in Experimental Example 1-1 except that only the second uneven structure was formed without forming the first uneven structure. As Comparative Example 1-3, except that the first concavo-convex structure and the second concavo-convex structure were not formed, and the rolled copper foil was used as it was as the negative electrode current collector, other than that of Experimental Example 1-1 Thus, a negative electrode was produced.
次いで、作製した実験例1−1および比較例1−1〜1−3の負極10を用いて、図2に示したようなコイン型の試験電池を作製した。対極はリチウム金属板とし、セパレータには多孔質ポリプロピレンフィルムを用いると共に、電解液には炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを炭酸エチレン:炭酸ジエチル=3:7の質量比で混合した溶媒にLiPF6 を1mol/lの濃度で溶解させたものを用いた。
Next, a coin-type test battery as shown in FIG. 2 was produced using the produced
作製した実験例1−1および比較例1−1〜1−3の試験電池について、1mA/cm2 の電流密度で充放電を50サイクル行い、1サイクル目に対する50サイクル目の放電容量の割合を放電容量維持率として求めた。その結果を表1に示す。また、実験例1−1の試験電池について50サイクル充放電を行った後に解体し、負極10の表面状態をSEMにより観察したところ、複数の1次粒子12Aが集合して複数の2次粒子12Bを形成しており、2次粒子12Bの平均大きさを実施の形態で説明したようにして測定したところ約30μmであった。
With respect to the produced test batteries of Experimental Example 1-1 and Comparative Examples 1-1 to 1-3, 50 cycles of charge / discharge were performed at a current density of 1 mA / cm 2 , and the ratio of the discharge capacity of the 50th cycle to the first cycle was determined. It calculated | required as a discharge capacity maintenance factor. The results are shown in Table 1. Further, the test battery of Experimental Example 1-1 was disassembled after 50 cycles of charge and discharge, and the surface state of the
表1に示したように、負極集電体11に第1の凹凸構造11Aおよび第2の凹凸構造11Bを形成した実験例1−1によれば、そのいずれか一方のみを設けた比較例1−1,1−2および両方とも設けなかった比較例1−3に比べて放電容量維持率を大幅に向上させることができた。すなわち、負極集電体11に、周期的な第1の凹凸構造11Aと、その表面に第2の凹凸構造11Bとを形成するようにすれば、サイクル特性を向上させることができることが分かった。
As shown in Table 1, according to Experimental Example 1-1 in which the first concavo-
(実験例2−1〜2−21)
第1の凹凸構造11Aの周期Tおよび第2の凹凸構造11Bの表面粗さRzJIS を表2に示したように変化させたことを除き、他は実験例1−1と同様にして負極10および試験電池を作製した。なお、第1の凹凸構造11Aの周期Tは9μmから101μmの範囲内で変化させ、第2の凹凸構造11Bの表面粗さRzJIS は0.9μmから5.1μmの範囲内で変化させた。実験例2−10は実験例1−1と同一である。作製した実験例2−1〜2−21の試験電池についても、実験例1−1と同様にして放電容量維持率を求めた。得られた結果を表2および図6に示す。
( Experimental examples 2-1 to 2-21)
The first period T and the surface roughness Rz JIS of the second
表2および図6に示したように、放電容量維持率は、第1の凹凸構造11Aの周期Tを大きくするに従い、向上したのち低下する傾向がみられ、また、第2の凹凸構造11Bの表面粗さRzJIS を大きくするに従い、向上したのち低下する傾向がみられた。すなわち、第1の凹凸構造11Aの周期Tは10μm以上100μm以下の範囲内とすることが好ましく、第2の凹凸構造11Bの表面粗さRzJIS は1μm以上5μm以下の範囲内とすることが好ましいことが分かった。
As shown in Table 2 and FIG. 6, the discharge capacity retention rate tends to decrease as the period T of the first concavo-
(実験例3−1〜3−7)
負極集電体11の厚みdおよび第1の凹凸構造11Aの周期Tを表3に示したように変化させたことを除き、他は実験例1−1と同様にして負極10および試験電池を作製した。なお、実験例3−1〜3−4は負極集電体11の厚みdを20μmとし、第1の凹凸構造11Aの周期Tを30μmから102μmの範囲内で変化させたものであり、実験例3−5〜3−7は第1の凹凸構造11Aの周期Tを60μmとし、負極集電体11の厚みdを11μmから40μmの範囲内で変化させたものである。作製した実験例3−1〜3−7の試験電池についても、実験例1−1と同様にして放電容量維持率を求めた。得られた結果を実験例1−1の結果と共に表3および図7に示す。
( Experimental examples 3-1 to 3-7)
Except that the thickness d of the negative electrode
表3および図7に示したように、負極集電体11の厚みdに対する第1の凹凸構造11Aの周期Tの比T/dが5を超えると、放電容量維持率が低下する傾向がみられた。すなわち、第1の凹凸構造11Aの周期Tは、負極集電体11の厚みdの5倍以下とすることが好ましいことが分かった。
As shown in Table 3 and FIG. 7, when the ratio T / d of the period T of the first concavo-
(実験例4−1〜4−10)
第1の凹凸構造11Aの周期Tを30μmとすると共に、第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhおよび負極活物質層12の厚みを表4に示したように変化させたことを除き、他は実験例1−1と同様にして負極10および試験電池を作製した。なお、実験例4−1〜4−4は第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhを5μm、第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhに対する周期Tの比T/hを6とし、負極活物質層12の厚みを6μmから51μmの範囲内で変化させたものであり、実験例4−5〜4−7は第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhを10μm、第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhに対する周期Tの比T/hを3とし、負極活物質層12の厚みを30μmから51μmの範囲内で変化させたものであり、実験例4−8〜4−10は第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhを11μm、第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhに対する周期Tの比T/hを2.7とし、負極活物質層12の厚みを30μmから51μmの範囲内で変化させたものである。作製した実験例4−1〜4−10の試験電池についても、実験例1−1と同様にして放電容量維持率を求めた。得られた結果を表4および図8に示す。
( Experimental examples 4-1 to 4-10)
Except that the period T of the first concavo-
表4および図8に示したように、第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhに対する周期Tの比T/hが3よりも小さくなると、また、負極活物質層12の厚みが50μmを超えると、放電容量維持率が低下する傾向がみられた。すなわち、第1の凹凸構造11Aの周期Tは、第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhの3倍以上とすることが好ましく、負極活物質層12の厚みは50μm以下とすることが好ましいことが分かった。
As shown in Table 4 and FIG. 8, when the ratio T / h of the period T to the maximum roughness height h of the first concavo-
(実験例5−1〜5−12)
第1の凹凸構造11Aの周期Tおよび第2の凹凸構造11Bの輪郭曲線要素の平均長さRSmを表5に示したように変化させたことを除き、他は実験例1−1と同様にして負極10および試験電池を作製した。なお、実験例5−1〜5−4は第1の凹凸構造11Aの周期Tを30μmとし、第2の凹凸構造11Bの輪郭曲線要素の平均長さRSmを5μmから31μmの範囲内で変化させたものであり、実験例5−5〜5−8は第1の凹凸構造11Aの周期Tを60μmとし、第2の凹凸構造11Bの輪郭曲線要素の平均長さRSmを20mから61μmの範囲内で変化させたものであり、実験例5−9〜5−12は第1の凹凸構造11Aの周期Tを100μmとし、第2の凹凸構造11Bの輪郭曲線要素の平均長さRSmを40mから101μmの範囲内で変化させたものである。作製した実験例5−1〜5−12の試験電池についても、実験例1−1と同様にして放電容量維持率を求めた。得られた結果を表5に示す。
( Experimental examples 5-1 to 5-12)
The average length RSm of contour curve elements of the period T and the second
表5に示したように、第2の凹凸構造11Bの輪郭曲線要素の平均長さRSmが第1の凹凸構造11Aの周期Tよりも大きくなると、放電容量維持率が低下する傾向がみられた。すなわち、第2の凹凸構造11Bの輪郭曲線要素の平均長さRSmを第1の凹凸構造11Aの周期Tよりも小さくした方が好ましいことが分かった。
As shown in Table 5, when the average length RSm of the contour curve element of the second concavo-
また、実験例5−1の試験電池について50サイクル充放電を行った後に解体し、負極10の表面状態をSEMにより観察したところ、複数の1次粒子12Aが集合して複数の2次粒子12Bを形成しており、2次粒子12Bの平均大きさを実施の形態で説明したようにして測定したところ約10μmであった。すなわち、2次粒子12Bの平均大きさは、第1の凹凸構造11Aの周期Tよりも小さく、第2の凹凸構造11Bの輪郭曲線要素の平均長さRSmよりも大きくなっていることが分かった。
Further, the test battery of Experimental Example 5-1 was disassembled after 50 cycles of charge and discharge, and the surface state of the
(実験例6−1〜6−4)
負極集電体11の厚みdおよび負極10の厚みを表6に示したように変えたことを除き、他は実験例1−1と同様にして負極10および試験電池を作製した。作製した実験例6−1〜6−4の試験電池についても、実験例1−1と同様にして放電容量維持率を求めた。得られた結果を表6に示す。
( Experimental examples 6-1 to 6-4)
The thickness of the thickness d and the
表6に示したように、負極集電体11の厚みdおよび負極10の厚みを厚くするに従い、放電容量維持率は向上したのち低下する傾向がみられた。すなわち、負極集電体11と負極活物質層12とを合計した厚みを16μm以上100μm以下とすれば好ましいことが分かった。
As shown in Table 6, as the thickness d of the negative electrode
(実験例7−1〜7−5)
負極集電体11の両面に第1の凹凸構造11Aおよび第2の凹凸構造11Bを形成したことを除き、他は実験例1−1と同様にして負極10および試験電池を作製した。その際、負極活物質層12を形成する側の面およびその反対側の面における第1の凹凸構造11Aの周期Tと第2の凹凸構造11Bの表面粗さRzJIS は、表7に示したように変化させた。作製した実験例7−1〜7−5の試験電池についても、実験例1−1と同様にして放電容量維持率を求めた。得られた結果を表7に示す。
( Experimental examples 7-1 to 7-5)
Except that the first
表7に示したように、実験例7−1〜7−5についても、実験例1−1と同様に良好な結果が得られた。すなわち、第1の凹凸構造11Aおよび第2の凹凸構造11Bを負極集電体11の片面に形成しても両面に形成しても、また、両面で第1の凹凸構造11Aが一致してもしていなくてもよいことが分かった。
As shown in Table 7, the experimental examples 7-1 to 7-5 also, Examples 1-1 and similar good results were obtained. That is, the first concavo-
(実験例8−1〜8−4)
負極活物質層12における酸素の含有量を表8に示したように変えたことを除き、他は実験例1−1と同様にして負極10および試験電極を作製した。なお、酸素の含有量は、負極活物質層12を成膜する際に導入する酸素ガスの量を調節することにより制御し、分析は実験例1−1と同様にして行った。作製した実験例8−1〜8−4の試験電池についても、実験例1−1と同様にして放電容量維持率を求めた。得られた結果を実験例1−1の結果と共に表8に示す。
( Experimental examples 8-1 to 8-4)
The oxygen content in the anode
表8に示したように、酸素の含有量を増加させると放電容量維持率は向上し、極大値を示したのち低下する傾向がみられた。すなわち、負極活物質層12における酸素の含有量を5原子数%以上40原子数%以下の範囲内とすれば、優れた効果を得られることが分かった。
As shown in Table 8, when the oxygen content was increased, the discharge capacity retention rate was improved, and after showing the maximum value, a tendency to decrease was observed. That is, it has been found that excellent effects can be obtained if the oxygen content in the negative electrode
(実験例9−1)
炭酸エチレンに代えて、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを混合した電解液を用いたことを除き、他は実験例1−1と同様にして試験電池を作製した。作製した実験例9−1の試験電池についても、実験例1−1と同様にして放電容量維持率を求めた。得られた結果を実験例1−1の結果と共に表9に示す。
( Experimental example 9-1)
A test battery was fabricated in the same manner as in Experimental Example 1-1, except that an electrolyte mixed with 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one was used instead of ethylene carbonate. For the manufactured test battery of Experimental Example 9-1, the discharge capacity retention rate was determined in the same manner as in Experimental Example 1-1. The obtained results are shown in Table 9 together with the results of Experimental Example 1-1.
表9に示したように、実験例9−1によれば実験例1−1よりも更に放電容量維持率を向上させることができた。すなわち、電解液に4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いるようにすれば、サイクル特性をより向上させることができることが分かった。 As shown in Table 9, according to Experimental Example 9-1, the discharge capacity retention rate could be further improved as compared with Experimental Example 1-1. That is, it was found that the cycle characteristics can be further improved by using 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one as the electrolytic solution.
(実験例10−1)
まず、厚み20μmの圧延銅箔を用意し、実験例1−1と同様にして第2の凹凸構造11Bおよび第1の凹凸構造11Aを形成して負極集電体11を作製した。第2の凹凸構造11Bの表面粗さRzJIS は3.0μmとし、第1の凹凸構造11Aの周期Tは30μmとした。次いで、負極活物質として平均粒径1μmのケイ素粒子を用い、このケイ素粒子90質量%と、結着材であるポリフッ化ビニリデン10質量%とを分散媒を用いて混合し、負極集電体11の第1の凹凸構造11Aおよび第2の凹凸構造11Bを形成した面に塗布したのち、350℃で10時間の熱処理を行い、プレスして負極活物質層12を形成し、負極10を作製した。負極活物質層12の厚みは6μmとした。また、実験例1−1と同様にして負極活物質層12における酸素の含有量を調べたところ、4原子数%であった。
( Experimental example 10-1)
First, a rolled copper foil having a thickness of 20 μm was prepared, and the second concavo-
実験例10−1に対する比較例10−1として、第2の凹凸構造を形成せずに第1の凹凸構造のみを形成したことを除き、他は実験例10−1と同様にして負極を作製した。比較例10−2として、第1の凹凸構造を形成せずに第2の凹凸構造のみを形成したことを除き、他は実験例10−1と同様にして負極を作製した。比較例10−3として、第1の凹凸構造および第2の凹凸構造を共に形成せずに、圧延銅箔をそのまま負極集電体として用いたことを除き、他は実験例10−1と同様にして負極を作製した。 As Comparative Example 10-1 with respect to Experimental Example 10-1, a negative electrode was produced in the same manner as Experimental Example 10-1, except that only the first uneven structure was formed without forming the second uneven structure. did. As Comparative Example 10-2, a negative electrode was produced in the same manner as in Experimental Example 10-1, except that only the second uneven structure was formed without forming the first uneven structure. As Comparative Example 10-3, except that the first concavo-convex structure and the second concavo-convex structure were not formed, and the rolled copper foil was used as it was as the negative electrode current collector, the others were the same as Experimental Example 10-1. Thus, a negative electrode was produced.
次いで、作製した実験例10−1および比較例10−1〜10−3の負極10を用いて、実験例1−1と同様にして試験電池を作製し、50サイクル目の放電容量維持率を求めた。得られた結果を表10に示す。
Next, a test battery was produced in the same manner as in Experimental Example 1-1 using the produced
表10に示したように、実験例1−1と同様に、実験例10−1によれば比較例10−3に比べて放電容量維持率を大幅に向上させることができた。すなわち、負極活物質層12を他の方法により形成しても、同様の結果を得られることが分かった。
As shown in Table 10, similarly to Experimental Example 1-1, according to Experimental Example 10-1, the discharge capacity retention rate could be significantly improved as compared with Comparative Example 10-3. That is, it was found that the same result can be obtained even when the negative electrode
(実験例11−1〜11−6,12−1〜12−9,13−1〜13−12)
実験例11−1〜11−6では、負極集電体11の厚みdおよび第1の凹凸構造11Aの周期Tを表11に示したように変化させたことを除き、他は実験例10−1と同様にして負極10および試験電池を作製した。
( Experimental examples 11-1 to 11-6, 12-1 to 12-9, 13-1 to 13-12)
In Experimental Examples 11-1 to 11-6, except that the thickness d of the negative electrode
実験例12−1〜12−9では、第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhおよび負極活物質層12の厚みを表12に示したように変化させたことを除き、他は実験例10−1と同様にして負極10および試験電池を作製した。
In Experimental Examples 12-1 to 12-9, other than the experiment , except that the maximum roughness height h of the first
実験例13−1〜13−12では、第1の凹凸構造11Aの周期Tおよび第2の凹凸構造11Bの輪郭曲線要素の平均長さRSmを表13に示したように変化させたことを除き、他は実験例10−1と同様にして負極10および試験電池を作製した。
In Experimental Examples 13-1 to 13-12, except that the period T of the first
すなわち、実験例11−1〜11−6,12−1〜12−9,13−1〜13−12は、負極活物質層12を焼成法により形成し、負極集電体11の条件および負極活物質層12の厚みを表11〜13に示したように変化させたものである。作製した各実験例の試験電池についても、実験例1−1と同様にして放電容量維持率を求めた。得られた結果を実験例10−1の結果と共に表11〜13に示す。
That is, in Experimental Examples 11-1 to 11-6, 12-1 to 12-9, and 13-1 to 13-12, the negative electrode
表11に示したように、負極集電体11の厚みdに対する第1の凹凸構造11Aの周期Tの比T/dが5を超えると、放電容量維持率は低下する傾向がみられた。また、表12に示したように、第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhに対する周期Tの比T/hが3よりも小さくなると、また、負極活物質層12の厚みが50μmを超えると、放電容量維持率は低下する傾向がみられた。更に、表13に示したように、第2の凹凸構造11Bの輪郭曲線要素の平均長さRSmが第1の凹凸構造11Aの周期Tよりも大きくなると、放電容量維持率は低下する傾向がみられた。
As shown in Table 11, when the ratio T / d of the period T of the first concavo-
すなわち、負極活物質層12を他の方法により形成した場合においても、第1の凹凸構造11Aの周期Tは、負極集電体11の厚みdの5倍以下とすることが好ましく、第1の凹凸構造11Aの周期Tは、第1の凹凸構造11Aの最大粗さ高さhの3倍以上とすることが好ましく、負極活物質層12の厚みは50μm以下とすることが好ましいことが分かった。また、第2の凹凸構造11Bの輪郭曲線要素の平均長さRSmを第1の凹凸構造11Aの周期Tよりも小さくした方が好ましいことが分かった。
That is, even when the negative electrode
(実験例14−1〜14−4)
負極活物質層12における酸素の含有量を表14に示したように変えたことを除き、他は実験例10−1と同様にして負極10および試験電極を作製した。なお、酸素の含有量は、負極活物質層12を形成する際に用いた負極活物質における酸素の含有量を変化させることにより調節し、分析は実験例1−1と同様にして行った。作製した実験例14−1〜14−4の試験電池についても、実験例1−1と同様にして放電容量維持率を求めた。得られた結果を実験例10−1の結果と共に表14に示す。
( Experimental examples 14-1 to 14-4)
A
表14に示したように、酸素の含有量を増加させると放電容量維持率は向上し、極大値を示したのち低下する傾向がみられた。すなわち、負極活物質層12を他の方法により形成した場合においても、負極活物質層12における酸素の含有量を5原子数%以上40原子数%以下の範囲内とすれば、優れた効果を得られることが分かった。
As shown in Table 14, when the oxygen content was increased, the discharge capacity retention rate was improved, and after showing the maximum value, a tendency to decrease was observed. That is, even when the negative electrode
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、図1に示したように、第1の凹凸構造11Aとして溝状の凹部を周期的に設けた場合を示したが、例えば、帯状の凸部を周期的に設けるようにしてもよく、また、凹部と凸部とを交互に波状に形成するようにしてもよく、また、同程度の大きさの凹部と凸部とを交互に形成するようにしてもよい。
Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment and examples, as shown in FIG. 1, the case where the groove-shaped concave portions are periodically provided as the first concave-
また、上記実施の形態および実施例では、液状の電解質である電解液、またはいわゆるゲル状の電解質を用いる場合について説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、イオン伝導性を有する固体電解質、固体電解質と電解液とを混合したもの、あるいは固体電解質とゲル状の電解質とを混合したものが挙げられる。 In the above-described embodiments and examples, the case where an electrolytic solution which is a liquid electrolyte or a so-called gel electrolyte is used has been described, but another electrolyte may be used. Examples of other electrolytes include solid electrolytes having ionic conductivity, a mixture of a solid electrolyte and an electrolyte solution, and a mixture of a solid electrolyte and a gel electrolyte.
なお、固体電解質には、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた高分子固体電解質、またはイオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる無機固体電解質を用いることができる。高分子固体電解質の高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物、アクリレート系高分子化合物を単独あるいは混合して、または共重合させて用いることができる。また、無機固体電解質としては、窒化リチウムあるいはリン酸リチウムなどを含むもの用いることができる。 As the solid electrolyte, for example, a polymer solid electrolyte in which an electrolyte salt is dispersed in a polymer compound having ion conductivity, or an inorganic solid electrolyte made of ion conductive glass or ionic crystals can be used. Examples of the polymer compound of the solid polymer electrolyte include, for example, an ether polymer compound such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide, an ester polymer compound such as polymethacrylate, and an acrylate polymer compound. Or can be copolymerized. In addition, as the inorganic solid electrolyte, one containing lithium nitride or lithium phosphate can be used.
また、上記実施の形態および実施例では、コイン型または巻回ラミネート型の二次電池について説明したが、本発明は、円筒型,角型,ボタン型,薄型,大型あるいは積層ラミネート型などの他の形状を有する二次電池についても同様に適用することができる。加えて、二次電池に限らず、一次電池についても適用することができる。 In the above embodiments and examples, a coin type or wound laminate type secondary battery has been described. However, the present invention is not limited to a cylindrical type, a square type, a button type, a thin type, a large size, or a laminated type. The present invention can be similarly applied to a secondary battery having the shape. In addition, the present invention can be applied not only to secondary batteries but also to primary batteries.
10…負極、11…負極集電体、11A…第1の凹凸構造、11B…第2の凹凸構造、12…負極活物質層、12A…1次粒子、12B…2次粒子、21…外装カップ、22…外装缶、23,33…正極、23A,33A…正極集電体、23B,33B…正極活物質層、24,34…セパレータ、25…ガスケット、31,32…リード、30…電極巻回体、35…電解質、36…保護テープ、41…外装部材、42…密着フィルム
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記負極集電体は、周期的な第1の凹凸構造と、この第1の凹凸構造の表面に設けられた第2の凹凸構造とを有し、
前記第1の凹凸構造の周期は、10μm以上100μm以下であると共に、前記負極集電体の厚みの5倍以下であり、かつ前記第1の凹凸構造の最大粗さ高さの3倍以上であり、
前記第2の凹凸構造は、その大きさが表面粗さRz JIS で1.0μm以上5.0μm以下であると共に、輪郭曲線要素の平均長さRSmが前記第1の凹凸構造の周期よりも小さく、
前記負極集電体と前記負極活物質層とを合計した厚みは16μm以上100μm以下である、負極。 The anode current collector, the negative electrode active material layer containing silicon (Si) is provided et al is as a constituent element,
The negative electrode current collector, possess a periodic first relief structure, and a second concave-convex structure provided on a surface of the first relief structure,
The period of the first uneven structure is not less than 10 μm and not more than 100 μm, is not more than 5 times the thickness of the negative electrode current collector, and is not less than 3 times the maximum roughness height of the first uneven structure. Yes,
The size of the second concavo-convex structure is 1.0 μm or more and 5.0 μm or less in terms of surface roughness Rz JIS , and the average length RSm of the contour curve element is smaller than the period of the first concavo-convex structure. ,
The negative electrode wherein the total thickness of the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer is 16 μm or more and 100 μm or less .
前記負極は、負極集電体に、構成元素としてケイ素(Si)を含む負極活物質層が設けられ、
前記負極集電体は、周期的な第1の凹凸構造と、この第1の凹凸構造の表面に設けられた第2の凹凸構造とを有し、
前記第1の凹凸構造の周期は、10μm以上100μm以下であると共に、前記負極集電体の厚みの5倍以下であり、かつ前記第1の凹凸構造の最大粗さ高さの3倍以上であり、
前記第2の凹凸構造は、その大きさが表面粗さRz JIS で1.0μm以上5.0μm以下であると共に、輪郭曲線要素の平均長さRSmが前記第1の凹凸構造の周期よりも小さく、
前記負極集電体と前記負極活物質層とを合計した厚みは16μm以上100μm以下である、電池。 Bei example a cathode, an anode,
In the negative electrode, a negative electrode current collector is provided with a negative electrode active material layer containing silicon (Si) as a constituent element,
The negative electrode current collector, possess a periodic first relief structure, and a second concave-convex structure provided on a surface of the first relief structure,
The period of the first uneven structure is not less than 10 μm and not more than 100 μm, is not more than 5 times the thickness of the negative electrode current collector, and is not less than 3 times the maximum roughness height of the first uneven structure. Yes,
The size of the second concavo-convex structure is 1.0 μm or more and 5.0 μm or less in terms of surface roughness Rz JIS , and the average length RSm of the contour curve element is smaller than the period of the first concavo-convex structure. ,
A battery in which the total thickness of the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer is 16 μm or more and 100 μm or less .
前記2次粒子の平均大きさは、前記第1の凹凸構造の周期よりも小さく、前記第2の凹凸構造の輪郭曲線要素の平均長さRSmよりも大きい、請求項4記載の電池。 The negative electrode active material layer has a plurality of secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles,
The average size of the secondary particles is smaller than the period of the first relief structure, the greater than average length RSm of contour curve elements of the second relief structure, the battery of claim 4, wherein.
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