JP5082221B2 - Negative electrode for secondary battery and secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、黒鉛材料を用いた二次電池用負極および二次電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode and a secondary battery for a secondary battery using the graphite material.
近年、カメラ一体型VTR(videotape recorder)、携帯電話あるいは携帯用コンピューターなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。それに伴い、電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池の開発が活発に進められている。中でも、リチウムイオン二次電池は、高いエネルギー密度を実現できるものとして注目されている。 In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (videotape recorder), a mobile phone, or a portable computer have appeared, and their size and weight have been reduced. Accordingly, the development of batteries, particularly secondary batteries, has been actively promoted as portable power sources for electronic devices. Among these, lithium ion secondary batteries are attracting attention as being capable of realizing a high energy density.
その一方で、リチウムイオン二次電池は電圧が高く、正極の酸化電位が非常に貴となると共に、負極の還元電位が非常に卑となるので、電池反応以外の副反応として電解液に用いる非水溶媒が分解し、ガスが発生してしまうという問題があった。そこで、従来より、一次電池、二次電池を問わず、電池内にガス吸収材として高い比表面積を有する炭素材料を投入することが検討されてきた(例えば、特許文献1,2参照。)。また、ガス吸収材としてではないが、複数の炭素材料を混合して用いることも検討されている(例えば、特許文献3〜7参照。) 。
しかしながら、電池内にガス吸収能の高い活性炭などを加えると、電池内で副反応が起こり、容量などの電池特性が低下してしまうという問題があった。 However, when activated carbon or the like having a high gas absorption capacity is added to the battery, there is a problem that side reactions occur in the battery and battery characteristics such as capacity are deteriorated.
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、膨れを抑制すると共に、容量などの電池特性を向上させることができる二次電池用負極および二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is suppresses the blister is to provide a negative electrode and a secondary battery for a secondary battery cell characteristics can be improved, such as capacity .
本発明による二次電池用負極は、黒鉛材料の少なくとも一部にカルボキシメチルセルロースアンモニウム塩よりなる被膜が形成された負極活物質と共に、他の負極活物質としてメソカーボンマイクロビーズを含有する負極活物質層を有し、黒鉛材料は、天然黒鉛であり、X線回折法により求められる六方晶の(002)面の平均面間隔d002が0.3370nm以下であり、かつ、X線回折法により菱面体晶の(101)面に帰属するピークが得られ、負極活物質層における被膜が形成された負極活物質と他の負極活物質との割合(被膜が形成された負極活物質:他の負極活物質)は、質量比で、5:95〜50:50の範囲内であり、負極活物質層は、23℃において炭酸プロピレン5μlを滴下した際に、0.1秒後の接触角が14度以下となる吸液特性を有するものである。 A negative electrode for a secondary battery according to the present invention includes a negative electrode active material in which a film made of carboxymethylcellulose ammonium salt is formed on at least a part of a graphite material, and a negative electrode active material layer containing mesocarbon microbeads as another negative electrode active material The graphite material is natural graphite, the average interplanar spacing d002 of the (002) plane of hexagonal crystal determined by X-ray diffraction method is 0.3370 nm or less, and rhombohedral crystal by X-ray diffraction method The ratio of the negative electrode active material on which the film in the negative electrode active material layer was formed and the other negative electrode active material (negative electrode active material on which the film was formed: other negative electrode active material) ) is a mass ratio of 5: 95 to 50: in the range of 50, the negative electrode active material layer, upon dropping propylene carbonate 5μl at 23 ° C., the contact angle is 14 degrees after 0.1 seconds And it has a liquid absorbing property of the bottom.
本発明による二次電池は、正極および負極と共に電解質を備え、負極は、黒鉛材料の少なくとも一部にカルボキシメチルセルロースアンモニウム塩よりなる被膜が形成された負極活物質と共に、他の負極活物質としてメソカーボンマイクロビーズを含有する負極活物質層を有し、黒鉛材料は、天然黒鉛であり、X線回折法により求められる六方晶の(002)面の平均面間隔d002が0.3370nm以下であり、かつ、X線回折法により菱面体晶の(101)面に帰属するピークが得られ、負極活物質層における被膜が形成された負極活物質と他の負極活物質との割合(被膜が形成された負極活物質:他の負極活物質)は、質量比で、5:95〜50:50の範囲内であり、負極活物質層は、23℃において炭酸プロピレン5μlを滴下した際に、0.1秒後の接触角が14度以下となる吸液特性を有するものである。 A secondary battery according to the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the negative electrode is a mesocarbon as another negative electrode active material together with a negative electrode active material in which a film made of carboxymethylcellulose ammonium salt is formed on at least a part of the graphite material A negative electrode active material layer containing microbeads , the graphite material is natural graphite, an average interplanar spacing d002 of (002) planes of hexagonal crystal obtained by X-ray diffraction method is 0.3370 nm or less, and The peak attributed to the (101) plane of rhombohedral crystal was obtained by X-ray diffraction method, and the ratio of the negative electrode active material on which the film in the negative electrode active material layer was formed to the other negative electrode active material (the film was formed negative electrode active material: other anode active material) is a mass ratio of 5: 95 to 50: in the range of 50, the negative electrode active material layer, dropping propylene carbonate 5μl at 23 ° C. When the, and has a liquid absorbing property of the contact angle after 0.1 sec is equal to or less than 14 degrees.
本発明の二次電池用負極および二次電池によれば、黒鉛材料の少なくとも一部にカルボキシメチルセルロースアンモニウム塩よりなる被膜が形成された負極活物質と他の負極活物質としてメソカーボンマイクロビーズとを所定の割合で含有すると共に、上述した吸液特性を有するようにしたので、副反応を抑制しつつ、容量を向上させることができると共に、副反応などにより発生したガスを吸収して、膨れを抑制することができる。 According to the negative electrode for a secondary battery and the secondary battery of the present invention, a negative electrode active material in which a film made of carboxymethylcellulose ammonium salt is formed on at least a part of a graphite material, and mesocarbon microbeads as another negative electrode active material. While containing at a predetermined ratio and having the above-mentioned liquid absorption characteristics, while suppressing side reactions, the capacity can be improved, and gas generated by side reactions and the like can be absorbed to swell. Can be suppressed.
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二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、電極反応物質としてリチウムを用いるものであり、正極端子11および負極端子12が取り付けられた巻回電極体20をフィルム状の外装部材30の内部に備えている。
FIG. 1 shows a configuration of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. This secondary battery uses lithium as an electrode reactant, and includes a
正極端子11および負極端子12は、それぞれ、外装部材30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。正極端子11および負極端子12は、例えば、アルミニウム,銅(Cu),ニッケル(Ni)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。
The
外装部材30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30は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体20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30と正極端子11および負極端子12との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム31が挿入されている。密着フィルム31は、正極端子11および負極端子12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30は、アルミニウム箔を他の高分子フィルムで挟んだ他のアルミラミネートフィルムにより構成するようにしてもよく、また、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2は、図1に示した巻回電極体20のII−II線に沿った断面構造を表すものである。巻回電極体20は、正極21と負極22とをセパレータ23および電解質24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25により保護されている。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure taken along line II-II of the spirally
正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aと、正極集電体21Aの両面に設けられた正極活物質層21Bとを有している。正極集電体21Aには、長手方向における一方の端部に正極活物質層21Bが設けられず露出している部分があり、この露出部分に正極端子11が取り付けられている。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質として、リチウム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、必要に応じて導電材および結着材を含んでいてもよい。
The
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、硫化チタン(TiS2 ),硫化モリブデン(MoS2 ),セレン化ニオブ(NbSe2 )あるいは酸化バナジウム(V2 O5 )などのリチウムを含有しないカルコゲン化物、またはリチウムを含有するリチウム複合酸化物あるいはリチウム含有リン酸化合物、またはポリアセチレンあるいはポリピロールなどの高分子化合物が挙げられる。 Examples of the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium include lithium such as titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), niobium selenide (NbSe 2 ), and vanadium oxide (V 2 O 5 ). A chalcogenide containing no lithium, a lithium composite oxide containing lithium or a lithium-containing phosphate compound, or a polymer compound such as polyacetylene or polypyrrole.
中でも、リチウムと遷移金属元素とを含むリチウム複合酸化物、またはリチウムと遷移金属元素とを含むリチウム含有リン酸化合物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるので好ましく、特に遷移金属元素としてコバルト(Co),ニッケル,マンガン(Mn)および鉄(Fe)のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。その化学式は、例えば、Lix MIO2 あるいはLiy MIIPO4 で表される。式中、MIおよびMIIは1種類以上の遷移金属元素を表す。xおよびyの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。 Among them, a lithium composite oxide containing lithium and a transition metal element or a lithium-containing phosphoric acid compound containing lithium and a transition metal element is preferable because it can obtain a high voltage and a high energy density. A metal element containing at least one of cobalt (Co), nickel, manganese (Mn) and iron (Fe) is preferable. The chemical formula is represented by, for example, Li x MIO 2 or Li y MIIPO 4 . In the formula, MI and MII represent one or more transition metal elements. The values of x and y vary depending on the charge / discharge state of the battery, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10.
具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物(Lix CoO2 )、リチウムニッケル複合酸化物(Lix NiO2 )、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(Lix Ni1-z Coz O2 (z<1))、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2 O4 )、リチウム鉄リン酸化合物(Liy FePO4 )、あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(Liy Fe1-v Mnv PO4 (v<1))などが挙げられる。 Specific examples include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni 1-z Co z O 2 (z <1). )), Lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) having a spinel structure, lithium iron phosphate compound (Li y FePO 4 ), or lithium iron manganese phosphate compound (Li y Fe 1-v Mn v PO 4) (V <1)).
導電材としては、例えば、黒鉛,カーボンブラックあるいはケッチェンブラックなどの炭素材料が挙げられ、そのうちの1種または2種以上が混合して用いられる。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であれば金属材料あるいは導電性高分子材料などを用いてもよい。結着材としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム,フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンゴムなどの合成ゴム、またはポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられ、そのうちの1種または2種以上が混合して用いられる。 Examples of the conductive material include carbon materials such as graphite, carbon black, and ketjen black, and one or more of them are used in combination. In addition to the carbon material, a metal material or a conductive polymer material may be used as long as it is a conductive material. Examples of the binder include synthetic rubbers such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber or ethylene propylene diene rubber, or polymer materials such as polyvinylidene fluoride, and one or more of them are mixed. Used.
負極22は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体22Aと、負極集電体22Aの両面に設けられた負極活物質層22Bとを有している。負極集電体22Aにも、長手方向における一方の端部に負極活物質層22Bが設けられず露出している部分があり、この露出部分に負極端子12が取り付けられている。負極集電体22Aは、例えば、銅箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
The
負極活物質層22Bは、例えば、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種または2種以上を含んで構成されており、必要に応じて導電材および結着材を含んでいてもよい。導電材および結着材については正極21で説明したものと同様のものを用いることができる。
The negative electrode active material layer 22B includes, for example, any one or two or more negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium as a negative electrode active material. A binder may be included. As the conductive material and the binder, the same materials as those described for the
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、炭素材料,リチウムと合金を形成可能な金属元素または半金属元素を構成元素として含む材料,金属酸化物あるいは高分子化合物が挙げられる。炭素材料としては、例えば、易黒鉛化炭素、(002)面の面間隔が0.37nm以上の難黒鉛化炭素、あるいは(002)面の面間隔が0.340nm以下の黒鉛が挙げられ、黒鉛は人造黒鉛でも天然黒鉛でもよい。リチウムと合金を形成可能な金属元素または半金属元素を構成元素として含む材料としては、例えば、リチウムと合金を形成可能な金属元素の単体,合金,あるいは化合物、またはリチウムと合金を形成可能な半金属元素の単体,合金,あるいは化合物、またはこれらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられ、特に、ケイ素(Si)またはスズ(Sn)を構成元素として含むものが好ましい。金属酸化物としては、酸化鉄,酸化ルテニウムあるいは酸化モリブデンなどが挙げられ、高分子化合物としてはポリアセチレンあるいはポリピロールなどが挙げられる。 Examples of the anode material capable of inserting and extracting lithium include a carbon material, a material containing a metal element or a metalloid element capable of forming an alloy with lithium as a constituent element, a metal oxide, or a polymer compound. . Examples of the carbon material include graphitizable carbon, non-graphitizable carbon having a (002) plane spacing of 0.37 nm or more, or graphite having a (002) plane spacing of 0.340 nm or less. May be artificial graphite or natural graphite. Examples of a material containing a metal element or metalloid element capable of forming an alloy with lithium as a constituent element include, for example, a simple substance, an alloy, or a compound of a metal element capable of forming an alloy with lithium, or a metal element capable of forming an alloy with lithium. Examples include simple substances, alloys, or compounds of metal elements, or materials having at least a part of one or more of these phases, particularly those containing silicon (Si) or tin (Sn) as a constituent element. preferable. Examples of the metal oxide include iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide. Examples of the polymer compound include polyacetylene and polypyrrole.
中でも、本実施の形態では、X線回折法により求められる六方晶の(002)面の平均面間隔d002が0.3370nm以下であり、かつ、X線回折法により菱面体晶の(101)面に帰属するピークが得られる黒鉛材料の少なくとも一部に高分子化合物よりなる被膜を形成した負極活物質を含有している。このような黒鉛材料は高容量を得ることができると共に、電池内において発生したガスを吸収することができるからである。また、黒鉛材料の少なくとも一部に高分子化合物よりなる被膜を設けることにより、黒鉛材料の表面に存在するダングリングボンドなどの活性点を塞ぎ、電解液の分解あるいはリチウムイオンの捕捉を抑制して、容量の低下を抑制することができるからである。このような特性を有する黒鉛材料としては、例えば天然黒鉛が挙げられる。 Among these, in this embodiment, the average interplanar spacing d002 of the hexagonal (002) plane obtained by the X-ray diffraction method is 0.3370 nm or less, and the rhombohedral (101) plane is determined by the X-ray diffraction method. The negative electrode active material which formed the film which consists of a high molecular compound in at least one part of the graphite material from which the peak which belongs to is obtained is contained. This is because such a graphite material can obtain a high capacity and can absorb the gas generated in the battery. In addition, by providing a coating made of a polymer compound on at least a part of the graphite material, the active sites such as dangling bonds existing on the surface of the graphite material are blocked, and the decomposition of the electrolytic solution or the capture of lithium ions is suppressed. This is because a decrease in capacity can be suppressed. Examples of the graphite material having such characteristics include natural graphite.
黒鉛材料を被覆する高分子化合物としては、例えば、C6 H10O5 を基本構造とする澱粉の誘導体、C6 H10O5 を基本構造とする粘性多糖類、C6 H10O5 を基本構造とする水溶性セルロース誘導体、ポリウロニドまたは水溶性合成樹脂が挙げられる。高分子化合物の被覆量は、黒鉛材料に対して0.1質量%以上5質量%以下の範囲内であることが好ましい。被覆量が少ないと十分な効果を得ることができず、被覆量が多いとリチウムイオンの移動が阻害され、更に電極の導電性も低下してしまうからである。 As the polymer compound coating the graphite material, for example, derivatives of starch and C 6 H 10 O 5 as a basic structure, C 6 H 10 O 5 a viscous polysaccharide having a basic structure, a C 6 H 10 O 5 Examples thereof include water-soluble cellulose derivatives, polyuronides, and water-soluble synthetic resins having a basic structure. The coating amount of the polymer compound is preferably in the range of 0.1% by mass to 5% by mass with respect to the graphite material. This is because if the coating amount is small, a sufficient effect cannot be obtained, and if the coating amount is large, the movement of lithium ions is hindered and the conductivity of the electrode is further lowered.
この黒鉛材料に被膜を形成した負極活物質の比表面積は、3.5m2 /g以下であることが好ましい。比表面積が大きすぎると、電解液の分解あるいはリチウムイオンの捕捉を十分に抑制することができないからである。また、この黒鉛材料に被膜を形成した負極活物質の比表面積は、1m2 /g以上であることが好ましい。比表面積が小さすぎると、反応性が低下し、容量およびガスの吸収能が低下してしまうからである。 The specific surface area of the negative electrode active material in which a film is formed on the graphite material is preferably 3.5 m 2 / g or less. This is because if the specific surface area is too large, decomposition of the electrolytic solution or capture of lithium ions cannot be sufficiently suppressed. Moreover, it is preferable that the specific surface area of the negative electrode active material which formed the film in this graphite material is 1 m < 2 > / g or more. This is because if the specific surface area is too small, the reactivity decreases, and the capacity and gas absorption capacity decrease.
負極活物質層22Bは、また、例えば図3に示したように、23℃において炭酸プロピレン滴Pを5μl滴下した際に、0.1秒後における炭酸プロピレン滴Pの接触角θが14度以下となる吸液特性を有している。負極活物質層22Bに電解液が迅速かつ均一に浸透するので、負極活物質層22Bのリチウムイオン受け入れ性が向上し、容量およびガスの吸収能を向上させることができるからである。 For example, as shown in FIG. 3, the negative electrode active material layer 22B has a contact angle θ of 14 ° C. or less after 0.1 seconds when 5 μl of propylene carbonate droplet P is dropped at 23 ° C. It has a liquid absorption characteristic. This is because the electrolyte solution penetrates quickly and uniformly into the negative electrode active material layer 22B, so that the lithium ion acceptability of the negative electrode active material layer 22B can be improved, and the capacity and gas absorption ability can be improved.
なお、負極活物質層22Bに対する電解液の浸透性は、例えば、黒鉛材料を被覆する高分子化合物の種類を選択することにより調節することが可能である。また、負極活物質層22Bにおける空隙の分布状態を制御することにより調節するようにしてもよい。空隙が全体に均一かつ連続的に分布していれば、浸透性を高くすることができるからである。空隙を均一かつ連続的に分布させるには、例えば、上述した黒鉛材料を被覆した負極活物質に加えて、他の負極活物質を混合して用いることが好ましい。上述した黒鉛材料は扁平状でありかつ柔らかいためにプレス成型時に結晶面が集電体方向に平行に配列しやすいので、このような負極活物質のみでは負極活物質粒子間に電解液の浸透する空隙が無くなりやすく、大きな空隙が断続的に分布しやすいからである。混合する他の負極活物質としては、メソカーボンマイクロビーズなどの円形度が高くプレス成型時にフィラーとして働くような硬い人造黒鉛が好ましい。 Note that the permeability of the electrolytic solution with respect to the negative electrode active material layer 22B can be adjusted, for example, by selecting the type of the polymer compound that coats the graphite material. Moreover, you may make it adjust by controlling the distribution state of the space | gap in the negative electrode active material layer 22B. This is because if the voids are uniformly and continuously distributed throughout, the permeability can be increased. In order to distribute the voids uniformly and continuously, for example, in addition to the negative electrode active material coated with the above-described graphite material, it is preferable to mix and use other negative electrode active materials. Since the above-mentioned graphite material is flat and soft, the crystal plane is likely to be aligned in parallel with the current collector direction during press molding. Therefore, with such a negative electrode active material alone, the electrolyte solution penetrates between the negative electrode active material particles. This is because voids are likely to disappear and large voids are easily distributed intermittently. The other negative electrode active material to be mixed is preferably hard artificial graphite having a high circularity such as mesocarbon microbeads and acting as a filler during press molding.
セパレータ23は、例えば、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどのポリオレフィン系の合成樹脂よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜など、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を有する絶縁性の薄膜により構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
The
電解質24は、電解液を高分子化合物に保持させたいわゆるゲル状の電解質により構成されている。電解質24はセパレータ23に含浸されていてもよく、また、セパレータ23と正極21および負極22との間に存在していてもよい。
The
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いる。溶媒としては、例えば、γ−ブチロラクトン,γ−バレロラクトン,δ−バレロラクトンあるいはε−カプロラクトンなどのラクトン系溶媒、炭酸エチレン,炭酸プロピレン,炭酸ブチレン,炭酸ビニレン,炭酸ジメチル,炭酸エチルメチルあるいは炭酸ジエチルなどの炭酸エステル系溶媒、1,2−ジメトキシエタン,1−エトキシ−2−メトキシエタン,1,2−ジエトキシエタン,テトラヒドロフランあるいは2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒、アセトニトリルなどのニトリル系溶媒、スルフォラン系溶媒、リン酸類、リン酸エステル溶媒、またはピロリドン類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く、2種以上を混合して用いてもよい。 The electrolytic solution includes, for example, a solvent and an electrolyte salt dissolved in the solvent. Examples of the solvent include lactone solvents such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, and ε-caprolactone, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, or diethyl carbonate. Carbonate ester solvents such as 1,2-dimethoxyethane, 1-ethoxy-2-methoxyethane, 1,2-diethoxyethane, ether solvents such as tetrahydrofuran or 2-methyltetrahydrofuran, nitrile solvents such as acetonitrile, Nonaqueous solvents such as sulfolane-based solvents, phosphoric acids, phosphate ester solvents, or pyrrolidones are mentioned. Any one type of solvent may be used alone, or two or more types may be mixed and used.
電解質塩は、溶媒に溶解してイオンを生ずるものであればいずれを用いてもよく、1種を単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。例えばリチウム塩であれば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 ),四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 ),六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6 ),過塩素酸リチウム(LiClO4 ),トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 ),ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(SO2 CF3 )2 ),トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチルリチウム(LiC(SO2 CF3 )3 ),四塩化アルミン酸リチウム(LiAlCl4 )あるいは六フッ化ケイ酸リチウム(LiSiF6 )などが挙げられる。 Any electrolyte salt may be used as long as it dissolves in a solvent to generate ions, and one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. For example, in the case of a lithium salt, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), trifluoro Lithium methanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), bis (trifluoromethanesulfonyl) imidolithium (LiN (SO 2 CF 3 ) 2 ), tris (trifluoromethanesulfonyl) methyllithium (LiC (SO 2 CF 3 ) 3 ), four Examples thereof include lithium chloroaluminate (LiAlCl 4 ) and lithium hexafluorosilicate (LiSiF 6 ).
高分子化合物としては、化1に示した構成単位を含むポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ化ビニリデンの重合体が好ましく挙げられる。酸化還元安定性が高いからである。 Preferred examples of the polymer compound include a polymer of vinylidene fluoride such as polyvinylidene fluoride containing the structural unit shown in Chemical Formula 1 or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene. This is because the redox stability is high.
また、高分子化合物としては、重合性化合物が重合されることにより形成されたものも挙げられる。重合性化合物としては、例えば、ビニル基あるいはその一部の水素をメチル基などの置換基で置換した基を含有するものが挙げられる。具体的には、アクリル酸エステルなどの単官能アクリレート、メタクリル酸エステルなどの単官能メタクリレート、ジアクリル酸エステル,あるいはトリアクリル酸エステルなどの多官能アクリレート、ジメタクリル酸エステルあるいはトリメタクリル酸エステルなどの多官能メタクリレート、アクリロニトリル、またはメタクリロニトリルなどがあり、中でも、アクリレート基あるいはメタクリレート基を有するエステルが好ましい。重合が進行しやすく、重合性化合物の反応率が高いからである。また、重合性化合物としては、エーテル基を含まないものが好ましい。エーテル基が存在するとエーテル基にリチウムイオンが配位し、それによりイオン伝導率が低下してしまうからである。このような高分子化合物としては、例えば、化2に示した構成単位を含むポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリロニトリル、またはポリメタクリロニトリルが挙げられる。 Examples of the polymer compound include those formed by polymerizing a polymerizable compound. Examples of the polymerizable compound include those containing a vinyl group or a group obtained by substituting a part of hydrogen with a substituent such as a methyl group. Specifically, monofunctional acrylates such as acrylic acid esters, monofunctional methacrylates such as methacrylic acid esters, polyfunctional acrylates such as diacrylic acid esters or triacrylic acid esters, and polyfunctional acrylates such as dimethacrylic acid esters or trimethacrylic acid esters. There are functional methacrylate, acrylonitrile, methacrylonitrile, and the like. Among them, an ester having an acrylate group or a methacrylate group is preferable. This is because the polymerization proceeds easily and the reaction rate of the polymerizable compound is high. Moreover, as a polymeric compound, what does not contain an ether group is preferable. This is because if an ether group is present, lithium ions are coordinated to the ether group, thereby reducing the ionic conductivity. Examples of such a polymer compound include polyacrylic acid ester, polymethacrylic acid ester, polyacrylonitrile, or polymethacrylonitrile containing the structural unit shown in Chemical Formula 2.
重合性化合物は、いずれか1種を単独で用いてもよいが、単官能体と多官能体とを混合するか、または、多官能体を単独あるいは2種類以上を混合して用いることが望ましい。このように構成することにより、重合して形成された高分子化合物の機械的強度と、電解液保持性とを両立させやすくなるからである。 Any one of the polymerizable compounds may be used alone, but it is desirable to mix a monofunctional compound and a polyfunctional compound, or to use a polyfunctional compound singly or in combination of two or more. . This is because such a configuration makes it easy to achieve both the mechanical strength of the polymer compound formed by polymerization and the electrolyte solution retention.
更にまた、高分子化合物は、ポリビニルアセタールおよびその誘導体からなる群のうちの少なくとも1種を重合した構造を有するものも好ましく挙げられる。 Furthermore, the thing which has a structure which polymerized at least 1 sort (s) of the high molecular compound from the group which consists of polyvinyl acetal and its derivative (s) is mentioned preferably.
ポリビニルアセタールは、化3(1)に示したアセタール基を含む構成単位と、化3(2)に示した水酸基を含む構成単位と、化3(3)に示したアセチル基を含む構成単位とを繰り返し単位に含む化合物である。具体的には、例えば、化3(1)に示したR2が水素のポリビニルホルマール、またはR2がプロピル基のポリビニルブチラールが挙げられる。 The polyvinyl acetal includes a structural unit containing an acetal group shown in Chemical Formula 3 (1), a structural unit containing a hydroxyl group shown in Chemical Formula 3 (2), and a structural unit containing an acetyl group shown in Chemical Formula 3 (3) In a repeating unit. Specifically, for example, R2 is hydrogen polyvinyl formal shown in Chemical Formula 3 (1), or R2 is propyl group polyvinyl butyral.
ポリビニルアセタールにおけるアセタール基の割合は60mol%以上80mol%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溶媒との溶解性を向上させることができると共に、電解質の安定性をより高めることができるからである。また、ポリビニルアセタールの重量平均分子量は、10000以上500000以下の範囲内であることが好ましい。分子量が低すぎると重合反応が進行しにくく、高すぎると電解液の粘度が上昇してしまうからである。 The ratio of the acetal group in the polyvinyl acetal is preferably in the range of 60 mol% to 80 mol%. This is because the solubility with the solvent can be improved within this range, and the stability of the electrolyte can be further increased. Moreover, it is preferable that the weight average molecular weight of polyvinyl acetal exists in the range of 10,000 or more and 500,000 or less. This is because if the molecular weight is too low, the polymerization reaction does not proceed easily, and if it is too high, the viscosity of the electrolytic solution increases.
この高分子化合物は、ポリビニルアセタールのみ、またはその誘導体の1種のみを重合したものでも、それらの2種以上を重合したものでもよく、更に、ポリビニルアセタールおよびその誘導体以外のモノマーとの共重合体でもよい。また、架橋剤により重合したものでもよい。 The polymer compound may be a polymer obtained by polymerizing only polyvinyl acetal or one of its derivatives, or a polymer obtained by polymerizing two or more of them, and a copolymer with monomers other than polyvinyl acetal and its derivatives. But you can. Moreover, what was polymerized with the crosslinking agent may be used.
なお、電解質24には、電解液を高分子化合物に保持させることなく、液状の電解質としてそのまま用いてもよい。この場合、電解液はセパレータ23に含浸されている。
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、例えば、正極集電体21Aに正極活物質層21Bを形成し正極21を作製する。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質の粉末と導電材と結着材とを混合して正極合剤を調製したのち、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとし、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型することにより形成する。また、例えば、正極21と同様にして、負極集電体22Aに負極活物質層22Bを形成し負極22を作製する。
First, for example, the positive electrode active material layer 21B is formed on the positive electrode current collector 21A to produce the
次いで、正極集電体21Aに正極端子11を取り付けると共に、負極集電体22Aに負極端子12を取り付ける。続いて、正極21と負極22とをセパレータ23を介して積層し、長手方向に巻回して最外周部に保護テープを接着し、巻回電極体20の前駆体である巻回体を作製する。そののち、この巻回体を外装部材30の間に挟み、外装部材30の外周縁部を一辺を除いて熱融着し、電解液および高分子化合物の原料であるモノマーを含む電解質組成物を注入する。次いで、外装部材30の残りの一辺を熱融着して密閉したのち、モノマーを重合させて電解質24を形成する。これにより、図1,2に示した二次電池が得られる。
Next, the
また、外装部材30の内部に電解質組成物を注入し、モノマーを重合させて電解質24を形成するのではなく、正極21および負極22を作製したのち、それらの上に、電解液および高分子化合物を含む電解質24を形成し、それらをセパレータ23を介して巻回し、外装部材30の内部に封入するようにしてもよい。
Further, instead of injecting the electrolyte composition into the
更に、電解質24として電解液を用いる場合には、上述したようにして巻回体を作製し、外装部材30の間に挟み込んだのち、電解液を注入して外装部材30を密閉する。
Further, when an electrolytic solution is used as the
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、電解質24を介して負極22に吸蔵される。一方、放電を行うと、例えば、負極22からリチウムイオンが放出され、電解質24を介して正極21に吸蔵される。その際、負極活物質層22Bには上述した黒鉛材料を被覆した負極活物質が含まれているので、高い容量が得られると共に、副反応が抑制され、また、発生したガスも吸収される。更に、負極活物質層22Bは上述したような吸液特性を有しているので、負極活物質層22Bのリチウムイオン受け入れ性が向上し、容量およびガスの吸収能がより向上する。
In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the
このように本実施の形態によれば、負極活物質層22Bが黒鉛材料を被覆した負極活物質を含有すると共に、上述した吸液特性を有するようにしたので、副反応を抑制しつつ、容量を向上させることができると共に、副反応などにより発生したガスを吸収して、膨れを抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, the negative electrode active material layer 22B contains the negative electrode active material coated with the graphite material and has the above-described liquid absorption characteristics. In addition, the gas generated by a side reaction or the like can be absorbed, and swelling can be suppressed.
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。 Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.
(実験例1−1〜1−4)
図1,2に示したフィルム状の外装部材を用いた二次電池を作製した。
( Experimental Examples 1-1 to 1-4)
A secondary battery using the film-shaped exterior member shown in FIGS.
まず、炭酸リチウム0.5molと炭酸コバルト1molとを混合し、この混合物を空気中において900℃で5時間焼成して正極活物質であるリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2 )を合成した。次いで、このリチウムコバルト複合酸化物粉末85質量%と、導電材である人造黒鉛5質量%と、結着材であるポリフッ化ビニリデン10質量%とを混合して正極合剤を調製したのち、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーを作製した。続いて、この正極合剤スラリーを厚み20μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体21Aの両面に塗布し乾燥させたのち、圧縮成型して正極活物質層21Bを形成し、正極21を作製した。そののち、正極21に正極端子11を取り付けた。
First, 0.5 mol of lithium carbonate and 1 mol of cobalt carbonate were mixed, and this mixture was fired in air at 900 ° C. for 5 hours to synthesize a lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material. Subsequently, 85% by mass of this lithium cobalt composite oxide powder, 5% by mass of artificial graphite as a conductive material, and 10% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were prepared, and then a positive electrode mixture was prepared. A positive electrode mixture slurry was prepared by dispersing in N-methyl-2-pyrrolidone. Subsequently, this positive electrode mixture slurry was applied to both surfaces of a positive electrode current collector 21A made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm and dried, and then compression molded to form a positive electrode active material layer 21B, whereby the
また、天然黒鉛の少なくとも一部に高分子化合物の被膜を形成した負極活物質を作製した。具体的には、高分子化合物を水に溶解し、これに天然黒鉛の粒子を投入して混合したのち、沈殿させ、この沈殿物を乾燥し解砕することにより作製した。高分子化合物には、実験例1−1ではカルボキシメチルセルロースアンモニウム塩を用い、実験例1−2ではカルボキシメチルセルロースナトリウム塩を用い、実験例1−3,1−4ではアルギン酸プロピレングリコールエステルを用いた。得られた負極活物質について走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)により観察したところ、天然黒鉛粒子の少なくとも一部に高分子化合物が付着または被覆していることが確認された。また、用いた天然黒鉛についてX線回折法により定性分析を行ったところ、六方晶の(002)面の平均面間隔d002が0.3370nm以下であり、かつ、菱面体晶の(101)面に帰属するピークが得られた。 Further, a negative electrode active material in which a polymer compound film was formed on at least a part of natural graphite was produced. Specifically, it was prepared by dissolving a polymer compound in water, adding and mixing natural graphite particles therein, and then precipitating, drying and pulverizing the precipitate. A polymer compound with a carboxymethylcellulose ammonium salt in Examples 1-1, using sodium carboxymethylcellulose in Examples 1-2, using propylene glycol alginate in Examples 1-3 and 1-4. When the obtained negative electrode active material was observed with a scanning electron microscope (SEM), it was confirmed that a polymer compound adhered or coated on at least a part of the natural graphite particles. Further, when qualitative analysis was performed on the used natural graphite by X-ray diffraction, the average interplanar spacing d002 of the hexagonal (002) plane was 0.3370 nm or less and the rhombohedral (101) plane was found. An attributed peak was obtained.
更に、実験例1−1〜1−4で、天然黒鉛を被覆する高分子化合物を変えることにより、負極活物質の比表面積を変化させた。得られた各負極活物質について比表面積を測定したところ、実験例1−1は3.6m2 /g、実験例1−2,1−3は3.5m2 /g、実験例1−4は3.2m2 /gであった。なお、比表面積は、キャリア,リファレンスとして窒素および窒素ヘリウム混合ガスを用いたBET(Brunauer Emmett Teller)1点法により見積もった。 Further, in Experimental Examples 1-1 to 1-4, the specific surface area of the negative electrode active material was changed by changing the polymer compound covering the natural graphite. When the specific surface area of each of the obtained negative electrode active materials was measured, Experimental Example 1-1 was 3.6 m 2 / g, Experimental Examples 1-2 and 1-3 were 3.5 m 2 / g, and Experimental Example 1-4. Was 3.2 m 2 / g. The specific surface area was estimated by the BET (Brunauer Emmett Teller) one-point method using nitrogen and nitrogen helium mixed gas as a carrier and reference.
作製したこれらの負極活物質を用い、この負極活物質粉末95質量%と、結着材であるポリフッ化ビニリデン5質量%とを混合して負極合剤を調製したのち、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーを作製した。次いで、この負極合剤スラリーを厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体22Aの両面に塗布し乾燥させたのち、圧縮成型して負極活物質層22Bを形成し、負極22を作製した。作製した実験例1−1〜1−4の負極22について、負極活物質層22Bに23℃において炭酸プロピレンを5μl滴下し、0.1秒後における炭酸プロピレン滴Pの接触角θを測定した。その結果、実験例1−1は14度、実験例1−2,1−3は12度、実験例1−4は10度であった。
Using these prepared negative electrode active materials, 95% by mass of this negative electrode active material powder and 5% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to prepare a negative electrode mixture, and then N-methyl as a solvent. A negative electrode mixture slurry was prepared by dispersing in -2-pyrrolidone. Next, this negative electrode mixture slurry was applied to both surfaces of a negative electrode
続いて、負極22に負極端子12を取り付けたのち、作製した正極21および負極22を、厚み25μmの微多孔性ポリエチレンフィルムよりなるセパレータ23を介して密着させ、長手方向に巻き回して巻回体を作製した。そののち、作製した巻回体を外装部材30の間に装填し、外装部材30の外周縁部を一辺を除いて熱融着した。外装部材30には最外層から順に25μm厚のナイロンフィルムと40μm厚のアルミニウム箔と30μm厚のポリプロピレンフィルムとが積層されてなる防湿性のアルミラミネートフィルムを用いた。
Subsequently, after attaching the
次いで、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、六フッ化リン酸リチウムを1mol/lの濃度で溶解させた電解液を、外装部材30の内部に注入し、外装部材30の残りの1辺を熱融着することにより二次電池を得た。
Next, an exterior member is prepared by dissolving an electrolytic solution in which lithium hexafluorophosphate is dissolved at a concentration of 1 mol / l in a solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate are mixed at a mass ratio of ethylene carbonate: diethyl carbonate = 3: 7. The secondary battery was obtained by injecting into the interior of 30 and thermally fusing the remaining one side of the
また、実験例1−1〜1−4に対する比較例1−1として、天然黒鉛を被覆した負極活物質に代えて、天然黒鉛に被膜を形成せずにそのまま負極活物質として用いたことを除き、他は実験例1−1〜1−4と同様にして二次電池を作製した。比較例1−2として、人造黒鉛であるメソカーボンマイクロビーズに被膜を形成せずにそのまま負極活物質として用いたことを除き、他は実験例1−1〜1−4と同様にして二次電池を作製した。比較例1−3〜1−7として、被覆する高分子化合物の種類を変えたことを除き、他は実験例1−1〜1−4と同様にして二次電池を作製した。 Further, as Comparative Example 1-1 with respect to Experimental Examples 1-1 to 1-4, instead of using a negative electrode active material coated with natural graphite, it was used as a negative electrode active material without forming a film on natural graphite. Otherwise, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-4. As Comparative Example 1-2, except that it was directly used as a negative electrode active material without forming a film on mesocarbon microbeads, which are artificial graphite, secondary conditions were the same as in Experimental Examples 1-1 to 1-4. A battery was produced. As Comparative Examples 1-3 to 1-7, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-4 except that the type of the polymer compound to be coated was changed.
比較例1−1〜1−7についても、実験例1−1〜1−4と同様にして、負極活物質の比表面積、負極活物質層22Bの吸液特性を測定した。負極活物質の比表面積は、比較例1−1が4.2m2 /g、比較例1−2が0.6m2 /g、比較例1−3,1−4が3.8m2 /g、比較例1−5,1−6が3.7m2 /g、比較例1−7が3.6m2 /gであった。0.1秒後における炭酸プロピレン滴Pの接触角θは、比較例1−1が18度、比較例1−2が16度、比較例1−3,1−4が17度、比較例1−5が16度、比較例1−6,1−7が15度であった。また、比較例1−2で用いた人造黒鉛についてX線回折法により定性分析を行ったところ、六方晶の(002)面の平均面間隔d002が0.3370nm以下であり、かつ、菱面体晶の(101)面に帰属するピークが得られるという2つの要件を満たしていなかった。 For Comparative Examples 1-1 to 1-7, the specific surface area of the negative electrode active material and the liquid absorption characteristics of the negative electrode active material layer 22B were measured in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-4. The specific surface area of the negative electrode active material of Comparative Example 1-1 is 4.2 m 2 / g, Comparative Example 1-2 0.6 m 2 / g, Comparative Example 1-3 and 1-4 are 3.8 m 2 / g Comparative Examples 1-5 and 1-6 were 3.7 m 2 / g, and Comparative Example 1-7 was 3.6 m 2 / g. The contact angle θ of the propylene carbonate droplet P after 0.1 seconds was 18 degrees in Comparative Example 1-1, 16 degrees in Comparative Example 1-2, 17 degrees in Comparative Examples 1-3 and 1-4, and Comparative Example 1 −5 was 16 degrees, and Comparative Examples 1-6 and 1-7 were 15 degrees. Further, when the artificial graphite used in Comparative Example 1-2 was subjected to qualitative analysis by X-ray diffraction, the average interplanar spacing d002 of the hexagonal (002) plane was 0.3370 nm or less, and rhombohedral crystals The two requirements for obtaining a peak attributed to the (101) plane were not satisfied.
作製した実験例1−1〜1−4および比較例1−1〜1−7の二次電池について、23℃で充放電を行い、定格容量および300サイクル目の放電容量維持率を求めた。充電は、100mAの定電流定電圧充電を上限4.2Vまで15時間行い、放電は100mAの定電流放電を終止電圧2.5Vまで行った。定格容量は1サイクル目の放電容量とし、300サイクル目の放電容量は、定格容量に対する300サイクル目の放電容量の割合、(300サイクル目の放電容量/定格容量)×100により求めた。 About the produced secondary battery of Experimental example 1-1 to 1-4 and Comparative example 1-1 to 1-7, it charged / discharged at 23 degreeC, and calculated | required the rated capacity and the discharge capacity maintenance factor of the 300th cycle. Charging was performed at a constant current and constant voltage of 100 mA for 15 hours up to an upper limit of 4.2 V, and discharging was performed at a constant current of 100 mA up to a final voltage of 2.5 V. The rated capacity was the discharge capacity at the first cycle, and the discharge capacity at the 300th cycle was determined by the ratio of the discharge capacity at the 300th cycle to the rated capacity, (discharge capacity at the 300th cycle / rated capacity) × 100.
また、別途に上述した条件で初回充放電を行った各二次電池について、電池の厚みを測定したのち、再度4.31Vまで3時間充電して60℃の恒温槽内で1ヶ月保管し、保存後の電池の厚みを測定した。保存後の電池厚みから保存前の電池厚みを引いた値を、保存後の膨れとして求めた。得られた結果を表1に示す。 In addition, for each secondary battery that was charged and discharged for the first time under the above-described conditions separately, after measuring the thickness of the battery, it was charged again to 4.31 V for 3 hours and stored in a thermostatic bath at 60 ° C. for 1 month. The thickness of the battery after storage was measured. A value obtained by subtracting the battery thickness before storage from the battery thickness after storage was determined as the swelling after storage. The obtained results are shown in Table 1.
表1に示したように、実験例1−1〜1−4によれば、天然黒鉛に被膜を形成しなかった比較例1−1に比べて、放電容量維持率が大幅に向上し、膨れ量も大幅に小さくなり、定格容量も向上した。また、人造黒鉛を用いた比較例1−2に比べても、放電容量維持率が大幅に向上し、膨れ量も大幅に小さくなり、定格容量も向上した。更に、被覆した天然黒鉛を用いた比較例1−3〜1−7に比べても、放電容量維持率および定格容量が向上し、膨れ量も同等または小さくなった。 As shown in Table 1, according to Experimental Examples 1-1 to 1-4, compared with Comparative Example 1-1 in which a film was not formed on natural graphite, the discharge capacity retention rate was significantly improved and swollen. The amount has been greatly reduced, and the rated capacity has been improved. In addition, compared with Comparative Example 1-2 using artificial graphite, the discharge capacity retention rate was significantly improved, the amount of swelling was significantly reduced, and the rated capacity was also improved. Furthermore, even compared with Comparative Examples 1-3 to 1-7 using coated natural graphite, the discharge capacity retention rate and the rated capacity were improved, and the amount of swelling was the same or smaller.
すなわち、六方晶の(002)面の平均面間隔d002が0.3370nm以下であり、かつ、菱面体晶の(101)面に帰属するピークが得られる黒鉛材料を高分子化合物で被覆した負極活物質を用いると共に、負極活物質層22Bに23℃において炭酸プロピレン5μlを滴下した際に、0.1秒後の接触角が14度以下となるようにすれば、容量およびサイクル特性を向上させることができると共に、膨れを抑制することができることが分かった。 That is, the negative electrode active in which the average interplanar spacing d002 of the hexagonal (002) plane is 0.3370 nm or less and the graphite material in which a peak attributed to the (101) plane of rhombohedral crystal is obtained is coated with a polymer compound. When a material is used and when 5 μl of propylene carbonate is dropped onto the negative electrode active material layer 22B at 23 ° C., the contact angle after 0.1 seconds is 14 degrees or less, the capacity and cycle characteristics are improved. It was found that swelling could be suppressed.
(実験例2−1,2−2)
高分子化合物により被覆した天然黒鉛に加えて、人造黒鉛であるメソカーボンマイクロビーズを混合して用いたことを除き、他は実験例1−4と同様にして二次電池を作製した。被覆した天然黒鉛と、メソカーボンマイクロビーズとの混合割合は、実験例2−1では被覆した天然黒鉛を5質量%、メソカーボンマイクロビーズを95質量%、実験例2−2では被覆した天然黒鉛を50質量%、メソカーボンマイクロビーズを50質量%とした。なお、実験例2−1,2−2で用いたメソカーボンマイクロビーズの比表面積は0.6m2 /gである。また、実験例2−1,2−2の負極22についても、負極活物質層22Bに23℃において炭酸プロピレンを5μl滴下し、0.1秒後における炭酸プロピレン滴Pの接触角θを測定した。その結果、実験例2−1も実験例2−2も共に10度であった。
( Experimental examples 2-1 and 2-2)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Example 1-4, except that mesocarbon microbeads, which are artificial graphite, were mixed and used in addition to natural graphite coated with the polymer compound. The mixing ratio of the coated natural graphite and mesocarbon microbeads was 5% by mass for coated natural graphite, 95% by mass for mesocarbon microbeads in Experimental Example 2-1, and the coated natural graphite in Experimental Example 2-2. Was 50 mass%, and mesocarbon microbeads were 50 mass%. The specific surface area of the mesocarbon microbeads used in Experimental Examples 2-1 and 2-2 is 0.6 m 2 / g. For the
作製した実験例2−1,2−2の二次電池についても、実験例1−4と同様にして定格容量、300サイクル目の放電容量維持率、および保存後の膨れ量を調べた。得られた結果を実験例1−4の結果と共に表2に示す。 For the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 2-1 and 2-2, the rated capacity, the discharge capacity maintenance ratio at the 300th cycle, and the swelling amount after storage were examined in the same manner as in Experimental Example 1-4. The obtained results are shown in Table 2 together with the results of Experimental Example 1-4.
表2に示したように、他の負極活物質を混合した実験例2−1,2−2についても、実験例1−4と同様に、放電容量維持率が向上し、膨れ量も小さくなり、定格容量も向上した。すなわち、上述した黒鉛材料を被覆した負極活物質を用いるようにすれば、他の負極活物質を混合して用いても、同様の効果を得られることが分かった。 As shown in Table 2, for the experimental examples 2-1 and 2-2 were mixed with other anode active material, in the same manner as in Experimental Example 1-4, to improve the discharge capacity retention ratio, swelling amount becomes small The rated capacity has also been improved. That is, it was found that if the negative electrode active material coated with the above-described graphite material is used, the same effect can be obtained even if other negative electrode active materials are mixed.
(実験例3−1〜3−6)
電解液に代えて、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質24を用いたことを除き、他は実験例2−2と同様にして二次電池を作製した。その際、実験例3−1では、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体と、電解液とを、混合溶剤に溶解させて正極21および負極22に塗布し、混合溶剤を揮発させることにより、電解質24を形成した。電解液には、炭酸エチレン60質量%と、炭酸プロピレン40質量%とを混合した溶媒に、六フッ化リン酸リチウムを1mol/lの濃度で溶解させたものを用いた。
( Experimental examples 3-1 to 3-6)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Example 2-2 except that instead of the electrolytic solution, a
実験例3−2では、重合性化合物として、化4に示したa,b,cの3つの構造部をa:b:c=2:3:5のモル比で有するものを用い、電解液と混合して外装部材30の内部に注入したのち、重合性化合物を重合させることにより電解質24を形成した。電解液の組成は実験例2−2と同一である。
In Experimental Example 3-2, a polymerizable compound having three structural parts a, b, and c shown in Chemical Formula 4 at a molar ratio of a: b: c = 2: 3: 5 was used, and an electrolytic solution was used. And the
実験例3−3では、重合性化合物として、化5に示したトリメチロールプロパントリアクリレートと、化6に示したネオペンチルグリコールジアクリレートとを、3:7の質量比で用い、電解液と混合して外装部材30の内部に注入したのち、重合性化合物を重合させることにより電解質24を形成した。電解液の組成は実験例2−2と同一である。
In Experimental Example 3-3, trimethylolpropane triacrylate shown in Chemical Formula 5 and neopentylglycol diacrylate shown in Chemical Formula 6 were used at a mass ratio of 3: 7 as a polymerizable compound, and mixed with the electrolytic solution. And after inject | pouring in the inside of the
実験例3−4では、重合性化合物として、化7に示した化合物を用い、電解液と混合して外装部材30の内部に注入したのち、重合性化合物を重合させることにより電解質24を形成した。電解液の組成は実験例2−2と同一である。
In Experimental Example 3-4, the compound shown in Chemical Formula 7 was used as the polymerizable compound, mixed with the electrolytic solution, injected into the
実験例3−5では、ポリフッ化ビニリデンをセパレータ23の表面に塗布し、巻回体を作製して外装部材30の内部に収納したのち、電解液を注入することにより電解質24を形成した。電解液の組成は実験例2−2と同一である。
In Experimental Example 3-5, polyvinylidene fluoride was applied to the surface of the
実験例3−6では、ポリビニルホルマールと電解液とを混合し、外装部材30の内部に注入したのち、ポリビニルホルマールを重合させることにより電解質24を形成した。電解液の組成は実験例2−2と同一である。
In Experimental Example 3-6, after the polyvinyl formal and the electrolytic solution were mixed and injected into the
実験例3−1〜3−6に対する比較例3−1〜3−6として、被膜を形成していない天然黒鉛を負極活物質として用いたことを除き、他は実験例3−1〜3−6と同様にして二次電池を作製した。 As Comparative Examples 3-1 to 3-6 with respect to Experimental Examples 3-1 to 3-6, except that natural graphite without a film was used as the negative electrode active material, the other was Experimental Examples 3-1 to 3- In the same manner as in Example 6, a secondary battery was produced.
実験例3−1〜3−6および比較例3−1〜3−6についても、実験例2−2と同様にして、負極活物質層22Bの吸液特性、並びに、定格容量、300サイクル目の放電容量維持率、および保存後の膨れ量を調べた。得られた結果を表3に示す。 For Experimental Examples 3-1 to 3-6 and Comparative Examples 3-1 to 3-6, the liquid absorption characteristics of the negative electrode active material layer 22B, the rated capacity, and the 300th cycle were the same as in Experimental Example 2-2. The discharge capacity retention ratio and the swelling amount after storage were examined. The obtained results are shown in Table 3.
表3に示したように、実験例3−1〜3−6によれば、比較例3−1〜3−6に比べて、放電容量維持率が大幅に向上し、膨れ量も大幅に小さくなり、定格容量も向上した。すなわち、いわゆるゲル状の電解質24を用いた場合についても、上述した黒鉛材料を被覆した負極活物質を用いると共に、負極活物質層22Bが上述した吸液特性を有するようにすれば、同様の効果を得られることが分かった。
As shown in Table 3, according to Experimental Examples 3-1 to 3-6, compared with Comparative Examples 3-1 to 3-6, the discharge capacity retention rate is significantly improved, and the amount of swelling is also greatly reduced. The rated capacity has also been improved. That is, even when the so-called
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、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電解質として電解液を用いる場合および電解液を高分子化合物に保持させたゲル状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、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溶解または分散させた有機固体電解質、イオン伝導性セラミックス,イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などのイオン伝導性無機化合物を含む無機固体電解質、またはこれらと電解液との混合したものが挙げられる。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the embodiments and examples described above, the case where an electrolytic solution is used as the electrolyte and the case where a gel electrolyte in which the electrolytic solution is held in a polymer compound are used have been described. However, other electrolytes may be used. . Examples of other electrolytes include ion conductive inorganic compounds such as organic solid electrolytes, ion conductive ceramics, ion conductive glasses, or ionic crystals in which electrolyte salts are dissolved or dispersed in polymer compounds having ion conductivity. Inorganic solid electrolytes to be included, or a mixture of these with an electrolyte solution.
また、上記実施の形態および実施例では、正極21および負極22を巻回した巻回電極体を外装部材30の内部に備える場合について説明したが、正極21と負極22とを1層または複数積層したものを備えるようにしてもよい。
Moreover, although the said embodiment and Example demonstrated the case where the winding electrode body which wound the
更に、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる電池について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他のアルカリ金属、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても、本発明を適用することができる。加えて、本発明は、二次電池に限らず、一次電池などの他の電池についても同様に適用することができる。 Further, in the above embodiments and examples, a battery using lithium as an electrode reactant has been described. However, another alkali metal such as sodium (Na) or potassium (K), or an alkali such as magnesium or calcium (Ca) is used. The present invention can also be applied to the case of using an earth metal or another light metal such as aluminum. In addition, the present invention is not limited to the secondary battery, and can be similarly applied to other batteries such as a primary battery.
11…正極端子、12…負極端子、20…巻回電極体、21…正極、21A…正極集電体、21B…正極活物質層、22…負極、22A…負極集電体、22B…負極活物質層、23…セパレータ、24…電解質、25…保護テープ、30…外装部材、31…密着フィルム。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記黒鉛材料は、天然黒鉛であり、X線回折法により求められる六方晶の(002)面の平均面間隔d002が0.3370nm以下であり、かつ、X線回折法により菱面体晶の(101)面に帰属するピークが得られ、
前記負極活物質層における前記被膜が形成された負極活物質と前記他の負極活物質との割合(被膜が形成された負極活物質:他の負極活物質)は、質量比で、5:95〜50:50の範囲内であり、
前記負極活物質層は、23℃において炭酸プロピレン5μlを滴下した際に、0.1秒後の接触角が14度以下となる吸液特性を有する、二次電池用負極。 Along with the negative electrode active material in which a film made of carboxymethylcellulose ammonium salt is formed on at least a part of the graphite material, the negative electrode active material layer containing mesocarbon microbeads as another negative electrode active material ,
The graphite material is natural graphite, the average interplanar spacing d002 of the hexagonal (002) plane determined by the X-ray diffraction method is 0.3370 nm or less, and rhombohedral (101 ) The peak attributed to the surface is obtained,
The ratio of the negative electrode active material on which the film is formed and the other negative electrode active material in the negative electrode active material layer (negative electrode active material on which the film is formed: other negative electrode active material) is 5:95 by mass ratio. In the range of ~ 50: 50,
The negative electrode active material layer is a negative electrode for a secondary battery having a liquid absorption characteristic that a contact angle after 0.1 seconds is 14 degrees or less when 5 μl of propylene carbonate is dropped at 23 ° C.
前記負極は、黒鉛材料の少なくとも一部にカルボキシメチルセルロースアンモニウム塩よりなる被膜が形成された負極活物質と共に、他の負極活物質としてメソカーボンマイクロビーズを含有する負極活物質層を有し、
前記黒鉛材料は、天然黒鉛であり、X線回折法により求められる六方晶の(002)面の平均面間隔d002が0.3370nm以下であり、かつ、X線回折法により菱面体晶の(101)面に帰属するピークが得られ、
前記負極活物質層における前記被膜が形成された負極活物質と前記他の負極活物質との割合(被膜が形成された負極活物質:他の負極活物質)は、質量比で、5:95〜50:50の範囲内であり、
前記負極活物質層は、23℃において炭酸プロピレン5μlを滴下した際に、0.1秒後の接触角が14度以下となる吸液特性を有する、二次電池。 With electrolyte together with positive and negative electrodes,
The negative electrode has a negative electrode active material layer containing mesocarbon microbeads as another negative electrode active material, together with a negative electrode active material in which a film made of carboxymethylcellulose ammonium salt is formed on at least a part of the graphite material,
The graphite material is natural graphite, the average interplanar spacing d002 of the hexagonal (002) plane determined by the X-ray diffraction method is 0.3370 nm or less, and rhombohedral (101 ) The peak attributed to the surface is obtained,
The ratio of the negative electrode active material on which the film is formed and the other negative electrode active material in the negative electrode active material layer (negative electrode active material on which the film is formed: other negative electrode active material) is 5:95 by mass ratio. In the range of ~ 50: 50,
The negative electrode active material layer is a secondary battery having a liquid absorption characteristic that when 5 μl of propylene carbonate is dropped at 23 ° C., the contact angle after 0.1 seconds becomes 14 degrees or less.
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JP2004022507A (en) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | Sony Corp | Electrode and battery using it |
JP2004303557A (en) * | 2003-03-31 | 2004-10-28 | Tdk Corp | Lithium ion secondary battery |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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