JP5095132B2 - Negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same - Google Patents

Negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same Download PDF

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Description

本発明は、リチウム二次電池に関し、特に負極の構造に関する。   The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly to a negative electrode structure.

近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話などのポータブル機器の開発に伴い、その電源としての電池の需要が増大している。上記のような用途に用いられる電池には、常温使用が求められると同時に、高いエネルギー密度と優れたサイクル特性が要望される。   In recent years, with the development of portable devices such as personal computers and mobile phones, the demand for batteries as power sources has increased. A battery used for the above applications is required to be used at room temperature, and at the same time, a high energy density and excellent cycle characteristics are required.

この要求に対し、正極および負極のそれぞれにおいて、新たに高容量の活物質が開発されている。中でも非常に高い容量が得られるケイ素(Si)もしくは錫(Sn)の単体、酸化物または合金は、負極活物質として有望視されている。   In response to this requirement, high-capacity active materials have been newly developed in each of the positive electrode and the negative electrode. Among them, a simple substance, oxide or alloy of silicon (Si) or tin (Sn) capable of obtaining a very high capacity is considered promising as a negative electrode active material.

ケイ素を負極活物質として用いる際に問題となるのは、負極の変形である。充放電時には、リチウム(Li)が挿入および脱離することで、負極活物質が大きく膨張および収縮する。よって、集電体を含む負極が大きく歪み、しわや切れを生じる。また、負極とセパレータとの間に空間が生じ、充放電反応が不均一になる。よって、電池が局部的な特性低下を引き起こす懸念がある。   A problem in using silicon as a negative electrode active material is deformation of the negative electrode. At the time of charge and discharge, lithium (Li) is inserted and desorbed, so that the negative electrode active material is greatly expanded and contracted. Therefore, the negative electrode including the current collector is greatly distorted, and wrinkles and cuts are generated. Further, a space is generated between the negative electrode and the separator, and the charge / discharge reaction becomes non-uniform. Therefore, there is a concern that the battery may cause local characteristic deterioration.

このような問題に対し、活物質の膨張応力を緩和する空間を、負極に設けることが提案されている。この提案は、負極の歪み、うねりを抑制し、サイクル特性の劣化を抑えることを意図している。   In order to solve such a problem, it has been proposed to provide a space in the negative electrode for relaxing the expansion stress of the active material. This proposal is intended to suppress negative electrode distortion and undulation, and to suppress deterioration of cycle characteristics.

例えば特許文献1は、集電体上に、ケイ素の柱状粒子を形成することを提案している。
特許文献2は、集電体上に、リチウムと合金を形成する活物質を規則的に配列させるパターン成形を行うことを提案している。
For example, Patent Document 1 proposes forming silicon columnar particles on a current collector.
Patent Document 2 proposes to perform pattern forming in which an active material that forms an alloy with lithium is regularly arranged on a current collector.

特許文献3は、ケイ素、錫などの薄膜電極を凹凸のある集電体上に形成した後、凹凸を平坦化することで、薄膜に網目状のクラックを形成することを提案している。   Patent Document 3 proposes that after forming a thin film electrode of silicon, tin or the like on a current collector having unevenness, the unevenness is flattened to form a network-like crack in the thin film.

特許文献4は、負極活物質を形成する柱状粒子を、集電体表面の法線方向に対して傾斜させることを提案している。
特開2003−303586号公報 特開2004−127561号公報 特開2005−108522号公報 特開2005−196970号公報
Patent Document 4 proposes that the columnar particles forming the negative electrode active material are inclined with respect to the normal direction of the current collector surface.
JP 2003-303586 A JP 2004-127561 A JP 2005-108522 A JP-A-2005-196970

特許文献1〜3は、いずれも集電体の法線方向に直立した柱状粒子からなる負極活物質層を形成するものである。このような負極活物質層は、多くの空隙を有するため、正極活物質の多くは、負極活物質と対向せず、負極集電体の露出部に対向する。よって、充電時に正極活物質から供給されるリチウムが、負極活物質に吸蔵されずに、負極集電体の露出部に析出しやすくなる。その結果、放電時には、リチウムが負極から効率良く放出されず、充放電効率が低下する。   In each of Patent Documents 1 to 3, a negative electrode active material layer made of columnar particles standing upright in the normal direction of the current collector is formed. Since such a negative electrode active material layer has many voids, most of the positive electrode active material does not face the negative electrode active material but faces the exposed portion of the negative electrode current collector. Therefore, lithium supplied from the positive electrode active material at the time of charging is not occluded by the negative electrode active material, but tends to be deposited on the exposed portion of the negative electrode current collector. As a result, during discharging, lithium is not efficiently released from the negative electrode, and charge / discharge efficiency is reduced.

特許文献4の負極は、傾斜した柱状粒子を有するため、正極活物質と負極活物質との利用率が高められ、容量維持率に関しては、特許文献1〜3と比較して優れている。しかし、柱状粒子を傾斜させると、負極活物質層に隙間ができにくい。そのため、柱状粒子の厚みを増加させていくと、粒子同士がつながり、充電時の膨張の際に、負極が大きく歪み、集電体のしわや切れを生じる場合がある。よって、充放電サイクルを長期間に亘って繰り返すと、負極の劣化が進みやすい。   Since the negative electrode of Patent Document 4 has inclined columnar particles, the utilization ratio of the positive electrode active material and the negative electrode active material is increased, and the capacity retention rate is superior to Patent Documents 1 to 3. However, when the columnar particles are inclined, it is difficult to form a gap in the negative electrode active material layer. Therefore, when the thickness of the columnar particles is increased, the particles are connected to each other, and the negative electrode is greatly distorted during expansion during charging, which may cause wrinkling or cutting of the current collector. Therefore, when the charge / discharge cycle is repeated over a long period of time, the deterioration of the negative electrode tends to proceed.

本発明は、集電体と、負極活物質層とを含み、負極活物質層が、複数の柱状粒子を含む、リチウム二次電池用負極であって、集電体の表面は、複数の溝部と、複数の溝部で区画された二以上の領域とを含み、複数の溝部で区画された二以上の領域は、前記複数の柱状粒子を担持しており、複数の柱状粒子は、集電体の表面の法線方向に対して、斜め方向に成長しており、柱状粒子の集電体の表面に対して平行な成長方向と、複数の溝部とがなす角αが、0<α<90°を満たす、リチウム二次電池用負極に関する。さらに、本発明は、集電体と、負極活物質層とを含み、負極活物質層が、複数の柱状粒子を含む、リチウム二次電池用負極であって、集電体の表面は、複数の溝部と、複数の溝部で区画された二以上の領域とを含み、複数の溝部が、複数の第1溝部と複数の第2溝部とを含み、第1溝部と第2溝部とが、異なるパターンを有するとともに、互いに交差しており、複数の溝部で区画された二以上の領域は、複数の柱状粒子を担持しており、複数の柱状粒子は、集電体の表面の法線方向に対して、斜め方向に成長しており、柱状粒子の集電体の表面に対して平行な成長方向と、第1溝部とがなす角βが、0°<β<90°を満たし、柱状粒子の集電体の表面に対して平行な成長方向と、第2溝部とがなす角γが、0°<γ<90°を満たす、リチウム二次電池用負極に関する。 The present invention is a negative electrode for a lithium secondary battery including a current collector and a negative electrode active material layer, wherein the negative electrode active material layer includes a plurality of columnar particles, and the surface of the current collector includes a plurality of groove portions. When, and a two or more regions defined by a plurality of grooves, two or more regions defined by a plurality of grooves, carries a plurality of columnar particles, a plurality of columnar particles, the current collector The angle α formed by the growth direction parallel to the surface of the current collector of the columnar particles and the plurality of grooves is 0 <α <90. The present invention relates to a negative electrode for a lithium secondary battery that satisfies ° . Furthermore, the present invention provides a negative electrode for a lithium secondary battery including a current collector and a negative electrode active material layer, wherein the negative electrode active material layer includes a plurality of columnar particles, and the surface of the current collector includes a plurality of surfaces. And two or more regions partitioned by a plurality of groove portions, the plurality of groove portions include a plurality of first groove portions and a plurality of second groove portions, and the first groove portion and the second groove portion are different. Two or more regions having a pattern and intersecting each other and defined by a plurality of grooves carry a plurality of columnar particles, and the plurality of columnar particles are in the normal direction of the surface of the current collector. On the other hand, the angle β formed between the growth direction parallel to the surface of the current collector of the columnar particles and the first groove portion satisfies 0 ° <β <90 °, and the columnar particles grow in an oblique direction. The angle γ formed by the growth direction parallel to the surface of the current collector and the second groove satisfies 0 ° <γ <90 °. The present invention relates to a negative electrode for a secondary battery.

複数の溝部で区画された二以上の領域の形状は、例えば、正方形、長方形、平行四辺形または菱形である。 The shape of the two or more regions partitioned by the plurality of grooves is, for example, a square, a rectangle, a parallelogram, or a rhombus.

活物質層は、例えば、ケイ素単体、ケイ素合金、ケイ素と酸素とを含む化合物、および、ケイ素と窒素とを含む化合物よりなる群から選択される少なくとも1種を含む。   The active material layer includes, for example, at least one selected from the group consisting of a silicon simple substance, a silicon alloy, a compound containing silicon and oxygen, and a compound containing silicon and nitrogen.

ここで、ケイ素合金が、ケイ素と金属元素Mとの合金である場合、金属元素Mは、リチウムと合金を形成しないことが好ましい。金属元素Mは、例えば、チタン、銅およびニッケルよりなる群から選択される少なくとも1種である。   Here, when the silicon alloy is an alloy of silicon and the metal element M, it is preferable that the metal element M does not form an alloy with lithium. The metal element M is at least one selected from the group consisting of titanium, copper, and nickel, for example.

ケイ素と酸素とを含む化合物は、一般式(1):SiOx(ただし、0<x<2)で表される組成を有することが好ましい。 The compound containing silicon and oxygen preferably has a composition represented by the general formula (1): SiO x (where 0 <x <2).

本発明は、また、上記のリチウム二次電池用負極と、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な正極活物質を含む正極と、リチウムイオン伝導性の電解質と、を備えたリチウム二次電池に関する。   The present invention also relates to a lithium secondary battery comprising the above-described negative electrode for a lithium secondary battery, a positive electrode containing a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and a lithium ion conductive electrolyte.

負極集電体の表面が、複数の溝部と、複数の溝部で区画された領域とを含み、複数の溝部で区画された領域が、複数の柱状粒子を担持しているため、柱状粒子同士のつながりが起こりにくくなり、集電体のしわや切れが抑制される。また、複数の柱状粒子は、集電体の表面の法線方向に対して、斜め方向に成長しているため、正極活物質層と対向する負極集電体の露出部が減少し、負極集電体の露出部に析出するリチウムが少なくなる。よって、充放電効率とサイクル特性が向上する。   The surface of the negative electrode current collector includes a plurality of groove portions and a region partitioned by the plurality of groove portions, and the region partitioned by the plurality of groove portions carries a plurality of columnar particles. Connection is less likely to occur, and current collectors are prevented from wrinkling and breaking. In addition, since the plurality of columnar particles grow in an oblique direction with respect to the normal direction of the surface of the current collector, the exposed portion of the negative electrode current collector facing the positive electrode active material layer is reduced, and the negative electrode current collector is reduced. Less lithium is deposited on the exposed portion of the electric body. Therefore, charge / discharge efficiency and cycle characteristics are improved.

以下、図面を参照しながら説明するが、本発明は以下の内容に限定されない。
図1は、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池用負極10の、柱状粒子の成長方向に対して平行な断面概念図である。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following contents.
FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view of a negative electrode 10 for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention parallel to the growth direction of columnar particles.

負極10は、集電体11と、負極活物質層12とを具備する。負極活物質層12は、複数の柱状粒子121からなる。柱状粒子121の成長方向は、集電体11の表面の法線方向と、角θをなしている。よって、正極活物質層と対向する負極集電体の露出部が減少し、充放電効率が上昇し、負極集電体の露出部にリチウムが析出する可能性も低減する。すなわち、不均一な電極反応が抑制され、充放電サイクル特性も向上する。特に大電流で充放電を行う場合に見られる急激なサイクル特性の低下は、顕著に抑制される。   The negative electrode 10 includes a current collector 11 and a negative electrode active material layer 12. The negative electrode active material layer 12 includes a plurality of columnar particles 121. The growth direction of the columnar particles 121 forms an angle θ with the normal direction of the surface of the current collector 11. Therefore, the exposed part of the negative electrode current collector facing the positive electrode active material layer is reduced, the charge / discharge efficiency is increased, and the possibility that lithium is deposited on the exposed part of the negative electrode current collector is also reduced. That is, nonuniform electrode reaction is suppressed, and charge / discharge cycle characteristics are also improved. In particular, the rapid deterioration of the cycle characteristics seen when charging / discharging with a large current is remarkably suppressed.

角θは、10°以上、90°未満であることが望ましい。θが90°に近くなると、柱状粒子を集電体に担持することが次第に難しくなる。また、各柱状粒子が他の柱状粒子で遮蔽される部分が多くなり、ハイレート特性が低下する場合がある。よって、角θは、10°以上、80°以下がより望ましい。角θは、例えば任意の2〜10個の柱状粒子の平均値として求めることが望ましい。   The angle θ is desirably 10 ° or more and less than 90 °. When θ approaches 90 °, it becomes increasingly difficult to support columnar particles on the current collector. In addition, there are many portions where each columnar particle is shielded by other columnar particles, and the high-rate characteristics may deteriorate. Therefore, the angle θ is more preferably 10 ° or more and 80 ° or less. The angle θ is desirably obtained as an average value of, for example, arbitrary 2 to 10 columnar particles.

集電体11の表面は、複数の溝部111と、複数の溝部で区画された領域112とを有する。複数の柱状粒子121は、複数の溝部で区画された領域112に担持されている。複数の溝部111は、負極活物質層に隙間を与え、柱状粒子同士のつながりを抑制したり、柱状粒子の膨張による応力を緩和したりする作用を有する。   The surface of the current collector 11 has a plurality of grooves 111 and a region 112 partitioned by the plurality of grooves. The plurality of columnar particles 121 are carried in a region 112 partitioned by a plurality of grooves. The plurality of grooves 111 have a function of giving gaps to the negative electrode active material layer, suppressing connection between the columnar particles, and relaxing stress due to expansion of the columnar particles.

複数の溝部で区画された領域112には、凹凸が存在する。柱状粒子は、集電体の表面の凸部に成長しやすく、複数の溝部111および凹部には成長しにくい。ただし、溝部111の内壁に微小な凹凸が存在してもよく、溝部111に少量の活物質が担持されていてもよい。   Concavities and convexities exist in the region 112 defined by the plurality of grooves. The columnar particles easily grow on the convex portions on the surface of the current collector, and hardly grow on the plurality of groove portions 111 and the concave portions. However, minute irregularities may exist on the inner wall of the groove 111, and a small amount of active material may be supported on the groove 111.

溝部と凹凸とは、その形状により、区別することができる。
溝部は、例えば長さが1mm以上の直線状または曲線状であり、好ましくは所定のパターンを形成している。
凹凸は、無秩序または秩序的に配列された凹部と凸部からなり、凹部は線状を呈しない。このような凹凸は、集電体が電解銅箔や電解銅合金箔などである場合には必然的に形成され、人工的にはメッキ法、転写法、切削法により形成される。
A groove part and an unevenness | corrugation can be distinguished by the shape.
The groove is, for example, a straight line or a curved line having a length of 1 mm or more, and preferably forms a predetermined pattern.
Concavities and convexities are composed of recesses and projections that are disordered or ordered, and the recesses do not exhibit a linear shape. Such irregularities are inevitably formed when the current collector is an electrolytic copper foil or an electrolytic copper alloy foil, and artificially formed by a plating method, a transfer method, or a cutting method.

溝部の幅は10μm程度が最も好ましいが、1〜1000μmの範囲であればよく、5〜100μmの範囲が好ましい。1つの溝部において、その幅は均一でも不均一でもよい。すなわち、溝部の場所によって、幅が異なっていてもよい。   The width of the groove is most preferably about 10 μm, but may be in the range of 1 to 1000 μm, and preferably in the range of 5 to 100 μm. The width of one groove may be uniform or non-uniform. That is, the width may be different depending on the location of the groove.

溝部の深さは10μm程度が最も好ましいが、1〜30μmの範囲であればよく、1〜10μmの範囲が好ましい。1つの溝部において、その深さは均一でも不均一でもよい。すなわち、溝部の場所によって、深さが異なっていてもよい。   The depth of the groove is most preferably about 10 μm, but may be in the range of 1 to 30 μm, and preferably in the range of 1 to 10 μm. In one groove part, the depth may be uniform or non-uniform. That is, the depth may be different depending on the location of the groove.

集電体の表面に、複数の溝部を形成する方法としては、例えば転写法、切削法が挙げられる。
負極集電体の構成材料は、特に限定されない。一般に、銅、銅合金などが集電体に適している。集電体は、電解法により作製することが好ましい。集電体の厚みは、特に限定されないが、例えば1〜50μmが一般的である。
Examples of a method for forming a plurality of grooves on the surface of the current collector include a transfer method and a cutting method.
The constituent material of the negative electrode current collector is not particularly limited. In general, copper, copper alloy, etc. are suitable for the current collector. The current collector is preferably produced by an electrolytic method. Although the thickness of a collector is not specifically limited, For example, 1-50 micrometers is common.

複数の溝部を形成する前の集電体の表面粗さRaは、0.1〜30μmであることが望ましく、0.3〜10μmであることが更に望ましい。表面粗さRaが小さくなると、互いに隣接する柱状粒子間に間隔を設けることが困難になる場合がある。表面粗さRaが大きくなるにつれて、集電体の平均厚みも厚くなる。ただし、Raが100μm以下であれば、十分に高容量のリチウム二次電池が得られる。
Raは、日本工業規格(JISB 0601―1994)に定められており、例えば表面粗さ計等により測定することができる。
The surface roughness Ra of the current collector before forming the plurality of grooves is preferably 0.1 to 30 μm, and more preferably 0.3 to 10 μm. When the surface roughness Ra is small, it may be difficult to provide a space between columnar particles adjacent to each other. As the surface roughness Ra increases, the average thickness of the current collector also increases. However, if Ra is 100 μm or less, a sufficiently high capacity lithium secondary battery can be obtained.
Ra is defined in Japanese Industrial Standard (JISB 0601-1994), and can be measured by, for example, a surface roughness meter.

複数の溝部を形成する前の集電体の表面の凹凸において、互いに隣接する凸部の中心間距離は、例えば0.1μm以上、200μm以下であることが望ましく、1μm以上、20μm以下であることが更に望ましい。   In the unevenness of the surface of the current collector before forming the plurality of grooves, the distance between the centers of adjacent protrusions is preferably 0.1 μm or more and 200 μm or less, for example, and is 1 μm or more and 20 μm or less. Is more desirable.

本発明において、柱状粒子は、単結晶からなる粒子でもよく、複数の結晶子(結晶粒:crystallite)を含む多結晶粒子でもよい。柱状粒子は、結晶子サイズが100nm以下の微結晶からなる粒子でもよく、アモルファスでもよい。   In the present invention, the columnar particles may be particles composed of a single crystal, or may be polycrystalline particles including a plurality of crystallites (crystal grains). The columnar particles may be particles made of microcrystals having a crystallite size of 100 nm or less, or may be amorphous.

互いに隣接する柱状粒子121の中心間距離w1は、柱状粒子と集電体との接触部の中心間距離(すなわちピッチ)と見なすことができる。ピッチは、例えば0.1μm以上、200μm以下であることが望ましく、1μm以上、20μm以下であることが更に望ましい。柱状粒子121の直径にもよるが、ピッチが0.1μm以上であれば、サイクル特性の低下を抑制する顕著な効果が得られると考えられる。ピッチが200μm以下であれば、ある程度のエネルギー密度を確保できるとともに、法線方向から見た集電体の露出部も制限できる。ピッチは、例えば任意の2〜10組の互いに隣接する柱状粒子の組の平均値として求められる。 The center-to-center distance w 1 between the columnar particles 121 adjacent to each other can be regarded as the center-to-center distance (that is, the pitch) of the contact portion between the columnar particles and the current collector. The pitch is preferably 0.1 μm or more and 200 μm or less, for example, and more preferably 1 μm or more and 20 μm or less. Although it depends on the diameter of the columnar particles 121, it is considered that a remarkable effect of suppressing deterioration of cycle characteristics can be obtained when the pitch is 0.1 μm or more. If the pitch is 200 μm or less, it is possible to secure a certain energy density and limit the exposed portion of the current collector as viewed from the normal direction. A pitch is calculated | required as an average value of the group of arbitrary 2-10 sets of adjacent columnar particles, for example.

負極活物質層12の厚みtは、柱状粒子の直径にもよるが、例えば0.1μm≦t≦100μmであることが好ましく、1μm≦t≦50μmであることが特に好ましい。活物質層の厚みtが0.1μm以上であれば、ある程度のエネルギー密度を確保できる。活物質層の厚みtが100μm以下であれば、各柱状粒子が他の柱状粒子で遮蔽される割合を低く抑え、柱状粒子からの集電抵抗も低く抑制できる。よって、大電流での充放電(ハイレート充放電)に有利である。   Although the thickness t of the negative electrode active material layer 12 depends on the diameter of the columnar particles, for example, 0.1 μm ≦ t ≦ 100 μm is preferable, and 1 μm ≦ t ≦ 50 μm is particularly preferable. If the thickness t of the active material layer is 0.1 μm or more, a certain energy density can be secured. If the thickness t of the active material layer is 100 μm or less, the ratio of each columnar particle being shielded by other columnar particles can be kept low, and the current collection resistance from the columnar particles can also be kept low. Therefore, it is advantageous for charge / discharge with a large current (high rate charge / discharge).

柱状粒子121の直径(柱状粒子の成長方向に対して垂直な径)dは、特に限定されない。柱状粒子の直径は、柱状粒子の長さ方向において変化してもよい。ただし、充電時の膨張で柱状粒子が割れたり、集電体から離脱したりすることを防止する観点から、直径dは100μm以下が好ましく、1〜50μmが特に好ましい。柱状粒子の直径は、例えば任意の2〜10個の柱状粒子の平均値として求められる。ただし、柱状粒子の直径は、柱状粒子の中心高さ、すなわち集電体の法線方向における柱状粒子の中心高さで測定する。   The diameter (the diameter perpendicular to the growth direction of the columnar particles) d of the columnar particles 121 is not particularly limited. The diameter of the columnar particles may vary in the length direction of the columnar particles. However, the diameter d is preferably 100 μm or less, and particularly preferably 1 to 50 μm, from the viewpoint of preventing the columnar particles from cracking or separating from the current collector due to expansion during charging. The diameter of the columnar particles is obtained, for example, as an average value of arbitrary 2 to 10 columnar particles. However, the diameter of the columnar particles is measured by the center height of the columnar particles, that is, the center height of the columnar particles in the normal direction of the current collector.

互いに隣接する複数の柱状粒子は、成長途中で合体する場合がある。ただし、個々の柱状粒子は、成長の始点が異なる。よって、成長途中で合体した柱状粒子は、集電体の表面付近では分離しており、結晶の成長状態も異なる。よって、個々の柱状粒子の直径を求めることは可能である。   A plurality of columnar particles adjacent to each other may coalesce during growth. However, each columnar particle has a different growth starting point. Therefore, the columnar particles combined during the growth are separated in the vicinity of the surface of the current collector, and the crystal growth state is also different. Therefore, it is possible to determine the diameter of each columnar particle.

負極活物質層の厚みtおよび柱状粒子の直径dは、負極活物質が不可逆容量に相当するリチウムを含み、かつ、可逆容量に相当するリチウムを含まない状態(可逆容量が0の状態)で測定することが望ましい。可逆容量が0の状態は、完成した電池内における負極活物質層の体積が最小の状態に相当する。充電により、リチウムが柱状粒子に吸蔵されると、柱状粒子は膨張し、負極活物質層の体積は増加する。   The thickness t of the negative electrode active material layer and the diameter d of the columnar particles are measured in a state where the negative electrode active material contains lithium corresponding to the irreversible capacity and does not contain lithium corresponding to the reversible capacity (the reversible capacity is 0). It is desirable to do. The state where the reversible capacity is 0 corresponds to the state where the volume of the negative electrode active material layer in the completed battery is minimum. When lithium is occluded in the columnar particles by charging, the columnar particles expand and the volume of the negative electrode active material layer increases.

電解質と活物質との接触面積を多く確保するとともに、活物質の膨張による応力を十分に緩和する観点から、負極活物質層は、所定の空隙率を有することが望まれる。活物質層の空隙率Pは、例えば、水銀ポロシメータを用いる方法、一定面積の活物質層の重量と厚みと活物質の密度から計算する方法などで測定することができる。   From the viewpoint of securing a large contact area between the electrolyte and the active material and sufficiently relaxing the stress due to expansion of the active material, the negative electrode active material layer is desired to have a predetermined porosity. The porosity P of the active material layer can be measured by, for example, a method using a mercury porosimeter, a method of calculating from the weight and thickness of the active material layer having a certain area and the density of the active material.

空隙率の測定に用いる負極試料には、一様(均一)に活物質層を担持している集電体部分だけを切り出した試料を用いる。その際、両面に活物質層を担持した集電体部分を試料に用いてもよく、片面に活物質層を担持した集電体部分を試料に用いてもよい。   As the negative electrode sample used for measuring the porosity, a sample obtained by cutting out only the current collector portion carrying the active material layer uniformly (uniformly) is used. At that time, the current collector portion carrying the active material layer on both sides may be used for the sample, or the current collector portion carrying the active material layer on one side may be used for the sample.

水銀ポロシメータを用いた測定では、試料の空隙に侵入した水銀の体積をVH、活物質層の真体積をVTとすると、空隙率Pは、P(%)=100{VH/(VT+VH)}より求められる。なお、試料の集電体部分が表面に凹凸を有する場合には、集電体部分の凹凸に侵入した水銀の体積もVHに含めて空隙率を計算する。   In the measurement using a mercury porosimeter, when the volume of mercury that has entered the void of the sample is VH and the true volume of the active material layer is VT, the porosity P is P (%) = 100 {VH / (VT + VH)} Desired. When the current collector portion of the sample has irregularities on the surface, the porosity is calculated by including the volume of mercury that has entered the irregularities of the current collector portion in VH.

水銀ポロシメータを用いた空隙率Pの測定は、活物質層がリチウムを全く含まない状態で行う。不可逆容量に相当するリチウムを含み、かつ、可逆容量に相当するリチウムを含まない状態(可逆容量が0の状態)における空隙率P’は、空隙率Pを補正することにより求めることができる。不可逆容量に相当するリチウムを含み、かつ、可逆容量に相当するリチウムを含まない状態(可逆容量が0の状態)の活物質層の真体積をVa、リチウムを全く含まない状態との活物質層の体積をV0とする。そのとき、P’=100−Va(100−P)/V0の関係がある。   The porosity P using a mercury porosimeter is measured in a state where the active material layer does not contain lithium at all. The porosity P ′ in a state containing lithium corresponding to the irreversible capacity and not including lithium corresponding to the reversible capacity (state where the reversible capacity is 0) can be obtained by correcting the porosity P. An active material layer that contains lithium corresponding to the irreversible capacity and does not contain lithium corresponding to the reversible capacity (state where the reversible capacity is 0) is Va and does not contain lithium at all. Let V0 be the volume. At that time, there is a relationship of P ′ = 100−Va (100−P) / V0.

負極の空隙率Pは、10%≦P≦70%であることが望ましく、30%≦P≦60%であることが更に望ましい。空隙率Pが10%以上であれば、柱状粒子の膨張および収縮による応力を緩和するのに十分と考えられる。よって、粒状粒子と接触する電解質も豊富に確保できる。空隙率Pが70%を超えても、電池の用途によっては、好適に負極として用いることができる。ただし、負極のエネルギー密度は小さくなる。   The porosity P of the negative electrode is preferably 10% ≦ P ≦ 70%, and more preferably 30% ≦ P ≦ 60%. If the porosity P is 10% or more, it is considered sufficient to relieve stress due to expansion and contraction of the columnar particles. Therefore, an abundant electrolyte in contact with the granular particles can be secured. Even if the porosity P exceeds 70%, it can be suitably used as a negative electrode depending on the use of the battery. However, the energy density of the negative electrode is reduced.

空隙率PもしくはP’は、一定面積の活物質層の重量と厚みと、活物質の密度から計算することもできる。計算により空隙率を求める場合、試料における一定面積Sの活物質層の厚みをT、重量をW、活物質の密度をDとすると、空隙率Pは、P(%)=100〔{ST−(W/D)}/ST〕より求められる。   The porosity P or P ′ can also be calculated from the weight and thickness of the active material layer having a certain area and the density of the active material. When calculating the porosity by calculation, assuming that the thickness of the active material layer having a constant area S in the sample is T, the weight is W, and the density of the active material is D, the porosity P is P (%) = 100 [{ST− (W / D)} / ST].

図2は、本発明の一実施形態に係る集電体21が有する複数の溝部211のパターンと、柱状粒子の成長方向との関係を概念的に示す上面図である。   FIG. 2 is a top view conceptually showing the relationship between the pattern of the plurality of grooves 211 included in the current collector 21 according to the embodiment of the present invention and the growth direction of the columnar particles.

矢印D1は、集電体21の表面に対して平行な柱状粒子の成長方向を示している。矢印D1と、溝部211(の長さ方向)とは、角αをなしている。柱状粒子の高さ(負極活物質層の厚み)が増加するにつれ、柱状粒子同士がつながりやすくなるが、αが0°<α<90°を満たすことにより、柱状粒子同士のつながりを効果的に抑制することができる。これは、矢印D1に対して垂直および平行な方向における柱状粒子間の距離が、長くなりやすいためである。一方、α=0°の場合、溝部211の底面にも柱状粒子が成長してしまうため、矢印D1に対して平行な方向における柱状粒子間の距離が短くなりやすい。また、α=90°の場合、矢印D1の方向に溝部211の成分が存在しないため、矢印D1に対して垂直な方向における柱状粒子間の距離が短くなりやすい。柱状粒子同士のつながりを十分に防止する観点からは、20°≦α≦80°を満たすことが好ましい。 An arrow D 1 indicates the growth direction of the columnar particles parallel to the surface of the current collector 21. The arrow D 1, and the groove 211 (the length direction), and an angle alpha. As the height of the columnar particles (the thickness of the negative electrode active material layer) increases, the columnar particles become more easily connected to each other, but when α satisfies 0 ° <α <90 °, the connection between the columnar particles is effectively improved. Can be suppressed. This is because the distance between the columnar particles in the direction perpendicular to and parallel to the arrow D 1 tends to be long. On the other hand, in the case of alpha = 0 °, since the columnar particles to the bottom of the trench 211 will grow, the distance between columnar particles becomes short easily in the direction parallel to the arrow D 1. Also, in the case of alpha = 90 °, since there is no component of the groove 211 in the direction of arrow D 1, the distance between columnar particles becomes short easily in the direction perpendicular to the arrow D 1. From the viewpoint of sufficiently preventing the connection between the columnar particles, it is preferable to satisfy 20 ° ≦ α ≦ 80 °.

隣接する溝部211間の距離、すなわち複数の溝部で区画された領域212の幅W1は、10μm〜1cmであることが好ましい。幅W1が広すぎると、柱状粒子同士のつながりを防止する効果が小さくなりすぎ、幅Wが狭すぎると、柱状粒子同士のつながりを防止する効果は非常に大きくなるが、負極の容量が減少する。 The distance between adjacent grooves 211, that is, the width W1 of the region 212 defined by the plurality of grooves is preferably 10 μm to 1 cm. If the width W 1 is too wide, the effect of preventing the connection between the columnar particles becomes too small, and if the width W is too narrow, the effect of preventing the connection between the columnar particles becomes very large, but the capacity of the negative electrode decreases. To do.

図2では、複数の溝部211は、全て直線状であるが、溝部の形状は、これに限定されない。全ての溝部が、それぞれ独立に、直線状または曲線状であってもよい。また、全ての溝部が直線状である場合に、全ての溝部が平行である必要はない。   In FIG. 2, the plurality of groove portions 211 are all linear, but the shape of the groove portions is not limited to this. All the grooves may be linear or curved independently. Moreover, when all the groove parts are linear, it is not necessary for all the groove parts to be parallel.

図3は、本発明の別の一実施形態に係る集電体31が有する複数の溝部311のパターンと、柱状粒子の成長方向との関係を概念的に示す上面図である。
ここでは、複数の溝部311は、複数の第1溝部311aと複数の第2溝部311bとからなり、第1溝部311aと第2溝部311bとが、異なるパターンを有している。
FIG. 3 is a top view conceptually showing the relationship between the pattern of the plurality of grooves 311 included in the current collector 31 according to another embodiment of the present invention and the growth direction of the columnar particles.
Here, the plurality of groove portions 311 includes a plurality of first groove portions 311a and a plurality of second groove portions 311b, and the first groove portions 311a and the second groove portions 311b have different patterns.

矢印D2は、集電体31の表面に対して平行な柱状粒子の成長方向を示している。矢印D2と、第1溝部311a(の長さ方向)とは、角βをなしており、矢印D2と、第2溝部311b(の長さ方向)とは、角γをなしている。柱状粒子同士のつながりを十分に防止する観点からは、20°≦β≦80°および20°≦γ≦80°を満たすことが好ましい。 Arrow D 2 indicates the growth direction of columnar particles parallel to the surface of current collector 31. The arrow D 2 and the first groove 311a (in the length direction) form an angle β, and the arrow D 2 and the second groove 311b (in the length direction) form an angle γ. From the viewpoint of sufficiently preventing the connection between the columnar particles, it is preferable to satisfy 20 ° ≦ β ≦ 80 ° and 20 ° ≦ γ ≦ 80 °.

図1の場合と同様の理由により、隣接する第1溝部311a間の距離W2は、10μm〜1cmであることが好ましく、隣接する第2溝部311b間の距離W3は、10μm〜1cmであることが好ましい。 For the same reason as in FIG. 1, the distance W 2 between the adjacent first groove portions 311a is preferably 10 μm to 1 cm, and the distance W 3 between the adjacent second groove portions 311b is 10 μm to 1 cm. It is preferable.

上記のように、複数の溝部が、異なる2パターンの溝部を有する場合、1パターンの溝部だけを有する場合に比べて、溝部の面積が2倍になるため、皺抑制の点で有利である。なお、複数の溝部は、異なる3パターン以上の溝部を有してもよい。   As described above, when the plurality of groove portions have two different patterns of groove portions, the area of the groove portions is doubled compared to the case of having only one pattern of groove portions, which is advantageous in terms of suppressing wrinkles. The plurality of groove portions may have three or more different groove portions.

複数の溝部が、異なる2パターンの溝部を有する場合、複数の溝部は、格子を形成していることが好ましい。格子内の領域、すなわち複数の溝部で区画された領域312の形状は、例えば、正方形、長方形、平行四辺形または菱形となる。ただし、複数の溝部で区画された領域の形状は、四角形に限定されず、例えば楕円形または円形であってもよい。   In the case where the plurality of groove portions have two different patterns of groove portions, the plurality of groove portions preferably form a lattice. The shape of the region in the lattice, that is, the region 312 partitioned by the plurality of grooves is, for example, a square, a rectangle, a parallelogram, or a rhombus. However, the shape of the region partitioned by the plurality of grooves is not limited to a quadrangle, and may be, for example, an ellipse or a circle.

図3の場合、β=γ=45°であれば、複数の溝部で区画された領域の形状は長方形となり、更に、W2=W3の場合には正方形となる。また、βとγとが異なるときは、複数の溝部で区画された領域の形状は平行四辺形となり、更にW2=W3の場合には菱形となる。
なお、図1〜3は、柱状粒子の形状を制限するものではない。柱状粒子の形状は、特に制限されない。
In the case of FIG. 3, if β = γ = 45 °, the shape of the region partitioned by the plurality of grooves is a rectangle, and further, if W 2 = W 3 , it is a square. Further, when β and γ are different, the shape of the region defined by the plurality of grooves is a parallelogram, and when W 2 = W 3 , it is a rhombus.
1 to 3 do not limit the shape of the columnar particles. The shape of the columnar particles is not particularly limited.

本発明は、柱状粒子がケイ素元素を含んでいる場合に特に有効である。
柱状粒子は、例えば、ケイ素単体、ケイ素合金、ケイ素と酸素とを含む化合物、および、ケイ素と窒素とを含む化合物よりなる群から選択される少なくとも1種からなる。これらは1種が単独で活物質層を構成してもよく、複数種が活物質層を構成してもよい。ケイ素と窒素とを含む化合物は、更に酸素を含んでもよい。複数種が活物質層を構成する例として、ケイ素と酸素と窒素を含む化合物からなる活物質層が挙げられる。また、ケイ素と酸素との比率が異なる複数の酸化ケイ素の複合物からなる活物質層が挙げられる。
The present invention is particularly effective when the columnar particles contain silicon element.
The columnar particles are made of, for example, at least one selected from the group consisting of a silicon simple substance, a silicon alloy, a compound containing silicon and oxygen, and a compound containing silicon and nitrogen. One of these may constitute an active material layer alone, or a plurality of these may constitute an active material layer. The compound containing silicon and nitrogen may further contain oxygen. As an example in which a plurality of types constitute an active material layer, an active material layer made of a compound containing silicon, oxygen, and nitrogen can be given. In addition, an active material layer formed of a composite of a plurality of silicon oxides having different ratios of silicon and oxygen can be given.

ケイ素合金に含まれる、ケイ素以外の金属元素Mは、リチウムと合金を形成しない金属元素であることが望ましい。金属元素Mは、化学安定な電子伝導体であればよいが、例えば、チタン(Ti)、銅(Cu)およびニッケル(Ni)よりなる群から選択される少なくとも1種であることが望ましい。金属元素Mは、1種が単独でケイ素合金に含まれていてもよく、複数種がケイ素合金に含まれていてもよい。ケイ素合金におけるケイ素と金属元素Mのモル比は、下記範囲が好ましい。   The metal element M other than silicon contained in the silicon alloy is preferably a metal element that does not form an alloy with lithium. The metal element M may be any chemically stable electronic conductor, but is preferably at least one selected from the group consisting of titanium (Ti), copper (Cu), and nickel (Ni), for example. One kind of metal element M may be contained alone in the silicon alloy, or a plurality of kinds may be contained in the silicon alloy. The molar ratio of silicon to metal element M in the silicon alloy is preferably in the following range.

金属元素MがTiの場合、0<Ti/Si<2が好ましく、0.1≦Ti/Si≦1.0が特に好ましい。
金属元素MがCuの場合、0<Cu/Si<4が好ましく、0.1≦Cu/Si≦2.0が特に好ましい。
金属元素MがNiの場合、0<Ni/Si<2が好ましく、0.1≦Ni/Si≦1.0が特に好ましい。
When the metal element M is Ti, 0 <Ti / Si <2 is preferable, and 0.1 ≦ Ti / Si ≦ 1.0 is particularly preferable.
When the metal element M is Cu, 0 <Cu / Si <4 is preferable, and 0.1 ≦ Cu / Si ≦ 2.0 is particularly preferable.
When the metal element M is Ni, 0 <Ni / Si <2 is preferable, and 0.1 ≦ Ni / Si ≦ 1.0 is particularly preferable.

ケイ素と酸素とを含む化合物は、一般式(1):SiOx(ただし、0<x<2)で表される組成を有することが望ましい。ここで、酸素元素の含有量を示すx値は、0.01≦x≦1であることが更に好ましい。 The compound containing silicon and oxygen desirably has a composition represented by the general formula (1): SiO x (where 0 <x <2). Here, the x value indicating the content of oxygen element is more preferably 0.01 ≦ x ≦ 1.

ケイ素と窒素とを含む化合物は、一般式(2):SiNy(ただし、0<y<4/3)で表される組成を有することが望ましい。ここで、窒素元素の含有量を示すy値は、0.01≦y≦1であることが更に好ましい。 The compound containing silicon and nitrogen desirably has a composition represented by the general formula (2): SiN y (where 0 <y <4/3). Here, the y value indicating the content of nitrogen element is more preferably 0.01 ≦ y ≦ 1.

本発明のリチウム二次電池用負極は、例えば図4に示すような蒸着装置40を用いて作製する。
蒸着装置40は、真空雰囲気を実現するためのチャンバー41と、加熱手段である電子ビーム(図示せず)と、ガスをチャンバー41内に導入するガス導入配管42と、集電体を固定する固定台43と具備する。ガス導入配管42は、チャンバー41内にガスを放出するノズル45を具備する。集電体を固定する固定台43は、ノズル45の上方に設置されている。固定台43の鉛直下方には、集電体の表面に堆積して柱状粒子を形成するターゲット46が設置されている。
The negative electrode for a lithium secondary battery of the present invention is produced using, for example, a vapor deposition apparatus 40 as shown in FIG.
The vapor deposition apparatus 40 includes a chamber 41 for realizing a vacuum atmosphere, an electron beam (not shown) as a heating means, a gas introduction pipe 42 for introducing gas into the chamber 41, and a fixing for fixing the current collector. It is equipped with a base 43. The gas introduction pipe 42 includes a nozzle 45 that discharges gas into the chamber 41. A fixing base 43 for fixing the current collector is installed above the nozzle 45. A target 46 that is deposited on the surface of the current collector to form columnar particles is installed below the fixed base 43.

例えば集電体の表面に酸化ケイ素からなる柱状粒子を成長させる場合、ターゲット46にケイ素単体を用い、ノズル45からは、高純度の酸素ガスを放出する。電子ビームをターゲット46に照射すると、ターゲットが加熱され、気化する。気化したケイ素は、酸素雰囲気を通過して、酸化ケイ素として集電体の表面に堆積する。   For example, when columnar particles made of silicon oxide are grown on the surface of the current collector, high-purity oxygen gas is released from the nozzle 45 using silicon alone as the target 46. When the target 46 is irradiated with the electron beam, the target is heated and vaporized. The vaporized silicon passes through the oxygen atmosphere and is deposited on the surface of the current collector as silicon oxide.

蒸着装置40では、固定台43の角度により、集電体とターゲット46との位置関係を変更可能である。すなわち、柱状粒子の傾斜は、集電体の表面の法線方向と水平方向とが成す角θにより制御される。   In the vapor deposition apparatus 40, the positional relationship between the current collector and the target 46 can be changed according to the angle of the fixed base 43. That is, the inclination of the columnar particles is controlled by the angle θ formed by the normal direction of the surface of the current collector and the horizontal direction.

図5に、本発明のリチウム二次電池の一例の構造を概念的に示す。図5は、積層型リチウム二次電池の横断面図である。
電池50は、正極51と、負極52と、これらの間に介在するセパレータ53とからなる極板群を具備する。極板群とリチウムイオン伝導性を有する電解質は、外装ケース54の内部に収容されている。リチウムイオン伝導性を有する電解質は、セパレータ53に含浸されている。正極51は、正極集電体51aと、正極集電体51aに担持された正極活物質層51bからなり、負極52は、負極集電体52aと、負極集電体52aに担持された負極活物質層52bからなる。正極集電体51aおよび負極集電体52aには、それぞれ正極リード55および負極リード56の一端が接続されており、他端は外装ケース54の外部に導出されている。外装ケース54の開口部は、樹脂材料により封止されている。
FIG. 5 conceptually shows the structure of an example of the lithium secondary battery of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view of a stacked lithium secondary battery.
The battery 50 includes an electrode plate group including a positive electrode 51, a negative electrode 52, and a separator 53 interposed therebetween. The electrode group and the electrolyte having lithium ion conductivity are accommodated in the exterior case 54. The separator 53 is impregnated with an electrolyte having lithium ion conductivity. The positive electrode 51 includes a positive electrode current collector 51a and a positive electrode active material layer 51b supported on the positive electrode current collector 51a. The negative electrode 52 includes a negative electrode current collector 52a and a negative electrode active material supported on the negative electrode current collector 52a. It consists of a material layer 52b. One end of a positive electrode lead 55 and a negative electrode lead 56 is connected to the positive electrode current collector 51 a and the negative electrode current collector 52 a, respectively, and the other end is led out of the exterior case 54. The opening of the outer case 54 is sealed with a resin material.

正極活物質層51bは、充電時にリチウムを放出し、放電時にはリチウムを吸蔵する。負極活物質層52bは、充電時にリチウムを吸蔵し、放電時にはリチウムを放出する。   The positive electrode active material layer 51b releases lithium during charging, and occludes lithium during discharging. The negative electrode active material layer 52b occludes lithium during charging and releases lithium during discharging.

なお、図5では、積層型リチウム二次電池の一例を示したが、本発明のリチウム二次電池用負極は、スパイラル型(捲回型)の極板群を有する円筒型電池や角型電池などにも当然適用できる。   FIG. 5 shows an example of a laminated lithium secondary battery. The negative electrode for a lithium secondary battery of the present invention is a cylindrical battery or a square battery having a spiral (winding) electrode group. Of course, it can also be applied.

積層型電池では、正極と負極との合計が3層以上になるように電極を積層してもよい。ただし、全ての正極活物質層が負極活物質層と対向し、かつ、全ての負極活物質層が正極活物質層と対向するように、両面もしくは片面に正極活物質層を有する正極と、両面もしくは片面に負極活物質層を有する負極とを用いる。この場合、柱状粒子の傾斜状態は、全ての負極活物質層で、同じであってもよく、負極活物質層毎に異なっていてもよい。更に、同じ負極内に傾斜状態の異なる柱状粒子が形成されていてもよい。両面に負極活物質層を有する負極の場合、両面の柱状粒子の傾斜状態は同じでもよく、異なってもよい。   In the stacked battery, the electrodes may be stacked so that the total of the positive electrode and the negative electrode is three or more layers. However, a positive electrode having a positive electrode active material layer on both sides or one side so that all positive electrode active material layers face the negative electrode active material layer and all negative electrode active material layers face the positive electrode active material layer; Alternatively, a negative electrode having a negative electrode active material layer on one side is used. In this case, the inclined state of the columnar particles may be the same for all negative electrode active material layers, or may be different for each negative electrode active material layer. Furthermore, columnar particles having different inclination states may be formed in the same negative electrode. In the case of a negative electrode having negative electrode active material layers on both sides, the inclined state of the columnar particles on both sides may be the same or different.

本発明は、負極の構成に特徴を有することから、リチウム二次電池においては、負極以外の構成要素は特に限定されない。
例えば、正極活物質層には、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn24)などのリチウム含有遷移金属酸化物を用いることができるが、これに限定されない。
Since the present invention is characterized by the structure of the negative electrode, the components other than the negative electrode are not particularly limited in the lithium secondary battery.
For example, lithium-containing transition metal oxides such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), and lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) can be used for the positive electrode active material layer. It is not limited to.

正極活物質層は、正極活物質のみで構成してもよいし、正極活物質と結着剤と導電剤を含む合剤で構成してもよい。正極活物質層を負極活物質層と同様に、複数の柱状粒子で構成してもよい。正極集電体には、Al、Al合金、Ni、Tiなどを用いることができる。   The positive electrode active material layer may be composed of only the positive electrode active material, or may be composed of a mixture containing the positive electrode active material, the binder, and the conductive agent. The positive electrode active material layer may be composed of a plurality of columnar particles in the same manner as the negative electrode active material layer. For the positive electrode current collector, Al, Al alloy, Ni, Ti, or the like can be used.

リチウムイオン伝導性の電解質には、様々なリチウムイオン伝導性の固体電解質や非水電解質が用いられる。非水電解質には、非水溶媒にリチウム塩を溶解したものが好ましく用いられる。非水電解質の組成は特に限定されない。   Various lithium ion conductive solid electrolytes and non-aqueous electrolytes are used as the lithium ion conductive electrolyte. As the non-aqueous electrolyte, a lithium salt dissolved in a non-aqueous solvent is preferably used. The composition of the nonaqueous electrolyte is not particularly limited.

セパレータや外装ケースは、特に限定されず、様々な形態のリチウム二次電池に用いられている材料を用いることができる。
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、以下の実施例は本発明を限定するものではない。
The separator and the outer case are not particularly limited, and materials used in various forms of lithium secondary batteries can be used.
EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, a following example does not limit this invention.

《実施例1》
図5に示すような積層型リチウム二次電池を作製した。
(i)正極の作製
正極活物質である平均粒径約10μmのコバルト酸リチウム(LiCoO2)粉末10gと、導電剤であるアセチレンブラック0.3gと、結着剤であるポリフッ化ビニリデン粉末0.8gと、適量のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)とを充分に混合して、正極合剤ペーストを調製した。
Example 1
A stacked lithium secondary battery as shown in FIG. 5 was produced.
(I) Production of positive electrode 10 g of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) powder having an average particle diameter of about 10 μm as a positive electrode active material, 0.3 g of acetylene black as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride powder as a binder. 8 g and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) were sufficiently mixed to prepare a positive electrode mixture paste.

得られたペーストを厚み20μmのアルミニウム箔からなる正極集電体51aの片面に塗布し、乾燥後、圧延して、正極活物質層51bを形成した。その後、所定形状に正極を切り出した。アルミニウム箔の片面に担持された正極活物質層は、厚み70μmで、14.5mm×14.5mmのサイズであった。正極活物質層を有さない集電体の裏面には、正極リード55を接続した。   The obtained paste was applied to one side of a positive electrode current collector 51a made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried and then rolled to form a positive electrode active material layer 51b. Thereafter, the positive electrode was cut into a predetermined shape. The positive electrode active material layer carried on one side of the aluminum foil had a thickness of 70 μm and a size of 14.5 mm × 14.5 mm. A positive electrode lead 55 was connected to the back surface of the current collector not having the positive electrode active material layer.

(ii)負極の作製
図4に示すような、電子ビーム加熱手段(図示せず)を具備する蒸着装置((株)アルバック製)を用いて、負極を作製した。
蒸着装置40が具備するガス導入配管42は、マスフローコントローラを経由して、酸素ボンベと接続した。ノズル45からは、純度99.7%の酸素ガス(日本酸素(株)製)を、流量80sccmで放出した。
(Ii) Production of Negative Electrode A negative electrode was produced using a vapor deposition apparatus (manufactured by ULVAC, Inc.) having an electron beam heating means (not shown) as shown in FIG.
The gas introduction pipe 42 included in the vapor deposition apparatus 40 was connected to an oxygen cylinder via a mass flow controller. From the nozzle 45, oxygen gas with a purity of 99.7% (manufactured by Nippon Oxygen Co., Ltd.) was released at a flow rate of 80 sccm.

ノズル45の上方には、負極集電体を固定する固定台43を設置した。固定台43は、水平面と63°の角θを成すように傾斜させた。固定台43には、負極集電体として、厚み35μmで、80mm×15mmのサイズに裁断された電解銅箔(古河サーキットフォイル(株)製)を固定した。ただし、電解銅箔の片面には、固定台に固定する前に、切削法で、図2に示すようなパターンの複数の溝部211を形成した。   A fixing base 43 for fixing the negative electrode current collector was installed above the nozzle 45. The fixed base 43 was inclined so as to form an angle θ of 63 ° with the horizontal plane. An electrolytic copper foil (manufactured by Furukawa Circuit Foil Co., Ltd.) having a thickness of 35 μm and cut to a size of 80 mm × 15 mm was fixed to the fixing base 43 as a negative electrode current collector. However, a plurality of groove portions 211 having a pattern as shown in FIG. 2 were formed on one surface of the electrolytic copper foil by a cutting method before being fixed to the fixing base.

固定台43の鉛直下方には、負極集電体の表面に堆積させるターゲット46を設置した。ターゲット46には、純度99.9999%のケイ素単体((株)高純度化学研究所製)を用いた。
ここで、負極集電体として用いた電解銅箔の表面粗さ(Ra)は、2μmであり、互いに隣接する凸部の中心間距離は9μmであった。
A target 46 to be deposited on the surface of the negative electrode current collector was installed vertically below the fixed base 43. As the target 46, a simple substance of 99.9999% silicon (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) was used.
Here, the surface roughness (Ra) of the electrolytic copper foil used as the negative electrode current collector was 2 μm, and the distance between the centers of the convex portions adjacent to each other was 9 μm.

電解銅箔の片面に形成した複数の溝部211は、深さ(Ra測定における基準面からの深さ)10μm、幅10μmとした。複数の溝部211の間隔、すなわち複数の溝部で区画された領域212の幅W1は、2mmとした。複数の溝部211は、電解銅箔の長手方向と45°の角をなすように形成した。そして、電解銅箔の長手方向が図2の紙面と平行になるように、電解銅箔を固定台に固定した。すなわち、矢印D1と溝部211とがなす角αは45°とした。 The plurality of grooves 211 formed on one surface of the electrolytic copper foil had a depth (depth from a reference surface in Ra measurement) of 10 μm and a width of 10 μm. The interval between the plurality of groove portions 211, that is, the width W 1 of the region 212 defined by the plurality of groove portions was 2 mm. The plurality of groove portions 211 were formed so as to form a 45 ° angle with the longitudinal direction of the electrolytic copper foil. And the electrolytic copper foil was fixed to the fixing stand so that the longitudinal direction of the electrolytic copper foil was parallel to the paper surface of FIG. That is, the angle α formed by the arrow D 1 and the groove 211 is 45 °.

上記の状態で30分間、負極活物質を電解銅箔上に堆積させた。その際、ケイ素単体のターゲット46に照射する電子ビームの加速電圧を−8kVとし、エミッションを500mAに設定した。ケイ素単体の蒸気は、酸素雰囲気を通過してから、固定台43に設置された電解銅箔上に堆積するため、ケイ素と酸素とを含む化合物(酸化ケイ素)からなる負極活物質層が形成された。こうして得られた負極を負極1Aとした。その後、負極1Aを15mm×15mmのサイズに裁断した。負極活物質層を有さない集電体の裏面には、負極リードを接続した。   In the above state, the negative electrode active material was deposited on the electrolytic copper foil for 30 minutes. At that time, the acceleration voltage of the electron beam applied to the silicon target 46 was set to -8 kV, and the emission was set to 500 mA. Since the vapor of silicon alone passes through the oxygen atmosphere and is deposited on the electrolytic copper foil placed on the fixing base 43, a negative electrode active material layer made of a compound containing silicon and oxygen (silicon oxide) is formed. It was. The negative electrode thus obtained was designated as negative electrode 1A. Thereafter, the negative electrode 1A was cut into a size of 15 mm × 15 mm. A negative electrode lead was connected to the back surface of the current collector having no negative electrode active material layer.

得られた負極活物質層に含まれる酸素量を燃焼法により定量した結果、酸化ケイ素の組成はSiO0.5であった。
次に、負極1Aの表面および断面を電子顕微鏡で観察した。
表面観察の結果、柱状粒子同士のつながりが抑制されており、柱状粒子と集電体の表面の法線方向とがなす角θは45°であった。負極活物質層の厚みは20μmであり、互いに隣接する柱状粒子の中心間距離(ピッチ)は9μmであった。柱状粒子の中心高さにおける直径は5μmであった。
As a result of quantifying the amount of oxygen contained in the obtained negative electrode active material layer by a combustion method, the composition of silicon oxide was SiO 0.5 .
Next, the surface and cross section of the negative electrode 1A were observed with an electron microscope.
As a result of surface observation, the connection between the columnar particles was suppressed, and the angle θ formed by the columnar particles and the normal direction of the surface of the current collector was 45 °. The thickness of the negative electrode active material layer was 20 μm, and the center-to-center distance (pitch) between adjacent columnar particles was 9 μm. The diameter at the center height of the columnar particles was 5 μm.

次に、水銀ポロシメータ((株)島津製作所製のオートポアIII9410)を用いて、負極1Aの空隙率Pを以下の要領で測定した。
まず、15mm×15mmのサイズの電解銅箔(表面粗さRa=2μm、厚み35μm)の片面に、上記と同様の条件で、一様にSiO0.5の柱状粒子を形成し、負極1Aの試料を作製した。得られた試料の重量から、銅箔の重量を差し引いて、活物質層の重量を求め、SiO0.5の密度から、活物質層の真体積(VT)を求めた。次に、水銀ポロシメータにより、試料の空隙に水銀を侵入させて、侵入した水銀の体積(VH)を求めた。活物質層の真体積(VT)と、試料の空隙に侵入した水銀の体積(VH)から、空隙率Pを求めたところ、34%であった。
Next, the porosity P of the negative electrode 1A was measured in the following manner using a mercury porosimeter (Autopore III 9410 manufactured by Shimadzu Corporation).
First, SiO 0.5 columnar particles are uniformly formed on one surface of a 15 mm × 15 mm size electrolytic copper foil (surface roughness Ra = 2 μm, thickness 35 μm) under the same conditions as described above, and a sample of the negative electrode 1A is prepared. Produced. The weight of the active material layer was determined by subtracting the weight of the copper foil from the weight of the obtained sample, and the true volume (VT) of the active material layer was determined from the density of SiO 0.5 . Next, mercury was intruded into the voids of the sample with a mercury porosimeter, and the volume (VH) of the invading mercury was determined. The porosity P was found to be 34% from the true volume (VT) of the active material layer and the volume (VH) of mercury that had entered the voids of the sample.

以下、負極1Aの物性をまとめる。
(負極集電体:電解銅箔)
厚み:35μm
表面粗さ(Ra):2μm
互いに隣接する凸部の中心間距離:9μm
溝部の深さ:10μm
溝部の幅:10μm
隣接する溝部間の距離W1:2mm
柱状粒子の集電体の表面に対して平行な成長方向(矢印D1)と溝部とがなす角α:45°
Hereinafter, the physical properties of the negative electrode 1A are summarized.
(Negative electrode current collector: electrolytic copper foil)
Thickness: 35μm
Surface roughness (Ra): 2 μm
Distance between centers of adjacent convex parts: 9 μm
Groove depth: 10 μm
Groove width: 10 μm
Distance W 1 between adjacent grooves: 2 mm
Angle α formed by the growth direction (arrow D 1 ) parallel to the surface of the current collector of the columnar particles and the groove portion: 45 °

(負極活物質層)
組成:SiO0.5
大きさ:15mm×15mm
柱状粒子と集電体の表面の法線方向とがなす角θ:45°
厚みt:20μm
互いに隣接する柱状粒子の中心間距離:9μm
柱状粒子の直径:5μm
空隙率P:34%
(Negative electrode active material layer)
Composition: SiO 0.5
Size: 15mm x 15mm
Angle θ between the columnar particles and the normal direction of the surface of the current collector: 45 °
Thickness t: 20 μm
Distance between centers of adjacent columnar particles: 9 μm
Columnar particle diameter: 5 μm
Porosity P: 34%

(iii)試験電池の作製
旭化成(株)製の厚み20μmのポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介して、正極活物質層と負極活物質層とを対向させ、薄い極板群を構成した。この極板群を、電解質とともに、アルミニウムラミネートシートからなる外装ケースに挿入した。電解質には、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比1:1で混合し、これにLiPF6を1.0mol/Lの濃度で溶解した非水電解質を用いた。非水電解質は、正極活物質層、負極活物質層およびセパレータにそれぞれ含浸させた。その後、正極リードと負極リードとを、外部に導出させた状態で、外装ケース内を減圧するとともに、ケースの端部を樹脂材料で溶着し、試験電池を完成させた。得られた試験電池を電池1Aと称する。
(Iii) Production of test battery A positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer were opposed to each other through a separator made of a polyethylene microporous film having a thickness of 20 μm manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd. to form a thin electrode plate group. This electrode group was inserted into an outer case made of an aluminum laminate sheet together with the electrolyte. As the electrolyte, a nonaqueous electrolyte in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 1: 1 and LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.0 mol / L was used. The nonaqueous electrolyte was impregnated in the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the separator, respectively. Thereafter, with the positive electrode lead and the negative electrode lead led out to the outside, the inside of the outer case was decompressed and the end of the case was welded with a resin material to complete the test battery. The obtained test battery is referred to as battery 1A.

《比較例1》
電解銅箔に複数の溝部を形成しなかったこと以外、実施例1と同様にして、負極を作製した。得られた負極を負極1Bとした。
次に、負極1Bの断面を電子顕微鏡で観察し、更に、水銀ポロシメータを用いて、負極1Bの空隙率Pを求めた。
以下、負極1Bの物性をまとめる。
<< Comparative Example 1 >>
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that a plurality of grooves were not formed on the electrolytic copper foil. The obtained negative electrode was designated as negative electrode 1B.
Next, the cross section of the negative electrode 1B was observed with an electron microscope, and the porosity P of the negative electrode 1B was determined using a mercury porosimeter.
Hereinafter, the physical properties of the negative electrode 1B are summarized.

(負極集電体:電解銅箔)
厚み:35μm
表面粗さ(Ra):2μm
互いに隣接する凸部の中心間距離:9μm
(Negative electrode current collector: electrolytic copper foil)
Thickness: 35μm
Surface roughness (Ra): 2 μm
Distance between centers of adjacent convex parts: 9 μm

(負極活物質層)
組成:SiO0.5
大きさ:15mm×15mm
柱状粒子と集電体の表面の法線方向とがなす角θ:45°
厚みt:20μm
互いに隣接する柱状粒子の中心間距離:9μm
柱状粒子の直径:5μm
空隙率P:31%
負極1Bを用いたこと以外、実施例1と同様にして、試験電池1Bを作製した。
(Negative electrode active material layer)
Composition: SiO 0.5
Size: 15mm x 15mm
Angle θ between the columnar particles and the normal direction of the surface of the current collector: 45 °
Thickness t: 20 μm
Distance between centers of adjacent columnar particles: 9 μm
Columnar particle diameter: 5 μm
Porosity P: 31%
A test battery 1B was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode 1B was used.

[評価方法]
(i)充放電特性
電池1Aおよび1Bを、それぞれ20℃の恒温室に収納し、定電流定電圧方式で充電を行った。ここでは、電池電圧が4.2Vになるまで1Cレート(1Cとは1時間で全電池容量を使い切ることができる電流値)の定電流で充電し、4.2Vに達した後は電流値が0.05Cになるまで定電圧で充電した。
[Evaluation method]
(I) Charge / Discharge Characteristics The batteries 1A and 1B were each housed in a constant temperature room at 20 ° C. and charged by a constant current and constant voltage method. Here, the battery is charged at a constant current of 1C rate (1C is a current value that can use up the entire battery capacity in 1 hour) until the battery voltage reaches 4.2V, and after reaching 4.2V, the current value is The battery was charged at a constant voltage until reaching 0.05C.

充電後、20分間休止した後、1Cレートのハイレートの定電流で、電池電圧が2.5Vになるまで放電を行った。ハイレートでの放電後、更に0.2Cの定電流で、電池電圧が2.5Vになるまで再放電を行った。再放電後、20分間休止した。   After charging, the battery was rested for 20 minutes, and then discharged at a constant rate of 1C rate until the battery voltage reached 2.5V. After discharging at a high rate, re-discharge was performed at a constant current of 0.2 C until the battery voltage reached 2.5V. After the re-discharge, it was paused for 20 minutes.

上記の充放電を500サイクル繰り返した。サイクル数と全放電容量(ハイレート放電と再放電との合計)との関係を図6に示す。   The above charging / discharging was repeated 500 cycles. FIG. 6 shows the relationship between the number of cycles and the total discharge capacity (the sum of high-rate discharge and re-discharge).

サイクル初期において、充電容量に対する、全放電容量の割合を、充放電効率として、百分率値で求めた。
また、サイクル初期において、全放電容量に対する、ハイレート放電での放電容量の割合を、ハイレート比率として、百分率値で求めた。
更に、サイクル初期の全放電容量に対する、500サイクル後の全放電容量の割合を、容量維持率として、百分率値で求めた。
結果を表1に示す。
At the beginning of the cycle, the ratio of the total discharge capacity to the charge capacity was determined as a percentage value as charge / discharge efficiency.
Further, at the beginning of the cycle, the ratio of the discharge capacity in the high rate discharge to the total discharge capacity was obtained as a percentage value as the high rate ratio.
Furthermore, the ratio of the total discharge capacity after 500 cycles to the total discharge capacity at the beginning of the cycle was determined as a percentage value as a capacity retention rate.
The results are shown in Table 1.

Figure 0005095132
Figure 0005095132

表1および図6が示すように、サイクル初期には、電池1Aと電池1Aとの間に、ほとんど差が見られなかった。一方、500サイクル後の容量維持率は、電池1Aが電池1Bに比べて大幅に改善していた。これは、充電時の膨張の際に、集電体のしわや切れが抑制されたためと考えられる。   As Table 1 and FIG. 6 show, there was almost no difference between the battery 1A and the battery 1A at the beginning of the cycle. On the other hand, the capacity maintenance rate after 500 cycles was significantly improved in the battery 1A compared to the battery 1B. This is considered to be because the current collector was suppressed from wrinkling and cutting during expansion during charging.

よって、集電体に図2のようなパターンで複数の溝部を形成することが、サイクル特性向上において効果的であることが確認された。本実施例では、図2のパターンを採用したが、αが45°以外の角度であったとしても同じ効果が期待できる。   Therefore, it was confirmed that it is effective in improving the cycle characteristics to form a plurality of grooves with a pattern as shown in FIG. 2 in the current collector. In the present embodiment, the pattern of FIG. 2 is adopted, but the same effect can be expected even if α is an angle other than 45 °.

《実施例2》
電解銅箔の片面に、図3に示すようなパターンの、複数の第1溝部311aと複数の第2溝部311bからなる複数の溝部311を形成したこと以外、実施例1と同様にして、負極を作製した。得られた負極を負極2Aとした。
次に、負極2Aの断面を電子顕微鏡で観察し、更に、水銀ポロシメータを用いて、負極1Bの空隙率Pを求めた。
Example 2
In the same manner as in Example 1, except that a plurality of groove portions 311 including a plurality of first groove portions 311a and a plurality of second groove portions 311b having a pattern as shown in FIG. 3 were formed on one surface of the electrolytic copper foil. Was made. The obtained negative electrode was designated as negative electrode 2A.
Next, the cross section of the negative electrode 2A was observed with an electron microscope, and the porosity P of the negative electrode 1B was determined using a mercury porosimeter.

以下、負極2Aの物性をまとめる。
(負極集電体:電解銅箔)
厚み:35μm
表面粗さ(Ra):2μm
互いに隣接する凸部の中心間距離:9μm
第1溝部の深さ:10μm
第1溝部の幅:10μm
第2溝部の深さ:10μm
第2溝部の幅:10μm
隣接する第1溝部間の距離W2:2mm
隣接する第2溝部間の距離W3:2mm
柱状粒子の集電体の表面に対して平行な成長方向(矢印D2)と第1溝部とがなす角β:45°
柱状粒子の集電体の表面に対して平行な成長方向(矢印D2)と第2溝部とがなす角γ:45°
Hereinafter, the physical properties of the negative electrode 2A are summarized.
(Negative electrode current collector: electrolytic copper foil)
Thickness: 35μm
Surface roughness (Ra): 2 μm
Distance between centers of adjacent convex parts: 9 μm
Depth of first groove: 10 μm
Width of first groove: 10 μm
Second groove depth: 10 μm
Second groove width: 10 μm
Distance W 2 between adjacent first groove portions: 2 mm
Distance W 3 between adjacent second groove portions: 2 mm
Angle β formed by the growth direction (arrow D 2 ) parallel to the surface of the current collector of the columnar particles and the first groove portion: 45 °
Angle γ formed by the growth direction (arrow D 2 ) parallel to the surface of the current collector of the columnar particles and the second groove portion: 45 °

(負極活物質層)
組成:SiO0.5
大きさ:15mm×15mm
柱状粒子と集電体の表面の法線方向とがなす角θ:45°
厚みt:20μm
互いに隣接する柱状粒子の中心間距離:9μm
柱状粒子の直径:5μm
空隙率P:37%
(Negative electrode active material layer)
Composition: SiO 0.5
Size: 15mm x 15mm
Angle θ between the columnar particles and the normal direction of the surface of the current collector: 45 °
Thickness t: 20 μm
Distance between centers of adjacent columnar particles: 9 μm
Columnar particle diameter: 5 μm
Porosity P: 37%

負極2Aを用いたこと以外、実施例1と同様にして、試験電池2Aを作製した。
電池2Aについて、実施例1と同様の評価を行った。500サイクル後の充放電効率、ハイレート比率および容量維持率を表2に示す。
A test battery 2A was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode 2A was used.
Evaluation similar to Example 1 was performed about the battery 2A. Table 2 shows the charge / discharge efficiency, high rate ratio, and capacity retention rate after 500 cycles.

Figure 0005095132
Figure 0005095132

表2が示すように、集電体に図3のようなパターンで複数の溝部を形成した場合にも、電池1Aと同様に高い容量維持率が得られた。これは、充電時の膨張の際に、集電体のしわや切れが充分に抑制されたためと考えられる。本実施例では、図3のような格子状のパターンを採用したがβおよびγが45°以外の角度であっても、βとγとが異なっていても同じ効果が期待できる。   As shown in Table 2, a high capacity retention rate was obtained as in the case of the battery 1A even when a plurality of grooves were formed in the current collector in a pattern as shown in FIG. This is presumably because the current collector was sufficiently suppressed from wrinkling and cutting during expansion during charging. In this embodiment, the lattice pattern as shown in FIG. 3 is adopted. However, even if β and γ are angles other than 45 °, the same effect can be expected even if β and γ are different.

集電体と、負極活物質層とを含み、負極活物質層が、複数の柱状粒子を含み、複数の柱状粒子が、集電体の表面の法線方向に対して、斜め方向に成長しているリチウム二次電池用負極において、集電体の表面に、複数の溝部を形成することにより、活物質の体積変化による応力を緩和することができる。よって、集電体のしわや切れが減少し、サイクル特性の低下が抑制される。このため、本発明の負極を用いることで、サイクル特性などの信頼性に優れた高容量のリチウム二次電池の作製が可能となる。   A current collector and a negative electrode active material layer, the negative electrode active material layer includes a plurality of columnar particles, and the plurality of columnar particles grow in an oblique direction with respect to a normal direction of a surface of the current collector. In the negative electrode for a lithium secondary battery, the stress due to the volume change of the active material can be relieved by forming a plurality of grooves on the surface of the current collector. Therefore, wrinkles and breakage of the current collector are reduced, and deterioration of cycle characteristics is suppressed. For this reason, by using the negative electrode of the present invention, it is possible to produce a high-capacity lithium secondary battery excellent in reliability such as cycle characteristics.

本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池用負極の、柱状粒子の成長方向に対して平行な断面概念図である。1 is a conceptual cross-sectional view parallel to a growth direction of columnar particles of a negative electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る集電体が有する複数の溝部のパターンと、柱状粒子の成長方向との関係を概念的に示す上面図である。It is a top view which shows notionally the relationship between the pattern of the some groove part which the electrical power collector which concerns on one Embodiment of this invention has, and the growth direction of columnar particle | grains. 本発明の別の一実施形態に係る集電体が有する複数の溝部のパターンと、柱状粒子の成長方向との関係を概念的に示す上面図である。It is a top view which shows notionally the relationship between the pattern of the some groove part which the collector which concerns on another one Embodiment of this invention has, and the growth direction of columnar particle | grains. 本発明のリチウム二次電池用負極の作製に用いる蒸着装置の概略図である。It is the schematic of the vapor deposition apparatus used for preparation of the negative electrode for lithium secondary batteries of this invention. 本発明の一実施形態に係る積層型リチウム二次電池の横断面図である。1 is a cross-sectional view of a stacked lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. 実施例1と比較例1のリチウム二次電池の充放電サイクル数と全放電容量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the charging / discharging cycle number of the lithium secondary battery of Example 1 and Comparative Example 1, and total discharge capacity.

符号の説明Explanation of symbols

10 負極
11、21、31 集電体
12 負極活物質層
111、211、311 溝部
112、212、312 複数の溝部で区画された領域
121 柱状粒子
311a 第1溝部
311b 第2溝部
40 蒸着装置
41 チャンバー
42 ガス導入配管
43 固定台
45 ノズル
46 ターゲット
50 電池
51 正極
51a 正極集電体
51b 正極活物質層
52 負極
52a 負極集電体
52b 負極活物質層
53 セパレータ
54 外装ケース
55 正極リード
56 負極リード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Negative electrode 11, 21, 31 Current collector 12 Negative electrode active material layer 111, 211, 311 Groove part 112, 212, 312 Area | region divided by several groove part 121 Columnar particle 311a 1st groove part 311b 2nd groove part 40 Vapor deposition apparatus 41 Chamber 42 Gas introduction pipe 43 Fixing base 45 Nozzle 46 Target 50 Battery 51 Positive electrode 51a Positive electrode current collector 51b Positive electrode active material layer 52 Negative electrode 52a Negative electrode current collector 52b Negative electrode active material layer 53 Separator 54 Exterior case 55 Positive electrode lead 56 Negative electrode lead

Claims (8)

集電体と、負極活物質層とを含み、前記負極活物質層が、複数の柱状粒子を含む、リチウム二次電池用負極であって、
前記集電体の表面は、複数の溝部と、前記複数の溝部で区画された二以上の領域とを含み、
前記複数の溝部で区画された二以上の領域は、前記複数の柱状粒子を担持しており、
前記複数の柱状粒子は、前記集電体の表面の法線方向に対して、斜め方向に成長しており
前記柱状粒子の前記集電体の表面に対して平行な成長方向と、前記複数の溝部とがなす角αが、0<α<90°を満たす、リチウム二次電池用負極。
A negative electrode for a lithium secondary battery, comprising: a current collector; and a negative electrode active material layer, wherein the negative electrode active material layer includes a plurality of columnar particles,
The surface of the current collector includes a plurality of grooves, and two or more regions partitioned by the plurality of grooves,
The two or more regions partitioned by the plurality of grooves carry the plurality of columnar particles,
Wherein the plurality of columnar particles with respect to the normal direction of the surface of the current collector, has grown in an oblique direction,
A negative electrode for a lithium secondary battery , wherein an angle α formed by a growth direction of the columnar particles parallel to the surface of the current collector and the plurality of grooves satisfies 0 <α <90 ° .
集電体と、負極活物質層とを含み、前記負極活物質層が、複数の柱状粒子を含む、リチウム二次電池用負極であって、A negative electrode for a lithium secondary battery, comprising: a current collector; and a negative electrode active material layer, wherein the negative electrode active material layer includes a plurality of columnar particles,
前記集電体の表面は、複数の溝部と、前記複数の溝部で区画された二以上の領域とを含み、The surface of the current collector includes a plurality of grooves, and two or more regions partitioned by the plurality of grooves,
前記複数の溝部が、複数の第1溝部と複数の第2溝部とを含み、The plurality of groove portions include a plurality of first groove portions and a plurality of second groove portions,
前記第1溝部と前記第2溝部とが、異なるパターンを有するとともに、互いに交差しており、The first groove portion and the second groove portion have different patterns and intersect each other,
前記複数の溝部で区画された二以上の領域は、前記複数の柱状粒子を担持しており、The two or more regions partitioned by the plurality of grooves carry the plurality of columnar particles,
前記複数の柱状粒子は、前記集電体の表面の法線方向に対して、斜め方向に成長しており、The plurality of columnar particles grow in an oblique direction with respect to the normal direction of the surface of the current collector,
前記柱状粒子の前記集電体の表面に対して平行な成長方向と、前記第1溝部とがなす角βが、0°<β<90°を満たし、An angle β formed by a growth direction of the columnar particles parallel to the surface of the current collector and the first groove satisfies 0 ° <β <90 °,
前記柱状粒子の前記集電体の表面に対して平行な成長方向と、前記第2溝部とがなす角γが、0°<γ<90°を満たす、リチウム二次電池用負極。  An anode for a lithium secondary battery, wherein an angle γ formed by a growth direction of the columnar particles parallel to the surface of the current collector and the second groove satisfies 0 ° <γ <90 °.
前記複数の溝部で区画された二以上の領域の形状が、正方形、長方形、平行四辺形または菱形である、請求項記載のリチウム二次電池用負極。 The negative electrode for a lithium secondary battery according to claim 2 , wherein the shape of the two or more regions partitioned by the plurality of grooves is a square, a rectangle, a parallelogram, or a rhombus. 前記活物質層が、ケイ素単体、ケイ素合金、ケイ素と酸素とを含む化合物、および、ケイ素と窒素とを含む化合物よりなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム二次電池用負極。 The active material layer includes at least one selected from the group consisting of a silicon simple substance, a silicon alloy, a compound containing silicon and oxygen, and a compound containing silicon and nitrogen . The negative electrode for lithium secondary batteries as described in 2. 前記ケイ素合金が、ケイ素と金属元素Mとの合金であり、金属元素Mは、リチウムと合金を形成しない、請求項記載のリチウム二次電池用負極。 The negative electrode for a lithium secondary battery according to claim 4 , wherein the silicon alloy is an alloy of silicon and a metal element M, and the metal element M does not form an alloy with lithium. 前記金属元素Mは、チタン、銅およびニッケルよりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項記載のリチウム二次電池用負極。 The negative electrode for a lithium secondary battery according to claim 5 , wherein the metal element M is at least one selected from the group consisting of titanium, copper, and nickel. 前記ケイ素と酸素とを含む化合物は、一般式(1):SiOx(ただし、0<x<2)
で表される組成を有する、請求項記載のリチウム二次電池用負極。
The compound containing silicon and oxygen has the general formula (1): SiOx (where 0 <x <2)
The negative electrode for lithium secondary batteries of Claim 4 which has a composition represented by these.
請求項1からのいずれかに記載のリチウム二次電池用負極と、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な正極活物質を含む正極と、リチウムイオン伝導性の電解質と、を備えたリチウム二次電池。 A negative electrode for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 7, positive electrode and lithium secondary battery comprising a lithium ion conductive electrolyte, a containing capable of absorbing and desorbing lithium ions positive electrode active material .
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