JP5238195B2 - Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery - Google Patents

Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain diffusion of constituent elements of a collector into an active material layer. <P>SOLUTION: The anode for a lithium ion secondary battery contains a collector, an intermediate layer formed on the surface of the collector, and an active material layer formed at an extension of the intermediate layer. The collector contains metal capable of forming an alloy with silicon, the active material layer contains an active material containing silicon, and the intermediate layer contains silicon and oxygen. The intermediate layer restrains metal capable of forming an alloy with silicon from diffusing in the active material layer. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関し、特にリチウムイオン二次電池用負極に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery, and more particularly to a negative electrode for a lithium ion secondary battery.

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。そこで、シリコン(Si)もしくは錫(Sn)の単体、これらの酸化物または合金が、非常に高い容量が得られる負極活物質として有望視されている。   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. Therefore, silicon (Si) or tin (Sn) alone, their oxides or alloys are promising as negative electrode active materials that can provide very high capacity.

しかし、これらの材料は、リチウムを吸蔵するときに結晶構造が変化し、その体積が増加する。充放電時の活物質の体積変化が大きいと、活物質と集電体との接触不良等が生じる。よって、充放電サイクル寿命が短くなる。   However, when these materials occlude lithium, the crystal structure changes and the volume increases. When the volume change of the active material during charging / discharging is large, poor contact between the active material and the current collector occurs. Therefore, the charge / discharge cycle life is shortened.

そこで、特許文献1は、銅箔上に、蒸着法またはスパッタリング法で、非結晶シリコン薄膜を形成することを提案している。ここでは、シリコン薄膜中に銅が拡散するため、シリコン薄膜と銅箔との接合が強固になり、シリコンが膨張しても集電性が低下しない、と述べられている。
しかし、シリコン中での銅の拡散係数は大きいため、銅が過剰にシリコン薄膜中に拡散する場合がある。その結果、銅箔が脆弱化し、更には、シリコンと銅とが合金化することで、充放電容量が低下する。
Therefore, Patent Document 1 proposes forming an amorphous silicon thin film on a copper foil by vapor deposition or sputtering. Here, it is stated that since copper diffuses into the silicon thin film, the bonding between the silicon thin film and the copper foil becomes strong, and even if the silicon expands, the current collecting property does not decrease.
However, since the diffusion coefficient of copper in silicon is large, copper may diffuse excessively into the silicon thin film. As a result, the copper foil becomes brittle, and further, the charge and discharge capacity is reduced by alloying silicon and copper.

特許文献2は、集電体の表面に、MoまたはWからなる中間層を形成することを提案している。中間層により、集電体の構成元素の活物質層への過剰な拡散が防止される。
特許第3702224号公報 特開2002−373644号公報
Patent Document 2 proposes forming an intermediate layer made of Mo or W on the surface of the current collector. The intermediate layer prevents excessive diffusion of the constituent elements of the current collector into the active material layer.
Japanese Patent No. 3702224 JP 2002-373644 A

特許文献1は、シリコン薄膜中に過剰に銅が拡散することを防止するために、シリコン薄膜を形成するときの集電体の温度を300℃未満に制御することを提案している。しかし、温度を300℃未満に制御するだけでは、銅のシリコン中での拡散係数が大きいため、拡散を抑制することは難しい。また、蒸着法やスパッタリング法において、生産効率を上げるために成膜速度を上げると、銅箔の温度が上昇する。銅箔の温度を300℃未満に制御するには、成膜速度を低く抑える必要があり、生産効率が低下する。   Patent Document 1 proposes to control the temperature of the current collector to be less than 300 ° C. when forming the silicon thin film in order to prevent excessive diffusion of copper into the silicon thin film. However, it is difficult to suppress diffusion only by controlling the temperature below 300 ° C. because the diffusion coefficient of copper in silicon is large. Further, in the vapor deposition method or the sputtering method, when the film formation rate is increased to increase the production efficiency, the temperature of the copper foil increases. In order to control the temperature of the copper foil to less than 300 ° C., it is necessary to keep the film formation rate low, and the production efficiency is lowered.

シリコン薄膜を銅箔上に形成すると、シリコン薄膜に内部応力が蓄積され、銅箔が湾曲することがある。このような内部応力は、形成されたシリコン薄膜を銅箔とともに熱処理することで緩和される。しかし、熱処理によって、銅がシリコン薄膜に過剰に拡散する場合がある。   When a silicon thin film is formed on a copper foil, internal stress is accumulated in the silicon thin film, and the copper foil may bend. Such internal stress is relieved by heat-treating the formed silicon thin film together with the copper foil. However, copper may diffuse excessively into the silicon thin film due to the heat treatment.

負極の不可逆容量を補填する方法としては、シリコン薄膜上にリチウムを蒸着する方法が有効である。しかし、リチウムを蒸着するときに、銅箔の温度が上昇し、銅がシリコン薄膜に過剰に拡散する場合がある。   As a method for compensating for the irreversible capacity of the negative electrode, a method of depositing lithium on a silicon thin film is effective. However, when depositing lithium, the temperature of the copper foil increases, and copper may diffuse excessively into the silicon thin film.

以上のように、特許文献1の方法では、銅のシリコン薄膜への拡散をコントロールすることは困難である。銅の拡散量が変化すると、シリコン薄膜の充放電容量が変化するため、安定した品質を得ることが困難となる。また、特許文献1の方法では、銅箔とシリコン薄膜との界面が脆弱化するため、充放電の際にシリコン薄膜が剥離し、サイクル特性が低下する。   As described above, with the method of Patent Document 1, it is difficult to control the diffusion of copper into the silicon thin film. When the amount of copper diffusion changes, the charge / discharge capacity of the silicon thin film changes, making it difficult to obtain stable quality. Moreover, in the method of patent document 1, since the interface of copper foil and a silicon thin film becomes weak, a silicon thin film peels in the case of charging / discharging, and cycling characteristics fall.

特許文献2は、タングステンやモリブデンを含む中間層を形成することを提案している。しかし、タングステンやモリブデンは、活物質として作用しない。活物質として作用しない材料を中間層として用いると、負極のエネルギー密度が低減する。また、タングステンやモリブデンは、高融点材料であるため、成膜速度を上げることが困難である。よって、装置コストや運転コストなど、中間層の形成に多大なコストを要する。   Patent Document 2 proposes forming an intermediate layer containing tungsten or molybdenum. However, tungsten or molybdenum does not act as an active material. When a material that does not act as an active material is used as the intermediate layer, the energy density of the negative electrode is reduced. Further, since tungsten and molybdenum are high melting point materials, it is difficult to increase the deposition rate. Therefore, enormous costs are required for forming the intermediate layer, such as device costs and operation costs.

本発明は、集電体と、集電体の表面に形成された中間層と、中間層の延長に形成された活物質層とを含み、集電体は、シリコンと合金を形成可能な金属を含み、活物質層は、シリコンを含む活物質を含み、中間層は、シリコンと酸素とを含み、中間層は、シリコンと合金を形成可能な金属が、活物質層中に拡散するのを抑制しており、前記活物質層において、前記活物質が、複数の柱状粒子を形成しており、前記柱状粒子が、前記集電体の表面の法線方向に対して傾斜して成長した複数の粒層の積層体を含む、リチウムイオン二次電池用負極に関する。 The present invention includes a current collector, an intermediate layer formed on the surface of the current collector, and an active material layer formed as an extension of the intermediate layer. The current collector is a metal capable of forming an alloy with silicon. The active material layer includes an active material including silicon, the intermediate layer includes silicon and oxygen, and the intermediate layer prevents a metal capable of forming an alloy with silicon from diffusing into the active material layer. In the active material layer, the active material forms a plurality of columnar particles, and the columnar particles are grown with an inclination with respect to the normal direction of the surface of the current collector. It is related with the negative electrode for lithium ion secondary batteries containing the laminated body of a particle layer .

集電体と活物質層との間に中間層を形成することで、集電体の構成元素が活物質層に拡散するのを抑制することができる。シリコンと酸素とを含む中間層が、集電体の構成元素の拡散を抑制する作用を有する理由は、現在のところ、十分に解明されていないが、次のように推察される。   By forming the intermediate layer between the current collector and the active material layer, the constituent elements of the current collector can be prevented from diffusing into the active material layer. The reason why the intermediate layer containing silicon and oxygen has an action of suppressing the diffusion of the constituent elements of the current collector has not been fully elucidated at present, but is presumed as follows.

シリコンと酸素とを含む中間層において、シリコンと酸素とは、共有結合性の強い結合で結びついている。よって、集電体の構成元素が中間層を拡散するためには、集電体の構成元素がシリコンと酸素との結合を切断し、シリコンと結合する必要がある。しかし、シリコンと合金を形成可能な金属(例えば銅やニッケル)であっても、シリコンと酸素との結合を切断し、シリコンと結合することは困難である。よって、シリコンと酸素とを含む中間層を、集電体と活物質層との間に介在させることで、集電体の構成元素の活物質層への拡散は抑制される。   In the intermediate layer containing silicon and oxygen, the silicon and oxygen are bonded by a strong covalent bond. Therefore, in order for the constituent elements of the current collector to diffuse through the intermediate layer, the constituent elements of the current collector need to cut the bond between silicon and oxygen and bond to silicon. However, even a metal capable of forming an alloy with silicon (for example, copper or nickel), it is difficult to break the bond between silicon and oxygen and bond with silicon. Therefore, by interposing the intermediate layer containing silicon and oxygen between the current collector and the active material layer, diffusion of the constituent elements of the current collector into the active material layer is suppressed.

本発明の負極、シリコンと合金を形成可能な金属を含む集電体上に、前記金属の拡散を抑制するシリコンと酸素とを含む中間層を形成する工程と、中間層上に、活物質層を形成する工程とを有する製造方法により製造される。ここで、中間層および活物質層の少なくとも一方を形成するときの集電体の温度、300℃〜700℃である。 The negative electrode of the present invention, on a current collector comprising a metal capable of forming a divorced alloy, forming an intermediate layer containing silicon and oxygen suppressing diffusion of the metal, the intermediate layer, the active produced by the process of chromatic and forming the material layer. Here, the temperature of the current collector when forming at least one of the intermediate layer and the active material layer is 300 ° C to 700 ° C.

記製造方法は、活物質層上にリチウムを蒸着する工程を含むことができる。この場合、リチウムを蒸着するときの集電体の温度が、300℃〜700℃であることが好ましい。 Upper SL Manufacturing method may include the step of depositing the lithium in the active material layer. In this case, the temperature of the current collector when depositing lithium is preferably 300 ° C to 700 ° C.

記製造方法は、集電体と中間層と活物質層とを、同時に熱処理(加熱)する工程を含むことができる。この場合、熱処理(加熱)の温度が、300℃〜700℃であることが好ましい。 Upper SL Manufacturing method comprises a current collector and the intermediate layer and the active material layer may include a step of heat treatment (heating) at the same time. In this case, the temperature of the heat treatment (heating) is preferably 300 ° C to 700 ° C.

上記方法によれば、リチウムイオン二次電池用負極の生産効率を高めることができる。たとえば、成膜速度を高めて、短時間で活物質層を形成する製造条件を選択することができる。また、活物質層を形成した後、表面に付着した水分を除去するために行う熱処理の条件として、高温かつ短時間の条件を選択することができる。   According to the said method, the production efficiency of the negative electrode for lithium ion secondary batteries can be improved. For example, it is possible to increase the film formation rate and select manufacturing conditions for forming the active material layer in a short time. In addition, after the formation of the active material layer, a high-temperature and short-time condition can be selected as a heat treatment condition for removing moisture attached to the surface.

集電体と活物質層との間に中間層を形成することで、集電体の構成元素の活物質層への拡散を抑制できる。よって、集電体が脆弱化せず、活物質層と集電体との結合が維持される。その結果、サイクル特性の良好なリチウムイオン二次電池を提供することができる。   By forming an intermediate layer between the current collector and the active material layer, diffusion of constituent elements of the current collector into the active material layer can be suppressed. Therefore, the current collector is not weakened and the bond between the active material layer and the current collector is maintained. As a result, a lithium ion secondary battery with good cycle characteristics can be provided.

中間層は、活物質層と同じく、シリコンを含む。すなわち、中間層は、リチウムの吸蔵および放出が可能であり、活物質としても機能する。よって、中間層を形成しても、負極のエネルギー密度が減少することがなく、容量の大きいリチウムイオン二次電池を提供することが可能となる。また、中間層が、活物質層と同じく、シリコンを含むため、製造プロセスを簡略化でき、生産効率の向上も可能となる。よって、低コストで負極を製造することが可能となる。   Similar to the active material layer, the intermediate layer includes silicon. That is, the intermediate layer can occlude and release lithium and also functions as an active material. Therefore, even when the intermediate layer is formed, the energy density of the negative electrode is not reduced, and a lithium ion secondary battery having a large capacity can be provided. Further, since the intermediate layer contains silicon like the active material layer, the manufacturing process can be simplified and the production efficiency can be improved. Therefore, the negative electrode can be manufactured at a low cost.

以下、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下の内容に限定されない。
図1は、積層型リチウムイオン二次電池の一例の概略断面図である。
電池10は、正極11と、負極12と、これらの間に介在するセパレータ13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14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13に含浸されている。正極11は、正極集電体11aと、正極集電体11aに担持された正極活物質層11bからなり、負極12は、負極集電体12aと、負極集電体12aに担持された負極中間層(以下、中間層)12bおよび負極活物質層12cからなる。正極集電体11aおよび負極集電体12aには、それぞれ正極リード15および負極リード16の一端が接続されており、他端は外装ケース14の外部に導出されている。外装ケース14の開口部は、樹脂材料17により封止されている。
Hereinafter, description will be given with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following contents.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of a stacked lithium ion secondary battery.
The battery 10 includes an electrode plate group including a positive electrode 11, a negative electrode 12, and a separator 13 interposed therebetween. The electrode group and the electrolyte having lithium ion conductivity are accommodated in the exterior case 14. The separator 13 is impregnated with an electrolyte having lithium ion conductivity. The positive electrode 11 includes a positive electrode current collector 11a and a positive electrode active material layer 11b supported on the positive electrode current collector 11a. The negative electrode 12 includes a negative electrode current collector 12a and a negative electrode intermediate material supported on the negative electrode current collector 12a. It consists of a layer (hereinafter referred to as an intermediate layer) 12b and a negative electrode active material layer 12c. One end of a positive electrode lead 15 and a negative electrode lead 16 is connected to the positive electrode current collector 11 a and the negative electrode current collector 12 a, respectively, and the other end is led out of the exterior case 14. The opening of the outer case 14 is sealed with a resin material 17.

正極活物質層11bは、充電時にリチウムを放出し、放電時には、中間層12bおよび負極活物質層12cが放出したリチウムを吸蔵する。中間層12bおよび負極活物質層12cは、充電時に、正極活物質層11bが放出したリチウムを吸蔵し、放電時には、リチウムを放出する。   The positive electrode active material layer 11b releases lithium during charging, and occludes lithium released by the intermediate layer 12b and the negative electrode active material layer 12c during discharge. The intermediate layer 12b and the negative electrode active material layer 12c occlude lithium released by the positive electrode active material layer 11b during charging, and release lithium during discharge.

図2は、負極12の構造を示す概略断面図である。負極集電体(以下、集電体)12aの表面に、中間層12bが形成されており、中間層12bの延長に、負極活物質層(以下、活物質層)12cが形成されている。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the negative electrode 12. An intermediate layer 12b is formed on the surface of a negative electrode current collector (hereinafter referred to as current collector) 12a, and a negative electrode active material layer (hereinafter referred to as active material layer) 12c is formed as an extension of the intermediate layer 12b.

図3は、活物質層12cの構造を示す概略断面図である。中間層12bおよび活物質層12cは、複数の柱状粒子30を含む。柱状粒子30は、集電体12aの表面の法線方向D1に対して斜めに成長している。柱状粒子30の成長方向D2と、集電体12aの表面の法線方向D1となす角はθ(例えば10°≦θ≦80°)である。柱状粒子30は、下部柱状粒子31および上部柱状粒子32を含み、下部柱状粒子31は中間層12bを構成しており、上部柱状粒子32は活物質層12cを構成している。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the active material layer 12c. The intermediate layer 12 b and the active material layer 12 c include a plurality of columnar particles 30. The columnar particles 30 grow obliquely with respect to the normal direction D1 of the surface of the current collector 12a. The angle between the growth direction D2 of the columnar particles 30 and the normal direction D1 of the surface of the current collector 12a is θ (for example, 10 ° ≦ θ ≦ 80 °). The columnar particles 30 include lower columnar particles 31 and upper columnar particles 32. The lower columnar particles 31 constitute an intermediate layer 12b, and the upper columnar particles 32 constitute an active material layer 12c.

下部柱状粒子31と上部柱状粒子32は、それぞれ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く、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(非晶質)でもよい。下部柱状粒子31と上部柱状粒子32の成長方向は、同一であっても異なっていてもよい。   Each of the lower columnar particles 31 and the upper columnar particles 32 may be a single crystal particle, a polycrystalline particle including a plurality of crystallites (crystal grains), or a crystallite having a crystallite size of 100 nm or less. However, it may be amorphous (amorphous). The growth directions of the lower columnar particles 31 and the upper columnar particles 32 may be the same or different.

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、柱状粒子の個数は、成長の始点の個数と同じと考えればよい。   A plurality of columnar particles adjacent to each other may coalesce during growth. However, each columnar particle has a different starting point of growth. Therefore, the number of columnar particles may be considered to be the same as the number of growth starting points.

図1では、積層型リチウムイオン二次電池の一例を示したが、本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、スパイラル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。積層型リチウムイオン二次電池においては、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3層以上に積層してもよい。その際、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電極を配置する。各負極活物質層における柱状粒子の傾斜の方向は、同じでもよく、異なっていてもよい。同じ負極内に傾斜方向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方向は、同じでもよく、異なってもよい。   Although FIG. 1 shows an example of a laminated lithium ion secondary battery, the negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention is naturally applicable to a cylindrical battery or a square battery having a spiral electrode plate group. it can. In a stacked lithium ion secondary battery, a positive electrode having a positive electrode active material layer on both sides or one side and a negative electrode having a negative electrode active material layer on both sides or one side may be laminated in three or more layers. In that case, an electrode is arrange | positioned so that all the positive electrode active material layers may oppose a negative electrode active material layer, and all the negative electrode active material layers may oppose a positive electrode active material layer. The inclination direction of the columnar particles in each negative electrode active material layer may be the same or different. Columnar particles having different inclination directions 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 inclination directions of the columnar particles on both sides may be the same or different.

中間層は、シリコンと酸素とを含む。シリコンと酸素とは、共有結合性の強い結合で結びついている。よって、集電体の構成元素が中間層を拡散するためには、集電体の構成元素がシリコンと酸素との結合を切断し、シリコンと結合する必要がある。しかし、シリコンと合金を形成可能な金属(例えば銅やニッケル)であっても、シリコンと酸素との結合を切断し、シリコンと結合することは困難である。よって、シリコンと酸素とを含む中間層を、集電体と活物質層との間に介在させることで、集電体の構成元素である銅やニッケルの活物質層への拡散は抑制される。   The intermediate layer includes silicon and oxygen. Silicon and oxygen are bound by a strong covalent bond. Therefore, in order for the constituent elements of the current collector to diffuse through the intermediate layer, the constituent elements of the current collector need to cut the bond between silicon and oxygen and bond to silicon. However, even a metal capable of forming an alloy with silicon (for example, copper or nickel), it is difficult to break the bond between silicon and oxygen and bond with silicon. Therefore, by interposing an intermediate layer containing silicon and oxygen between the current collector and the active material layer, diffusion of copper and nickel, which are constituent elements of the current collector, into the active material layer is suppressed. .

シリコンと酸素とを含む中間層は、例えばシリコン酸化物や、シリコン単体とシリコン酸化物との混合物で構成されている。ここで、シリコン単体およびシリコン酸化物は、いずれも活物質として機能する。中間層の組成は、均一でもよく、不均一でもよい。中間層におけるシリコンおよび酸素の分布状態は、特に限定されない。中間層は、局所的にシリコン単体やSiO2で構成されていてもよい。中間層は、シリコンおよび酸素以外の元素、例えば、炭素(C)、窒素(N)等を含んでいてもよい。 The intermediate layer containing silicon and oxygen is made of, for example, silicon oxide or a mixture of silicon alone and silicon oxide. Here, both silicon simple substance and silicon oxide function as an active material. The composition of the intermediate layer may be uniform or non-uniform. The distribution state of silicon and oxygen in the intermediate layer is not particularly limited. The intermediate layer may be locally composed of silicon alone or SiO 2 . The intermediate layer may contain elements other than silicon and oxygen, such as carbon (C) and nitrogen (N).

中間層の厚みは、0.1μm以上、もしくは1μm以上が好ましく、10μm以下が好ましい。中間層の厚みが0.1μmより小さい場合、集電体の構成元素の活物質層への拡散を防止できない場合がある。一方、活物質層の厚みは、0.1μm〜100μmが好ましく、特に活物質層と中間層との合計の厚みが、100μm以下、もしくは50μm以下であることが好ましい。合計の厚みが100μmより大きい場合、充電時の活物質層の膨張応力が過度に大きくなることがある。   The thickness of the intermediate layer is preferably 0.1 μm or more, or 1 μm or more, and preferably 10 μm or less. When the thickness of the intermediate layer is smaller than 0.1 μm, the diffusion of the constituent elements of the current collector into the active material layer may not be prevented. On the other hand, the thickness of the active material layer is preferably 0.1 μm to 100 μm, and in particular, the total thickness of the active material layer and the intermediate layer is preferably 100 μm or less, or 50 μm or less. When the total thickness is larger than 100 μm, the expansion stress of the active material layer during charging may become excessively large.

活物質層の厚み、中間層の厚み、または、活物質層と中間層との合計の厚みは、負極の断面に観測される集電体の表面、中間層の表面、活物質層の表面に相当する中心線を用いて求めることができる。すなわち、活物質層の厚みは、中間層の表面を示す中心線から活物質層の表面を示す中心線までの距離であり、中間層の厚みは、集電体の表面を示す中心線から中間層の表面を示す中心線までの距離であり、活物質層と中間層との合計の厚みは、集電体の表面を示す中心線から活物質層の表面を示す中心線までの距離である。   The thickness of the active material layer, the thickness of the intermediate layer, or the total thickness of the active material layer and the intermediate layer is measured on the surface of the current collector, the surface of the intermediate layer, and the surface of the active material layer observed in the cross section of the negative electrode. It can be determined using the corresponding center line. That is, the thickness of the active material layer is the distance from the center line indicating the surface of the intermediate layer to the center line indicating the surface of the active material layer, and the thickness of the intermediate layer is intermediate from the center line indicating the surface of the current collector The total thickness of the active material layer and the intermediate layer is the distance from the center line indicating the surface of the current collector to the center line indicating the surface of the active material layer. .

ここで、「中心線」は、表面粗さRaを定義するJIS規格で用いられている用語であり、粗さ曲線の平均値から求めた直線を意味する。具体的には、中間層および活物質層を有する負極を樹脂埋めし、樹脂を硬化させ、集電体の主要平坦面に対して垂直な断面が得られるように、樹脂埋めされた負極を研磨する。研磨された断面をSEMで観察し、集電体の表面、中間層の表面および活物質層の表面を示す中心線を求める。   Here, the “center line” is a term used in the JIS standard that defines the surface roughness Ra, and means a straight line obtained from the average value of the roughness curves. Specifically, the negative electrode having the intermediate layer and the active material layer is filled with resin, the resin is cured, and the negative electrode filled with resin is polished so that a cross section perpendicular to the main flat surface of the current collector is obtained. To do. The polished cross section is observed with an SEM, and center lines indicating the surface of the current collector, the surface of the intermediate layer, and the surface of the active material layer are obtained.

ただし、簡易的には、一般的な厚み測定装置を用いて、集電体の厚みを計測し、中間層を形成した後の集電体の厚みを計測し、これらの差を求めれば、中間層の厚みを算出することができる。同様に、集電体の厚みを計測し、中間層と活物質層とを形成した後の集電体(負極)の厚みを計測し、これらの差を求めれば、中間層と活物質層との合計の厚みを算出することができる。この場合の算出結果は、中心線を用いて厳密に測定した厚みとほぼ一致することが、実験上明らかとなっている。   However, simply, using a general thickness measurement device, measure the thickness of the current collector, measure the thickness of the current collector after forming the intermediate layer, and if the difference between these is determined, The layer thickness can be calculated. Similarly, the thickness of the current collector is measured, and the thickness of the current collector (negative electrode) after forming the intermediate layer and the active material layer is measured. The total thickness can be calculated. It has been experimentally found that the calculation result in this case almost coincides with the thickness measured strictly using the center line.

中間層は、例えばSiOxで表されるシリコン酸化物を含む。酸素の含有率を示すx値の範囲は、銅やニッケルのような集電体の構成元素の拡散を抑制する観点からは、0.1≦x<2、もしくは0.1≦x≦1が好適である。ただし、本発明者らの検討によれば、中間層に含まれている酸素が少量であっても(x値が小さくても)、集電体の構成元素の活物質層への拡散は抑制される。 The intermediate layer includes, for example, silicon oxide represented by SiO x . The range of x value indicating the oxygen content is 0.1 ≦ x <2 or 0.1 ≦ x ≦ 1 from the viewpoint of suppressing the diffusion of the constituent elements of the current collector such as copper and nickel. Is preferred. However, according to the study by the present inventors, even if the oxygen contained in the intermediate layer is small (even if the x value is small), the diffusion of the constituent elements of the current collector into the active material layer is suppressed. Is done.

集電体の構成元素であるシリコンと合金を形成可能な金属は、中間層に拡散して、混合層を形成していてもよい。混合層は、集電体の構成元素とシリコンと酸素とを含む。混合層の厚みは1μm以下であることが望ましい。混合層の厚みが1μmより大きくなると、集電体が脆弱化する場合がある。集電体が脆弱化すると、集電体と、中間層もしくは活物質層との間で集電性が低下し、サイクル特性が劣化する場合がある。また、集電体の構成元素が、中間層および活物質層に含まれるシリコンと合金を形成するため、電池容量が低下する場合がある。   A metal that can form an alloy with silicon, which is a constituent element of the current collector, may diffuse into the intermediate layer to form a mixed layer. The mixed layer includes a constituent element of the current collector, silicon, and oxygen. The thickness of the mixed layer is desirably 1 μm or less. When the thickness of the mixed layer is greater than 1 μm, the current collector may become weak. When the current collector is weakened, current collection may be reduced between the current collector and the intermediate layer or the active material layer, and cycle characteristics may be deteriorated. Further, since the constituent elements of the current collector form an alloy with silicon contained in the intermediate layer and the active material layer, the battery capacity may be reduced.

ここで、混合層の厚みは、集電体と中間層との界面を、集電体の主要平坦面に対して平行に面分析することにより求める。このとき分析面に存在する全元素に対する、集電体の構成元素の比率が10モル%〜90モル%である区間を混合層と定義する。なお、面分析は、例えば、X線光電子分光法(ESCA)、オージェ電子分光法、二次イオン質量分析法などで行う。面分析では、厚さ数十nm程度の領域に含まれる元素を定量することができる。
例えば、集電体が銅箔であり、分析面に存在する(検出される)元素が、CuとSiとOである場合、集電体の構成元素の比率(銅の元素比率)は、(Cuのモル数)/(Cuのモル数+Siのモル数+Oのモル数)で表される。
Here, the thickness of the mixed layer is obtained by plane analysis of the interface between the current collector and the intermediate layer in parallel with the main flat surface of the current collector. At this time, a section in which the ratio of the constituent elements of the current collector to the total elements present on the analysis surface is 10 mol% to 90 mol% is defined as a mixed layer. The surface analysis is performed by, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA), Auger electron spectroscopy, secondary ion mass spectrometry, or the like. In surface analysis, elements contained in a region having a thickness of about several tens of nanometers can be quantified.
For example, when the current collector is a copper foil and the elements present (detected) on the analysis surface are Cu, Si, and O, the ratio of the constituent elements of the current collector (the element ratio of copper) is ( The number of moles of Cu / (number of moles of Cu + number of moles of Si + number of moles of O).

混合層が全く存在しない場合でも、界面の結合力は充分であり、特に問題はない。ただし、次に説明する現在の分析方法では、一定面積の集電体と中間層との間に混合層が存在しないことを証明することは困難である。   Even when there is no mixed layer, the bonding force at the interface is sufficient and there is no particular problem. However, with the current analysis method described below, it is difficult to prove that there is no mixed layer between the current collector of a certain area and the intermediate layer.

混合層の厚みは、集電体の構成元素の元素比率が10モル%〜90モル%である区間(拡散幅)の厚みと同義である。中間層における深さ方向の距離と、元素比率との関係は、X線光電子分光法、オージェ電子分光法、二次イオン質量分析法などにより求めることができる。具体的には、集電体の主要平坦面と平行な方向で、中間層の面分析を行い、元素比率を定量する操作と、アルゴン等のイオンのスパッタリングにより中間層を削り取る操作とを繰り返す。このような方法では、分析面の原子レベルの凹凸や、アルゴンスパッタリングの分析面内におけるばらつきにより、混合層が厚く観測される傾向にある。   The thickness of the mixed layer is synonymous with the thickness of the section (diffusion width) in which the element ratio of the constituent elements of the current collector is 10 mol% to 90 mol%. The relationship between the distance in the depth direction in the intermediate layer and the element ratio can be determined by X-ray photoelectron spectroscopy, Auger electron spectroscopy, secondary ion mass spectrometry, or the like. Specifically, the surface analysis of the intermediate layer is performed in a direction parallel to the main flat surface of the current collector, and the operation of quantifying the element ratio and the operation of scraping the intermediate layer by sputtering of ions such as argon are repeated. In such a method, the mixed layer tends to be observed to be thick due to atomic level unevenness on the analysis surface and variations in the analysis surface of argon sputtering.

活物質層は、シリコンを含む活物質を含む。活物質層は、シリコン以外に、酸素、窒素またはチタンを含んでもよい。シリコンを含む活物質としては、シリコン単体、シリコン合金、シリコンと酸素とを含む化合物もしくはシリコン酸化物、シリコンと窒素とを含む化合物もしくはシリコン窒化物、シリコンとチタンとを含む化合物もしくは合金などが挙げられる。これらは単独で活物質層を構成してもよく、複数種が任意の組み合わせで活物質層を構成してもよい。複数種の活物質からなる活物質層の例として、シリコンと酸素と窒素とを含む活物質層や、酸素の含有率が異なる複数のシリコン酸化物の複合物を含む活物質層などが挙げられる。活物質層は、中間層と同一の組成であってもよい。   The active material layer includes an active material containing silicon. The active material layer may contain oxygen, nitrogen, or titanium in addition to silicon. Examples of the active material containing silicon include silicon simple substance, silicon alloy, compound or silicon oxide containing silicon and oxygen, compound or silicon nitride containing silicon and nitrogen, compound or alloy containing silicon and titanium, and the like. It is done. These may constitute the active material layer alone, or a plurality of types may constitute the active material layer in any combination. Examples of the active material layer formed of a plurality of types of active materials include an active material layer containing silicon, oxygen, and nitrogen, and an active material layer containing a composite of a plurality of silicon oxides having different oxygen contents. . The active material layer may have the same composition as the intermediate layer.

シリコンとチタンとを含む化合物もしくは合金において、Ti原子とSi原子とのモル比:Ti/Siは、0<Ti/Si<2が好ましく、0.1≦Ti/Si≦1.0が特に好ましい。このような活物質は、不可逆容量が小さく、膨張および収縮に伴う体積変化が小さい点で好ましい。また、チタンは安価である。Ti/Si値が小さすぎると、膨張時の応力が大きく、活物質層が割れたり、集電体から剥離したりする場合がある。Ti/Si値が大きすぎると、充放電容量が少さくなり、高容量のシリコンの特性を活かし切れない。   In a compound or alloy containing silicon and titanium, the molar ratio of Ti atom to Si atom: Ti / Si is preferably 0 <Ti / Si <2, particularly preferably 0.1 ≦ Ti / Si ≦ 1.0. . Such an active material is preferable in that it has a small irreversible capacity and a small volume change accompanying expansion and contraction. Titanium is inexpensive. If the Ti / Si value is too small, the stress during expansion is large, and the active material layer may be cracked or peeled off from the current collector. If the Ti / Si value is too large, the charge / discharge capacity is reduced, and the characteristics of high-capacity silicon cannot be fully utilized.

シリコンと酸素とを含む化合物もしくはシリコン酸化物は、一般式(1):SiOxで表され、酸素の含有率を示すx値が、0<x<2もしくは0.01≦x≦1である組成を有することが望ましい。このような活物質は、不可逆容量が小さく、膨張および収縮に伴う体積変化が小さい点で好ましい。x値が小さすぎると、膨張時の応力が大きく、活物質層が割れたり、集電体から剥離したりする場合がある。x値が大きすぎると、充放電容量が少さくなり、高容量のシリコンの特性を活かし切れない場合がある。なお、中間層がSiOx1で(0.1≦x1<2)表されるシリコン酸化物を含み、かつ、活物質層がSiOx2で(0.01≦x2≦1)表されるシリコン酸化物を含む場合、集電体の構成元素の活物質層への拡散を十分に防止する観点から、1<x1/x2≦10、もしくは2≦x1/x2≦10であることが好ましい。 The compound or silicon oxide containing silicon and oxygen is represented by the general formula (1): SiO x , and the x value indicating the oxygen content is 0 <x <2 or 0.01 ≦ x ≦ 1. It is desirable to have a composition. Such an active material is preferable in that it has a small irreversible capacity and a small volume change accompanying expansion and contraction. When the x value is too small, the stress during expansion is large, and the active material layer may be cracked or peeled off from the current collector. If the x value is too large, the charge / discharge capacity decreases, and the characteristics of high-capacity silicon may not be fully utilized. The intermediate layer includes silicon oxide represented by SiO x1 (0.1 ≦ x1 <2), and the active material layer is silicon oxide represented by SiO x2 (0.01 ≦ x2 ≦ 1). Is included, it is preferable that 1 <x1 / x2 ≦ 10 or 2 ≦ x1 / x2 ≦ 10 from the viewpoint of sufficiently preventing diffusion of the constituent elements of the current collector into the active material layer.

シリコンと窒素とを含む化合物もしくはシリコン窒化物は、一般式(2):SiNyで表され、窒素の含有率を示すy値が、0<y<4/3もしくは0.01≦y≦1である組成を有することが望ましい。このような活物質は、不可逆容量が小さく、膨張および収縮に伴う体積変化が小さい点で好ましい。また、窒素は安価である。y値が小さすぎると、膨張時の応力が大きく、活物質層が割れたり、集電体から剥離したりする場合がある。y値が大きすぎると、充放電容量が少さくなり、高容量のシリコンの特性を活かし切れない場合がある。 The compound or silicon nitride containing silicon and nitrogen is represented by the general formula (2): SiN y , and the y value indicating the nitrogen content is 0 <y <4/3 or 0.01 ≦ y ≦ 1. It is desirable to have a composition that is Such an active material is preferable in that it has a small irreversible capacity and a small volume change accompanying expansion and contraction. Nitrogen is inexpensive. If the y value is too small, the stress during expansion is large, and the active material layer may be cracked or peeled off from the current collector. If the y value is too large, the charge / discharge capacity decreases, and the characteristics of high-capacity silicon may not be fully utilized.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極では、中間層および活物質層は、それぞれ均質な(一様な)膜状であってもよく、複数の柱状粒子で構成されていてもよい。中間層および活物質層を柱状粒子で構成する場合、粒子のサイズが揃いやすくなる。柱状粒子のサイズが揃うと、充放電時の反応も均一となる。一方、中間層および活物質層が均質な膜状であると、充電に伴い、中間層または活物質層にランダムな亀裂が生じる。その結果、大小様々な柱状粒子が形成される場合がある。   In the negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention, each of the intermediate layer and the active material layer may be a homogeneous (uniform) film, or may be composed of a plurality of columnar particles. When the intermediate layer and the active material layer are formed of columnar particles, the sizes of the particles are easily aligned. When the size of the columnar particles is uniform, the reaction at the time of charging / discharging becomes uniform. On the other hand, if the intermediate layer and the active material layer are in the form of a uniform film, random cracks occur in the intermediate layer or the active material layer with charging. As a result, large and small columnar particles may be formed.

複数の柱状粒子を含む活物質層は、例えば集電体の表面に凹凸を設け、その表面に活物質を堆積させることにより、得ることができる。柱状粒子同士は、互いに接触していてもよいが、互いに接触していないことが好ましい。柱状粒子は、集電体の表面(主要平坦面)の法線方向と平行に成長させてもよく、集電体の表面の法線方向に対して傾斜するように成長させてもよい。柱状粒子が集電体の表面の法線方向に対して傾斜している場合、隣接する柱状粒子間に空間が形成されやすいため、活物質の膨張時に応力が緩和されやすい。   The active material layer including a plurality of columnar particles can be obtained, for example, by providing irregularities on the surface of the current collector and depositing the active material on the surface. The columnar particles may be in contact with each other, but are preferably not in contact with each other. The columnar particles may be grown in parallel to the normal direction of the surface (main flat surface) of the current collector, or may be grown so as to be inclined with respect to the normal direction of the surface of the current collector. When the columnar particles are inclined with respect to the normal direction of the surface of the current collector, a space is easily formed between adjacent columnar particles, so that stress is easily relieved when the active material expands.

柱状粒子は、集電体の表面の法線方向に対して傾斜して成長した複数の粒層(grain layer)の積層体を含んでい。このとき、複数の粒層は、それぞれ異なる方向に傾斜して成長していることが好ましい。これにより、柱状粒子の周りに空間を形成することができるため、活物質の膨張時に応力が緩和されやすく、また、隣接する柱状粒子同士の接触を抑制することができる。それぞれ異なる方向に傾斜している粒層を積層させることで、見かけ上、集電体の表面の法線方向と略平行に成長した柱状粒子を形成することができる。このように成長した柱状粒子は、活物質の膨張時に発生する活物質と集電体との界面の応力が小さくなる。よって、活物質層の厚みが大きい場合でも、しわの発生が抑制される。 Columnar particles, that contain a stack of a plurality of grain layers grown inclined with respect to the direction normal to the surface of the current collector (grain layer). At this time, it is preferable that the plurality of grain layers are grown with inclination in different directions. Thereby, since a space can be formed around the columnar particles, stress is easily relieved during expansion of the active material, and contact between adjacent columnar particles can be suppressed. By laminating grain layers that are inclined in different directions, it is possible to form columnar particles that apparently grow substantially parallel to the normal direction of the surface of the current collector. The columnar particles grown in this way have less stress at the interface between the active material and the current collector that is generated when the active material expands. Therefore, even when the thickness of the active material layer is large, generation of wrinkles is suppressed.

複数の粒層がそれぞれ異なる方向に傾斜して成長している状態について、図面を参照しながら説明する。
図4の柱状粒子は、集電体の表面の法線方向に対して傾斜した複数の粒層の積層体を含む。柱状粒子12cは、集電体の表面の法線方向に対して傾斜した粒層101〜108を含む。これらの粒層は、それぞれ異なる方向に傾斜している。例えば、負極中間層12bと接触している粒層101の傾斜方向d1と、粒層101と接触している粒層102の傾斜方向をd2とが、集電体12aと垂直な面に対して対称であることが好ましい。同様に、互いに隣接する粒層同士の関係も、集電体12aと垂直な面に対して対称であることが好ましい。
The state in which the plurality of grain layers are grown in different directions will be described with reference to the drawings.
The columnar particles in FIG. 4 include a laminate of a plurality of particle layers inclined with respect to the normal direction of the surface of the current collector. The columnar particles 12c include particle layers 101 to 108 that are inclined with respect to the normal direction of the surface of the current collector. These grain layers are inclined in different directions. For example, the inclination direction d1 of the particle layer 101 in contact with the negative electrode intermediate layer 12b and the inclination direction of the particle layer 102 in contact with the particle layer 101 are d2 with respect to a plane perpendicular to the current collector 12a. Symmetry is preferred. Similarly, the relationship between adjacent particle layers is preferably symmetrical with respect to a plane perpendicular to the current collector 12a.

活物質層と中間層との合計の厚みtは、柱状粒子の直径にもよるが、活物質が不可逆容量に相当するリチウムを含む場合と含まない場合のどちらか一方において、例えば0.2μm≦t≦100μm、もしくは1μm≦t≦50μmであることが好ましい。活物質層と中間層との合計の厚み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、リチウムイオン二次電池の高容量特性を十分に活かすことができる。活物質層と中間層との合計の厚み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ることができる。また、柱状粒子からの集電抵抗を低く抑制できるため、ハイレートでの充放電に有利である。   Although the total thickness t of the active material layer and the intermediate layer depends on the diameter of the columnar particles, for example, when the active material contains lithium corresponding to irreversible capacity or does not contain lithium, for example, 0.2 μm ≦ It is preferable that t ≦ 100 μm or 1 μm ≦ t ≦ 50 μm. If the total thickness t of the active material layer and the intermediate layer is 0.1 μm or more, a certain level of energy density can be secured and the high capacity characteristics of the lithium ion secondary battery can be fully utilized. If the total thickness t of the active material layer and the intermediate layer is 100 μm or less, the proportion of each columnar particle shielded by other columnar particles can be kept low. Moreover, since the current collection resistance from the columnar particles can be suppressed to a low level, it is advantageous for high-rate charge / discharge.

集電体は、シリコンと合金を形成可能な金属を含む。シリコンと合金を形成可能な金属は、銅またはニッケルであることが望ましい。銅またはニッケルは、リチウムと合金を形成しない金属であり、安価である点で有利である。なお、集電体の主要平坦面は、目視によれば平坦であるが、微視的に見れば凹凸を有することが好ましい。   The current collector includes a metal capable of forming an alloy with silicon. The metal capable of forming an alloy with silicon is preferably copper or nickel. Copper or nickel is a metal that does not form an alloy with lithium and is advantageous in that it is inexpensive. The main flat surface of the current collector is flat when visually observed, but preferably has irregularities when viewed microscopically.

集電体の厚みは、例えば1μm〜50μmが好適である。厚みが1μmより薄いと、集電抵抗が高くなり、集電体としての機能が損なわれる場合がある。厚みが50μmより厚いと、電極のエネルギー密度が低下する。   The thickness of the current collector is preferably 1 μm to 50 μm, for example. When the thickness is less than 1 μm, the current collecting resistance increases, and the function as a current collector may be impaired. When the thickness is larger than 50 μm, the energy density of the electrode is lowered.

集電体は、中間層を担持する表面に、凹凸を有することが望ましい。具体的には、集電体の中間層を担持する表面は、単位面積あたり、10万〜1000万個/cm2の凸部を有することが望ましい。単位面積あたりの凸部の数が多いほど、単位面積あたりに担持させる柱状粒子の数を多くするのに有利である。ただし、負極の空隙率Pが小さくなる傾向がある。単位面積あたりの凸部の数が少ないほど、単位面積あたりに担持させる柱状粒子の数を少なくするのに有利である。よって、所望の負極の空隙率Pに応じて、集電体の単位面積あたりの凸部数を制御することが望ましい。 The current collector desirably has irregularities on the surface carrying the intermediate layer. Specifically, the surface carrying the intermediate layer of the current collector desirably has convex portions of 100,000 to 10 million pieces / cm 2 per unit area. The greater the number of protrusions per unit area, the more advantageous is the increase in the number of columnar particles carried per unit area. However, the porosity P of the negative electrode tends to be small. The smaller the number of protrusions per unit area, the more advantageous is the reduction in the number of columnar particles carried per unit area. Therefore, it is desirable to control the number of convex portions per unit area of the current collector according to the desired porosity P of the negative electrode.

集電体の中間層を担持する表面(主要平坦面)の表面粗さ(十点平均高さ)Rzは、0.1〜100μmであることが望ましい。表面粗さRz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Rzが大きくなるにつれて、集電体の平均厚みは厚くなる。ただし、Rzが100μm以下であれば、リチウムイオン二次電池の高容量特性を十分に活かすことができる。表面粗さRzは、日本工業規格(JIS)に定められた方法で測定することができる。   The surface roughness (ten-point average height) Rz of the surface (main flat surface) carrying the intermediate layer of the current collector is preferably 0.1 to 100 μm. When the surface roughness Rz is small, it may be difficult to provide an interval between the columnar particles adjacent to each other. As the surface roughness Rz increases, the average thickness of the current collector increases. However, if Rz is 100 μm or less, the high capacity characteristics of the lithium ion secondary battery can be fully utilized. The surface roughness Rz can be measured by a method defined in Japanese Industrial Standard (JIS).

上記のような集電体としては、例えば電解銅箔、電解銅合金箔、さらに粗化処理を施した電解銅箔、粗化処理を施した圧延銅箔などを好ましく用いることができる。粗化処理とは、銅箔を溶液に浸して化学的に部分エッチングして凹凸をつける処理や、銅箔に銅粒子を電着させて凹凸を付与する処理などを言う。これらの方法では凹凸がランダムに形成される。   As the above current collector, for example, an electrolytic copper foil, an electrolytic copper alloy foil, an electrolytic copper foil subjected to a roughening treatment, a rolled copper foil subjected to a roughening treatment, or the like can be preferably used. The roughening treatment refers to a treatment in which a copper foil is immersed in a solution and chemically etched to give unevenness, or a treatment in which copper particles are electrodeposited on the copper foil to give unevenness. In these methods, irregularities are randomly formed.

集電体の中間層を担持する表面(主要平坦面)は、規則的なパターンで形成された凹凸を有することが好ましい。集電体の表面がこのような凹凸を有する場合、その上に形成される中間層または活物質層が均質となる。よって、電極の品質が安定化する。   The surface carrying the intermediate layer of the current collector (main flat surface) preferably has irregularities formed in a regular pattern. When the surface of the current collector has such irregularities, the intermediate layer or active material layer formed thereon is uniform. Therefore, the quality of the electrode is stabilized.

集電体の表面に凹凸を規則的なパターンで形成する方法としては、集電体にレジストを用いて規則的な位置にエッチングまたはメッキ処理を施す方法、金型を集電体に押し当てて機械的に凹凸を形成する方法などがある。規則的に凹凸を形成すると、柱状粒子のサイズが均質化される点で望ましい。柱状粒子は、集電体の凹部と凸部のいずれに形成されていてもよいが、柱状粒子間に空間を形成する観点から、集電体の凸部に形成されていることが好ましい。   As a method of forming irregularities on the surface of the current collector in a regular pattern, a method of performing etching or plating processing at a regular position using a resist on the current collector, and pressing a mold against the current collector There is a method of mechanically forming irregularities. Forming irregularities regularly is desirable in that the size of the columnar particles is homogenized. The columnar particles may be formed on either the concave portion or the convex portion of the current collector, but are preferably formed on the convex portion of the current collector from the viewpoint of forming a space between the columnar particles.

集電体の構成元素が中間層に拡散して混合層を形成している場合、混合層は、クロム、炭素および水素よりなる群から選択される少なくとも1種の元素Xを含んでもよい。ただし、混合層における元素Xの含有量は、混合層中の銅に対して10モル%以下であることが好ましい。集電体の表面には、一般的に、防錆処理としてクロムや油脂成分が塗布されている。これらの物質が集電体の表面に残存していても、活物質層の形成に対して特に問題はない。電池特性においても問題はない。従って、クロムや油脂成分を特に除去することなく、活物質層を形成しても問題ない。すなわち、集電体と中間層との界面には、クロム、炭素、水素などの防錆成分(元素X)が存在しても問題ない。元素Xの含有量が10モル%より大きくなると、活物質層の形成時に活物質の集電体への付着効率が低下する場合がある。また、元素Xの含有量が10モル%より大きくなっても、防錆効果の向上に寄与しない。よって、元素Xの含有量は、混合層中の銅に対して10モル%以下であることが好ましい。   When the constituent elements of the current collector are diffused into the intermediate layer to form a mixed layer, the mixed layer may include at least one element X selected from the group consisting of chromium, carbon, and hydrogen. However, the content of the element X in the mixed layer is preferably 10 mol% or less with respect to copper in the mixed layer. The surface of the current collector is generally coated with chromium or an oil / fat component as an antirust treatment. Even if these substances remain on the surface of the current collector, there is no particular problem with the formation of the active material layer. There is no problem in battery characteristics. Therefore, there is no problem even if the active material layer is formed without particularly removing chromium and oil and fat components. That is, there is no problem even if a rust-preventing component (element X) such as chromium, carbon, or hydrogen is present at the interface between the current collector and the intermediate layer. When the content of the element X is greater than 10 mol%, the efficiency of attaching the active material to the current collector may be reduced during the formation of the active material layer. Moreover, even if content of element X becomes larger than 10 mol%, it does not contribute to the improvement of a rust prevention effect. Therefore, the content of the element X is preferably 10 mol% or less with respect to copper in the mixed layer.

活物質層にリチウムを蒸着させて、活物質とリチウムとを反応させることにより、活物質層の不可逆容量を補填してもよい。不可逆容量を補填することで、高容量の電極が得られる。   The irreversible capacity of the active material layer may be compensated by depositing lithium on the active material layer and reacting the active material with lithium. A high-capacity electrode can be obtained by compensating the irreversible capacity.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極の製造方法は、例えば、シリコンと合金を形成可能な金属を含む集電体上に、シリコンと酸素とを含む中間層を形成する工程と、中間層上に、活物質層を形成する工程とを有する。中間層の組成と活物質層の組成とが異なる場合には、中間層と活物質層との境界を分析により確認することができる。中間層の組成と活物質層の組成とが同じである場合には、中間層と活物質層との境界を明確にすることは困難である。ただし、集電体の構成元素の拡散を抑制する拡散防止層としての中間層の存在を確認することができる。
例えばシリコンを蒸発源とする真空蒸着において、真空チャンバー内に酸素を微量流入させることにより、シリコンと酸素とを含む中間層および活物質層を形成することができる。酸素の流量とシリコンの蒸着速度との関係を変えることで、シリコンと酸素との比率をコントロールできる。スパッタにおいても同様に、真空チャンバー内に酸素を微量流入させることで、シリコンと酸素とを含む中間層および活物質層を形成することができる。
The method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention includes, for example, a step of forming an intermediate layer containing silicon and oxygen on a current collector containing a metal capable of forming an alloy with silicon, And forming an active material layer. When the composition of the intermediate layer and the composition of the active material layer are different, the boundary between the intermediate layer and the active material layer can be confirmed by analysis. When the composition of the intermediate layer and the composition of the active material layer are the same, it is difficult to clarify the boundary between the intermediate layer and the active material layer. However, the presence of an intermediate layer as a diffusion preventing layer that suppresses diffusion of the constituent elements of the current collector can be confirmed.
For example, in vacuum deposition using silicon as an evaporation source, an intermediate layer and an active material layer containing silicon and oxygen can be formed by flowing a small amount of oxygen into a vacuum chamber. By changing the relationship between the flow rate of oxygen and the deposition rate of silicon, the ratio of silicon to oxygen can be controlled. Similarly, in sputtering, an intermediate layer and an active material layer containing silicon and oxygen can be formed by flowing a small amount of oxygen into the vacuum chamber.

シリコンと酸素とを含む中間層には、集電体の構成元素の拡散が起こりにくいため、中間層は高温で形成することができる。例えば、中間層および活物質層の少なくとも一方を形成するときの集電体の温度を、300℃〜700℃に設定することができる。   In the intermediate layer containing silicon and oxygen, since the diffusion of the constituent elements of the current collector hardly occurs, the intermediate layer can be formed at a high temperature. For example, the temperature of the current collector when forming at least one of the intermediate layer and the active material layer can be set to 300 ° C to 700 ° C.

集電体の温度が300℃未満では、集電体の構成元素の拡散を抑制することはできても、成膜速度を大きくすることができないため、製造コストが増大する場合がある。集電体の温度が700℃を超えると、集電体が変形しやすくなり、連続生産時に支障が生じる場合がある。
本発明においては、例えば、中間層および活物質層の成膜速度(中間層および活物質層の厚さの増加速度)を毎秒10nm〜700nm、もしくは100nm〜600nmに設定することができる。
When the temperature of the current collector is less than 300 ° C., although the diffusion of the constituent elements of the current collector can be suppressed, the film formation rate cannot be increased, and thus the manufacturing cost may increase. When the temperature of the current collector exceeds 700 ° C., the current collector is likely to be deformed, and trouble may occur during continuous production.
In the present invention, for example, the film formation rate of the intermediate layer and the active material layer (the increase rate of the thickness of the intermediate layer and the active material layer) can be set to 10 nm to 700 nm or 100 nm to 600 nm per second.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極の別の製造方法は、上記工程の他に、活物質層上にリチウムを蒸着する工程を有する。
本発明では、活物質層にリチウムを蒸着させて、不可逆容量に相当するリチウムを補填する際に、リチウムを高速で蒸着することが可能である。すなわち、蒸着時の集電体の温度を300℃〜700℃に設定することが可能である。
Another manufacturing method of the negative electrode for lithium ion secondary batteries of this invention has the process of vapor-depositing lithium on an active material layer other than the said process.
In the present invention, when lithium is vapor-deposited on the active material layer to compensate for lithium corresponding to the irreversible capacity, lithium can be vapor-deposited at high speed. That is, the temperature of the current collector during vapor deposition can be set to 300 ° C to 700 ° C.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極の更に別の製造方法は、上記工程の他に、集電体と中間層と活物質層とを、同時に熱処理する工程を有する。   Another manufacturing method of the negative electrode for lithium ion secondary batteries of this invention has the process of heat-processing a collector, an intermediate | middle layer, and an active material layer simultaneously other than the said process.

中間層および活物質層の成膜中または成膜後、もしくは活物質層にリチウムを蒸着させる際に、活物質層に内部応力が発生し、負極が湾曲する場合がある。この場合、負極を300℃〜700℃で熱処理することで、内部応力を緩和することができる。加熱温度が300℃未満では、内部応力を短時間で緩和することができないため、生産効率が低下し、製造コストが増加する場合がある。加熱温度が700℃を超えると、集電体が変形しやすくなり、連続生産時に支障が生じる場合がある。   When the intermediate layer and the active material layer are formed, after the film formation, or when lithium is deposited on the active material layer, internal stress may be generated in the active material layer, and the negative electrode may be bent. In this case, internal stress can be relieved by heat-processing a negative electrode at 300 to 700 degreeC. When the heating temperature is less than 300 ° C., the internal stress cannot be relaxed in a short time, so that the production efficiency may be reduced and the manufacturing cost may be increased. When the heating temperature exceeds 700 ° C., the current collector tends to be deformed, which may cause trouble during continuous production.

中間層および活物質層は、様々な方法で形成することができる。中間層および活物質層は、例えば、蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着法(CVD法)などで形成することができる。なかでも中間層および活物質層は、蒸着法またはスパッタリング法で形成することが好ましい。蒸着法としては、例えば、真空加熱蒸着法、イオンビーム蒸着法、電子ビーム蒸着法などを任意に選択できる。スパッタリング法としては、例えば、RFスパッタリング法などを任意に選択できる。   The intermediate layer and the active material layer can be formed by various methods. The intermediate layer and the active material layer can be formed by, for example, a vapor deposition method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD method), or the like. In particular, the intermediate layer and the active material layer are preferably formed by vapor deposition or sputtering. As the vapor deposition method, for example, a vacuum heating vapor deposition method, an ion beam vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method, or the like can be arbitrarily selected. As the sputtering method, for example, an RF sputtering method can be arbitrarily selected.

本発明は、負極の構成に特徴を有することから、リチウムイオン二次電池の負極以外の構成要素は特に限定されない。
正極活物質層には、例えば、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。正極集電体の構成材料には、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、チタンなどを用いることができる。
Since this invention has the characteristics in the structure of a negative electrode, components other than the negative electrode of a lithium ion secondary battery are not specifically limited.
For the positive electrode active material layer, 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. It is not limited to. As the constituent material of the positive electrode current collector, for example, aluminum, aluminum alloy, nickel, titanium, or the like can be used.

正極活物質層は、正極活物質のみで構成してもよいし、正極活物質以外の任意成分を含む正極合剤で構成してもよい。任意成分としては、結着剤、導電剤などを含むことができる。正極活物質層は、負極活物質層と同様に、柱状粒子で構成してもよい。   A positive electrode active material layer may be comprised only with a positive electrode active material, and may be comprised with the positive mix which contains arbitrary components other than a positive electrode active material. Optional components can include a binder, a conductive agent, and the like. Similarly to the negative electrode active material layer, the positive electrode active material layer may be formed of columnar particles.

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を用いることができる。非水電解質としては、非水溶媒にリチウム塩を溶解したものが好ましい。非水電解質の組成は特に限定されない。   As the electrolyte, various lithium ion conductive solid electrolytes and non-aqueous electrolytes can be used. The non-aqueous electrolyte is preferably a lithium salt dissolved in a non-aqueous solvent. The composition of the nonaqueous electrolyte is not particularly limited.

セパレータや外装ケースも特に限定されず、様々な形態のリチウムイオン二次電池に用いられている材料を、特に限定なく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 ion secondary batteries can be used without particular limitation.
EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, a following example does not limit this invention.

参考例1》
図1に示すような積層型のリチウムイオン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。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11aの片面に塗布し、乾燥後、圧延して、正極活物質層11bを形成した。その後、所定形状に正極を切り出した。得られた正極において、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、30mm×30mm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リードを接続した。
<< Reference Example 1 >>
A stacked lithium ion secondary battery as shown in FIG. 1 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. The obtained paste was applied to one side of a positive electrode current collector 11a made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried and then rolled to form a positive electrode active material layer 11b. Thereafter, the positive electrode was cut into a predetermined shape. In the obtained positive electrode, the positive electrode active material layer carried on one side of the aluminum foil had a thickness of 70 μm and a size of 30 mm × 30 mm. A lead was connected to the back surface of the current collector without the positive electrode active material layer.

(ii)負極の作製
<中間層の形成>
図5に示すような、電子ビーム(EB)加熱手段(図示せず)を具備する蒸着装置40((株)アルバック製)を用いて、負極12を作製した。蒸着装置40は、酸素ガスを真空チャンバー41内に導入するためのガス管(図示せず)と、ノズル43を具備する。ノズル43は、真空チャンバー41内に導入された配管44に接続した。配管44は、マスフローコントローラを経由させて、酸素ボンベと接続した。酸素ボンベには、純度99.7%の酸素ガス(日本酸素(株)製)を充填した。ノズル43の上方には、負極集電体12aを固定する固定台42を設置した。固定台42の鉛直下方に、ターゲット45を設置した。ターゲット45には、純度99.9999%のシリコン単体((株)高純度化学研究所製)を用いた。
(Ii) Production of negative electrode <Formation of intermediate layer>
The negative electrode 12 was produced using the vapor deposition apparatus 40 (made by ULVAC, Inc.) provided with an electron beam (EB) heating means (not shown) as shown in FIG. The vapor deposition apparatus 40 includes a gas pipe (not shown) for introducing oxygen gas into the vacuum chamber 41 and a nozzle 43. The nozzle 43 was connected to a pipe 44 introduced into the vacuum chamber 41. The pipe 44 was connected to an oxygen cylinder via a mass flow controller. The oxygen cylinder was filled with oxygen gas having a purity of 99.7% (manufactured by Nippon Oxygen Co., Ltd.). Above the nozzle 43, a fixing base 42 for fixing the negative electrode current collector 12a was installed. A target 45 was installed vertically below the fixed base 42. As the target 45, a silicon simple substance (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) having a purity of 99.9999% was used.

固定台42には、厚み35μmで、40mm×40mm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、表面粗さRz=15μm)を固定した。固定台42は水平面との角αが0°となるように水平に設置した。   An electrolytic copper foil (manufactured by Furukawa Circuit Foil Co., Ltd., surface roughness Rz = 15 μm) having a thickness of 35 μm and cut to a size of 40 mm × 40 mm was fixed to the fixing base 42. The fixing base 42 was installed horizontally such that the angle α with the horizontal plane was 0 °.

シリコン単体のターゲット45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。酸素流量は、マスフローコントローラで80sccmに設定した。シリコン単体の蒸気は、酸素雰囲気を通過してから、固定台42に設置された銅箔上に堆積し、シリコンと酸素とを含む化合物からなる中間層12bを形成した。蒸着時間は10秒に設定した。得られた中間層に含まれる酸素量を、燃焼法で定量した結果、シリコンと酸素とを含む化合物の組成はSiO0.6であった。中間層の膜厚は1μmであった。 The acceleration voltage of the electron beam applied to the silicon target 45 was -8 kV, and the emission was set to 500 mA. The oxygen flow rate was set to 80 sccm with a mass flow controller. After passing through the oxygen atmosphere, the vapor of silicon alone was deposited on the copper foil placed on the fixed base 42 to form the intermediate layer 12b made of a compound containing silicon and oxygen. The deposition time was set to 10 seconds. As a result of quantifying the amount of oxygen contained in the obtained intermediate layer by a combustion method, the composition of the compound containing silicon and oxygen was SiO 0.6 . The film thickness of the intermediate layer was 1 μm.

ここで、燃焼法とは、試料を黒鉛坩堝で加熱し、生成したCOガス量を、非分散赤外線吸収法により測定して、試料に含まれる酸素量を定量する方法である。燃焼法による酸素の定量は、酸素分析装置(例えば(株)堀場製作所製のMEGA−620W)を用いて行うことができる。   Here, the combustion method is a method of quantifying the amount of oxygen contained in a sample by heating the sample with a graphite crucible and measuring the amount of generated CO gas by a non-dispersive infrared absorption method. The determination of oxygen by the combustion method can be performed using an oxygen analyzer (for example, MEGA-620W manufactured by Horiba, Ltd.).

<活物質層の形成>
続いて、中間層を形成した銅箔を固定台42に設置して、酸素流量を40sccm、蒸着時間を90秒として、負極活物質層12cを形成した。活物質層の厚みは9μmであった。こうして得られた中間層と活物質層とを有する負極を負極1Aとする。
なお、本実施例では、中間層の形成後、酸素量を定量するために、集電体の温度を常温に下げて、チャンバー内を常圧に戻した。その結果、断面観察等において、中間層と活物質層との境界が観測された。
<Formation of active material layer>
Subsequently, the copper foil on which the intermediate layer was formed was placed on the fixed base 42, and the negative electrode active material layer 12c was formed with an oxygen flow rate of 40 sccm and a vapor deposition time of 90 seconds. The thickness of the active material layer was 9 μm. The negative electrode having the intermediate layer and the active material layer thus obtained is defined as a negative electrode 1A.
In this example, after the formation of the intermediate layer, in order to quantify the amount of oxygen, the temperature of the current collector was lowered to room temperature, and the inside of the chamber was returned to normal pressure. As a result, the boundary between the intermediate layer and the active material layer was observed in cross-sectional observation or the like.

<測定>
上記と同じ条件で、銅箔上に負極活物質層12cだけを形成した試料を用いて、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、シリコンと酸素とを含む化合物の組成はSiO0.3であった。
<Measurement>
Under the same conditions as above, the amount of oxygen contained in the negative electrode active material layer was quantified by a combustion method using a sample in which only the negative electrode active material layer 12c was formed on the copper foil. The composition was SiO 0.3 .

中間層および活物質層の成膜時における集電体の温度を、放射温度計で測定した結果、それぞれ320℃であった。成膜速度が速い(100nm/s)ため、加熱などしなくても、集電体の温度は自然に320℃になった。なお、集電体の温度が高くなりすぎる場合には、集電体を冷却してもよい。冷却方法としては、銅管と集電体の固定台とを接触させ、銅管内に冷媒を流す方法が挙げられる。一方、集電体を加熱する場合には、例えば固定台にヒーターを取り付けて加熱する。   The temperature of the current collector during film formation of the intermediate layer and the active material layer was measured with a radiation thermometer, and was found to be 320 ° C., respectively. Since the deposition rate was fast (100 nm / s), the temperature of the current collector naturally reached 320 ° C. without heating. Note that when the temperature of the current collector becomes too high, the current collector may be cooled. Examples of the cooling method include a method in which a copper tube and a fixing base of a current collector are brought into contact with each other, and a coolant is caused to flow in the copper tube. On the other hand, when heating a current collector, for example, a heater is attached to a fixed base and heated.

<リチウムの蒸着>
次に、アルバック社製の抵抗加熱蒸着装置を用いて、負極1Aの活物質層に、リチウム金属を蒸着した。蒸着装置内のタンタル製ボートに所定量のリチウム金属を装填し、負極1Aの活物質層をボートに対向させて固定した。ボートに流す電流値を50Aに設定して、10分間蒸着を行った。この操作でリチウム金属を蒸着することによって、中間層および負極活物質層に、初回充放電時に蓄えられる不可逆容量のリチウムを補填した。その後、負極1Aを31mm×31mm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リードを接続した。
リチウム蒸着時における集電体の温度を、放射温度計で測定した結果、350℃であった。
<Deposition of lithium>
Next, lithium metal was vapor-deposited on the active material layer of the negative electrode 1A using a resistance heating vapor deposition apparatus manufactured by ULVAC. A predetermined amount of lithium metal was loaded into a tantalum boat in the vapor deposition apparatus, and the active material layer of the negative electrode 1A was fixed facing the boat. The electric current value which flows through a boat was set to 50A, and vapor deposition was performed for 10 minutes. By depositing lithium metal by this operation, the intermediate layer and the negative electrode active material layer were supplemented with irreversible lithium stored in the first charge / discharge. Thereafter, the negative electrode 1A was cut into a size of 31 mm × 31 mm. A lead was connected to the back surface of the current collector without the negative electrode active material layer.
It was 350 degreeC as a result of measuring the temperature of the electrical power collector at the time of lithium vapor deposition with the radiation thermometer.

(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13を介して、正極11の正極活物質層11bと負極12の負極活物質層12cとを対向させ、薄い極板群を構成した。この極板群を、非水電解質とともに、アルミニウムラミネートシートからなる外装ケース14に挿入した。非水電解質には、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)との体積比1:1の混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。
(Iii) Production of test battery The positive electrode active material layer 11b of the positive electrode 11 and the negative electrode active material layer 12c of the negative electrode 12 are opposed to each other through a separator 13 made of a polyethylene microporous film having a thickness of 20 μm manufactured by Asahi Kasei Corporation. A thin electrode group was constructed. This electrode group was inserted into an outer case 14 made of an aluminum laminate sheet together with a non-aqueous electrolyte. As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 1: 1 was used.

非水電解質を、正極11、負極12およびセパレータ13にそれぞれ含浸させた後、正極リード15と負極リード16とを外装ケース14の外部に導出させた。この状態で、外装ケース14の内部を減圧しながら、外装ケース14の端部を溶着させて、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。   After impregnating the non-aqueous electrolyte into the positive electrode 11, the negative electrode 12, and the separator 13, the positive electrode lead 15 and the negative electrode lead 16 were led out of the outer case 14. In this state, the end of the outer case 14 was welded while decompressing the inside of the outer case 14 to complete the test battery. The obtained test battery is referred to as battery 1A.

《比較例1》
以下の要領で負極を作製した。
参考例1と同じ銅箔と蒸着装置を用いて蒸着を行った。
銅箔を、固定台42に固定し、固定台と水平面が成す角αを0°にして、銅箔を水平に設置した。シリコン単体のターゲット45に照射され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。真空チャンバー41内に酸素を導入せずに、固定台42に設置された銅箔に、シリコンからなる活物質層を形成した。蒸着時間は70秒に設定した。こうして得られた負極を負極1Bとする。
<< Comparative Example 1 >>
A negative electrode was produced in the following manner.
Vapor deposition was performed using the same copper foil and vapor deposition apparatus as in Reference Example 1.
The copper foil was fixed to the fixing base 42, the angle α formed by the fixing base and the horizontal plane was set to 0 °, and the copper foil was installed horizontally. The acceleration voltage of the electron beam applied to the silicon target 45 was -8 kV, and the emission was set to 500 mA. Without introducing oxygen into the vacuum chamber 41, an active material layer made of silicon was formed on the copper foil placed on the fixed base 42. The deposition time was set to 70 seconds. The negative electrode thus obtained is referred to as negative electrode 1B.

活物質層の成膜時の集電体の温度を、放射温度計で測定した結果、330℃であった。
得られた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、酸素の含有率は1モル%以下であった。活物質層の厚みは7μmであった。負極1Bの活物質層にリチウムは蒸着しなかった。
負極1Bを用いたこと以外、参考例1と同様にして、試験電池1Bを作製した。
The temperature of the current collector during film formation of the active material layer was measured with a radiation thermometer and found to be 330 ° C.
As a result of quantifying the amount of oxygen contained in the obtained active material layer by a combustion method, the oxygen content was 1 mol% or less. The thickness of the active material layer was 7 μm. Lithium was not deposited on the active material layer of the negative electrode 1B.
A test battery 1B was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the negative electrode 1B was used.

[負極の分析]
負極1Aの中間層および活物質層、ならびに、負極1Bの活物質層に関し、X線光電子分光法で深さ方向の分析を行った。ここでは、活物質層または中間層の所定位置からの深さと、銅の元素比率との関係を求めた。ここで、銅の元素比率とは、分析面で検出される全ての原子に対する銅原子のモル%である。分析面で検出される元素はCu、SiおよびOであるため、銅の元素比率は、CuとSiとOとの合計モル数に対するCuのモル数、すなわちCu/(Cu+Si+O)となる。
[Analysis of negative electrode]
With respect to the intermediate layer and the active material layer of the negative electrode 1A and the active material layer of the negative electrode 1B, analysis in the depth direction was performed by X-ray photoelectron spectroscopy. Here, the relationship between the depth from the predetermined position of the active material layer or the intermediate layer and the element ratio of copper was obtained. Here, the element ratio of copper is the mol% of copper atoms with respect to all atoms detected on the analysis surface. Since the elements detected on the analysis surface are Cu, Si, and O, the element ratio of copper is the number of moles of Cu relative to the total number of moles of Cu, Si, and O, that is, Cu / (Cu + Si + O).

ただし、平坦性の高い圧延銅箔(表面粗さRz=0.7μm以下)を用いて、それぞれの負極と同一条件で負極1A'と負極1B'とを作製し、これらを用いて分析を行った。なお、以下の実施例においても、特に記載しないが、深さ方向の分析を行う際には、圧延銅箔からなる集電体を用いて、再度、同様の電極を作製し、これを用いて分析を行った。   However, negative electrode 1A ′ and negative electrode 1B ′ were prepared under the same conditions as the respective negative electrodes using rolled copper foil (surface roughness Rz = 0.7 μm or less) having high flatness, and analysis was performed using these. It was. In the following examples, although not specifically described, when performing analysis in the depth direction, a similar electrode is produced again using a current collector made of rolled copper foil, and this is used. Analysis was carried out.

負極1A'の分析結果を図6A、負極1B'の分析結果を図6Bに示す。図6Aにおいて、グラフの横軸は、中間層の所定位置Pから集電体方向への深さを表し、深さ0nmは所定位置Pに対応する。図6Bにおいて、グラフの横軸は、活物質層の所定位置Qから集電体方向への深さを表し、深さ0μmは所定位置Qに対応する。
縦軸は銅の元素比率(Cu/Cu+Si+O)を表す。負極1A'では、銅の拡散幅が狭く、急激に変化しているのに対して、負極1B'では、銅の拡散幅が広く、緩やかに変化している。この結果から、負極1B'(負極1B)では、銅が活物質層中に広く拡散していることがわかる。
FIG. 6A shows the analysis result of the negative electrode 1A ′, and FIG. 6B shows the analysis result of the negative electrode 1B ′. In FIG. 6A, the horizontal axis of the graph represents the depth from the predetermined position P of the intermediate layer toward the current collector, and the depth of 0 nm corresponds to the predetermined position P. 6B, the horizontal axis of the graph represents the depth of the active material layer from the predetermined position Q in the direction of the current collector, and the depth of 0 μm corresponds to the predetermined position Q.
The vertical axis represents the copper element ratio (Cu / Cu + Si + O). In the negative electrode 1A ′, the copper diffusion width is narrow and changes rapidly, whereas in the negative electrode 1B ′, the copper diffusion width is wide and changes slowly. From this result, it can be seen that in the negative electrode 1B ′ (negative electrode 1B), copper is widely diffused in the active material layer.

このような測定方法では、実際には拡散領域が全くない場合でも、集電体の微細な凹凸や装置のばらつきにより、図6のような拡散幅が測定される。よって、この拡散幅が、現実に、銅が中間層に拡散して形成された混合層の存在を表すかどうかは不明である。ただし、同一の集電体と、同一の測定装置を用いれば、相対的な評価は可能と考えられる。ここで、銅の元素比率が10モル%〜90モル%となる混合層の厚さを「拡散幅」と定義する。
なお、実施例および比較例において「拡散幅」は、特に記載しない限り、X線光電子分光法で求めた。
各負極の物性を表1にまとめる。
In such a measuring method, even when there is actually no diffusion region, the diffusion width as shown in FIG. 6 is measured due to minute unevenness of the current collector and device variations. Therefore, it is unclear whether this diffusion width actually represents the presence of a mixed layer formed by diffusing copper into the intermediate layer. However, relative evaluation is considered possible if the same current collector and the same measuring device are used. Here, the thickness of the mixed layer in which the element ratio of copper is 10 mol% to 90 mol% is defined as “diffusion width”.
In Examples and Comparative Examples, “diffusion width” was determined by X-ray photoelectron spectroscopy unless otherwise specified.
Table 1 summarizes the physical properties of each negative electrode.

[評価方法]
電池1Aおよび1Bを、それぞれ20℃の恒温室に収容し、定電流定電圧方式で、各電池の充電を行った。すなわち、電池電圧が4.2Vになるまで1Cレート(1C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。充電後、20分間休止した後、0.2Cの定電流で、電池電圧が2.5Vになるまで放電を行った。放電後、20分間休止した。
上記の充放電を100サイクル繰り返した。
[Evaluation method]
The batteries 1A and 1B were each housed in a constant temperature room at 20 ° C., and each battery was charged by a constant current constant voltage method. That is, charging is performed at a constant current of 1C rate (1C is a current value that can use up the entire battery capacity in one hour) until the battery voltage reaches 4.2V, and after reaching 4.2V, the current value becomes 0. The battery was charged at a constant voltage until it reached 05C. After charging, after resting for 20 minutes, discharging was performed at a constant current of 0.2 C until the battery voltage reached 2.5V. After the discharge, it was paused for 20 minutes.
The above charging / discharging was repeated 100 cycles.

サイクル初期の放電容量に対する、100サイクル目の放電容量の割合を、容量維持率として、百分率値で求めた。100サイクル後の電池1Aと電池1Bを分解して、負極1Aおよび負極1Bの中間層または活物質層を顕微鏡で観察した。結果を表2に示す。
[評価結果]
The ratio of the discharge capacity at the 100th cycle to the discharge capacity at the beginning of the cycle was determined as a percentage value as a capacity retention rate. The battery 1A and the battery 1B after 100 cycles were disassembled, and the intermediate layer or active material layer of the negative electrode 1A and the negative electrode 1B was observed with a microscope. The results are shown in Table 2.
[Evaluation results]

表2が示すように、電池1Bと比較して、電池1Aはサイクル特性が極めて優れていた。100サイクル後の電池1Aを分解し、負極1Aを観察した結果、中間層および活物質層が銅箔から剥離する現象は見られなかった。一方、100サイクル後の電池1Bを分解し、負極1Bを観察した結果、銅箔から活物質層が一部剥離していることが判明した。   As shown in Table 2, the battery 1A was extremely excellent in cycle characteristics as compared with the battery 1B. As a result of disassembling the battery 1A after 100 cycles and observing the negative electrode 1A, the phenomenon that the intermediate layer and the active material layer peel from the copper foil was not observed. On the other hand, as a result of disassembling battery 1B after 100 cycles and observing negative electrode 1B, it was found that a part of the active material layer was peeled from the copper foil.

[考察]
電池1Aの場合、300℃以上で活物質層を成膜したが、中間層によって集電体の構成元素である銅の拡散が抑制され、集電体と中間層との界面の脆弱化が抑制されたと考えられる。よって、100サイクルの充放電を経ても、中間層および活物質層が集電体から剥離することがなく、集電性を確保でき、サイクル特性が向上したと考えられる。銅の拡散幅は50nmと非常に小さかったが、密着強度は充分に確保できた。
[Discussion]
In the case of battery 1A, the active material layer was formed at 300 ° C. or higher, but the intermediate layer suppressed the diffusion of copper, which is a constituent element of the current collector, and suppressed the weakening of the interface between the current collector and the intermediate layer. It is thought that it was done. Therefore, even after 100 cycles of charging / discharging, the intermediate layer and the active material layer are not peeled off from the current collector, and it is considered that the current collecting property can be secured and the cycle characteristics are improved. The diffusion width of copper was as very small as 50 nm, but the adhesion strength was sufficiently secured.

電池1Bは、中間層が存在しないため、活物質層に多くの銅が拡散し、銅の拡散幅は2.3μmであった。その結果、集電体と活物質層との界面が脆弱化したと考えられる。よって、充放電サイクルにおいて、活物質層が膨張した時に、活物質層が応力によって剥離し、集電性が低下し、サイクル特性が劣化したと考えられる。   In the battery 1B, since no intermediate layer was present, a large amount of copper diffused into the active material layer, and the copper diffusion width was 2.3 μm. As a result, it is considered that the interface between the current collector and the active material layer is weakened. Therefore, it is considered that when the active material layer expands in the charge / discharge cycle, the active material layer peels off due to stress, the current collection performance decreases, and the cycle characteristics deteriorate.

参考例2》
Moからなる中間層を形成した場合と、シリコンと酸素とを含む中間層を形成した場合とを比較した。負極の容量を比較するために、対極に、リチウム金属を用いて試験セルを作製した。
<< Reference Example 2 >>
The case where the intermediate layer made of Mo was formed was compared with the case where the intermediate layer containing silicon and oxygen was formed. In order to compare the capacity of the negative electrode, a test cell was prepared using lithium metal for the counter electrode.

(i)対極の作製
厚み0.3mmのリチウム金属箔を32mm角に切り出し、端部にリードを接続した。
(I) Production of counter electrode A lithium metal foil having a thickness of 0.3 mm was cut into a 32 mm square, and a lead was connected to the end.

(ii)試験電池の作製
負極には、参考例1の負極1Aを用いた。活物質層にリチウムは蒸着しなかった。
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13を介して、リチウム金属箔からなる対極と負極12の負極活物質層12cとを対向させ、薄い極板群を構成した。この極板群を、非水電解質とともに、アルミニウムラミネートシートからなる外装ケース14に挿入した。非水電解質には、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)との体積比1:1の混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。
(Ii) Production of Test Battery The negative electrode 1A of Reference Example 1 was used as the negative electrode. Lithium was not deposited on the active material layer.
A counter electrode made of lithium metal foil and the negative electrode active material layer 12c of the negative electrode 12 were opposed to each other through a separator 13 made of a polyethylene microporous film having a thickness of 20 μm manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., thereby forming a thin electrode plate group. This electrode group was inserted into an outer case 14 made of an aluminum laminate sheet together with a non-aqueous electrolyte. As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 1: 1 was used.

非水電解質を、対極、負極12およびセパレータ13にそれぞれ含浸させた後、対極のリードと負極リード16を外装ケース14の外部に導出させた。この状態で、外装ケース14の内部を減圧しながら、外装ケース14の端部を溶着させて、試験電池を完成させた。得られた試験電池を電池2Aと称する。   After impregnating the counter electrode, the negative electrode 12 and the separator 13 with the nonaqueous electrolyte, the counter electrode lead and the negative electrode lead 16 were led out of the outer case 14. In this state, the end of the outer case 14 was welded while decompressing the inside of the outer case 14 to complete the test battery. The obtained test battery is referred to as battery 2A.

《比較例2》
以下の要領で負極を作製した。
まず、参考例1と同じ銅箔上に、中間層であるモリブデン薄膜を、RFマグネトロンスパッタ装置を用いて形成した。
ターゲットには、直径4インチ、厚み5mmのモリブデンを用いた。真空チャンバー内に、アルゴンガスを100sccmの流量で導入して、チャンバー内の圧力を20mTorrに調整した。高周波電源の出力を100Wに設定して、60分間のスパッタリングを行った。得られたモリブデン薄膜の厚みは1μmであった。
<< Comparative Example 2 >>
A negative electrode was produced in the following manner.
First, a molybdenum thin film as an intermediate layer was formed on the same copper foil as in Reference Example 1 using an RF magnetron sputtering apparatus.
As the target, molybdenum having a diameter of 4 inches and a thickness of 5 mm was used. Argon gas was introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 100 sccm, and the pressure in the chamber was adjusted to 20 mTorr. The output of the high frequency power supply was set to 100 W, and sputtering was performed for 60 minutes. The resulting molybdenum thin film had a thickness of 1 μm.

次に、参考例1と同じ蒸着装置を用いて、中間層上に活物質を蒸着した。
モリブデン薄膜を有する銅箔を、固定台42に固定し、固定台と水平面とが成す角αを0°にして、銅箔を水平に設置した。シリコン単体のターゲット45に照射され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。酸素流量を40sccm、蒸着時間を90秒として、負極活物質層12cを形成した。こうして得られた負極を負極2Bとする。
負極2Bを用いたこと以外、参考例2と同様にして、試験電池2Bを作製した。活物質層にリチウムは蒸着しなかった。
負極2Bの物性を表3にまとめる。
Next, using the same vapor deposition apparatus as in Reference Example 1, an active material was deposited on the intermediate layer.
The copper foil having the molybdenum thin film was fixed to the fixing base 42, and the angle α formed by the fixing base and the horizontal plane was set to 0 °, and the copper foil was installed horizontally. The acceleration voltage of the electron beam applied to the silicon target 45 was -8 kV, and the emission was set to 500 mA. The negative electrode active material layer 12c was formed with an oxygen flow rate of 40 sccm and a vapor deposition time of 90 seconds. The negative electrode thus obtained is referred to as negative electrode 2B.
A test battery 2B was produced in the same manner as in Reference Example 2, except that the negative electrode 2B was used. Lithium was not deposited on the active material layer.
Table 3 summarizes the physical properties of the negative electrode 2B.

[評価方法]
電池2Aおよび2Bを、それぞれ20℃の恒温室に収容し、電池電圧が0Vになるまで0.2Cレート(1Cは1時間で全電池容量を使い切ることができる電流値)の定電流で充電した。20分間休止した後、0.2Cの定電流で、電池電圧が1.5Vになるまで放電を行った。放電後、20分間休止した。
[Evaluation method]
Batteries 2A and 2B were each housed in a constant temperature room at 20 ° C. and charged at a constant current of 0.2C rate (1C is a current value that can use up the entire battery capacity in 1 hour) until the battery voltage reached 0V. . After resting for 20 minutes, discharging was performed at a constant current of 0.2 C until the battery voltage reached 1.5V. After the discharge, it was paused for 20 minutes.

上記の充放電を30サイクル繰り返した。
サイクル初期の放電容量に対する、100サイクル目の放電容量の割合を、容量維持率として、百分率値で求めた。100サイクル後の電池2Aと電池2Bを分解して、負極2Aおよび負極2Bの中間層または活物質層を顕微鏡で観察した。結果を表4に示す。
The above charging / discharging was repeated 30 cycles.
The ratio of the discharge capacity at the 100th cycle to the discharge capacity at the beginning of the cycle was determined as a percentage value as a capacity retention rate. Battery 2A and battery 2B after 100 cycles were disassembled, and the intermediate layer or active material layer of negative electrode 2A and negative electrode 2B was observed with a microscope. The results are shown in Table 4.

表4が示すように、電池2Bと比較して、電池2Aは放電容量が大きかった。電池2Aは、シリコンと酸素とを含む中間層が活物質として機能するため、中間層の容量と活物質層の容量との和が得られた。電池2Bの容量が少ないのは、中間層のMoがリチウムと合金を形成しない(中間層が容量に寄与しない)ためである。容量維持率の結果と負極概観は、これらの電池で同等であった。   As Table 4 shows, the battery 2A had a larger discharge capacity than the battery 2B. In battery 2A, since the intermediate layer containing silicon and oxygen functions as an active material, the sum of the capacity of the intermediate layer and the capacity of the active material layer was obtained. The reason why the capacity of the battery 2B is small is that Mo in the intermediate layer does not form an alloy with lithium (the intermediate layer does not contribute to the capacity). The capacity retention rate results and the negative electrode overview were similar for these batteries.

参考例3》
シリコンと酸素とを含む中間層をSiOxで表す場合、x値の範囲について検討した。
中間層を形成する際、酸素流量を変化させ、蒸着時間を変化させたこと以外、参考例1と同様にして、下記負極3A〜3Eを作製した。また、負極3A〜3Eを用いたこと以外、参考例1と同様にして、試験電池3A〜3Eを作製した。なお、成膜中の集電体の温度は、いずれも320℃であった。活物質層には参考例1と同様にリチウムを蒸着した。
<< Reference Example 3 >>
When the intermediate layer containing silicon and oxygen is represented by SiO x , the range of the x value was examined.
When forming the intermediate layer, the following negative electrodes 3A to 3E were produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the oxygen flow rate was changed and the deposition time was changed. Further, test batteries 3A to 3E were produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the negative electrodes 3A to 3E were used. Note that the temperature of the current collector during film formation was 320 ° C. in all cases. Lithium was deposited on the active material layer in the same manner as in Reference Example 1.

〈i〉負極3A
中間層の形成において、酸素流量を5sccmに設定して、蒸着時間を20秒に設定して蒸着したこと以外、参考例1と同様にして、負極3Aを作製した。負極3Aを用いて、参考例1と同様にして、試験電池3Aを作製した。
<I> Negative electrode 3A
A negative electrode 3A was produced in the same manner as in Reference Example 1, except that in the formation of the intermediate layer, the oxygen flow rate was set to 5 sccm and the deposition time was set to 20 seconds. A test battery 3A was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 3A.

〈ii〉負極3B
中間層の形成において、酸素流量を10sccmに設定して蒸着したこと以外、参考例1と同様にして、負極3Bを作製した。負極3Bを用いて、参考例1と同様にして、試験電池3Bを作製した。
<Ii> Negative electrode 3B
A negative electrode 3B was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the intermediate layer was deposited by setting the oxygen flow rate to 10 sccm. A test battery 3B was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 3B.

〈iii〉負極3C
中間層の形成において、酸素流量を40sccmに設定して蒸着したこと以外、参考例1と同様にして、負極3Cを作製した。負極3Cを用いて、参考例1と同様にして、試験電池3Cを作製した。
<Iii> Negative electrode 3C
A negative electrode 3C was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the intermediate layer was deposited by setting the oxygen flow rate to 40 sccm. A test battery 3C was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 3C.

〈iv〉負極3D
中間層の形成において、酸素流量を130sccmに設定して蒸着したこと以外、参考例1と同様にして、負極3Dを作製した。負極3Dを用いて、参考例1と同様にして、試験電池3Dを作製した。
<Iv> Negative electrode 3D
A negative electrode 3D was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the intermediate layer was deposited by setting the oxygen flow rate to 130 sccm. A test battery 3D was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 3D.

〈v〉負極3E
中間層の形成において、酸素流量を240sccmに設定して蒸着したこと以外、参考例1と同様にして、負極3Eを作製した。負極3Eを用いて、参考例1と同様にして、試験電池3Eを作製した。
<V> Negative electrode 3E
A negative electrode 3E was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the intermediate layer was deposited by setting the oxygen flow rate to 240 sccm. A test battery 3E was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 3E.

〈vi〉負極3F
中間層の形成において、ターゲットにSiO2を用い、酸素流量を100sccmに設定して蒸着したこと以外、参考例1と同様にして、負極3Fを作製した。負極3Fを用いて、参考例1と同様にして、試験電池3Fを作製した。
負極3A〜3Fの物性について表5にまとめる。
<Vi> Negative electrode 3F
A negative electrode 3F was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that SiO 2 was used as a target and the oxygen flow rate was set to 100 sccm in the formation of the intermediate layer. A test battery 3F was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 3F.
The physical properties of the negative electrodes 3A to 3F are summarized in Table 5.

電池3A〜3Fについて、容量維持率を上記と同様にして測定した。100サイクル後の負極3A〜3Fを上記と同様に観察した。結果を表6に示す。   For the batteries 3A to 3F, the capacity retention rate was measured in the same manner as described above. The negative electrodes 3A to 3F after 100 cycles were observed in the same manner as described above. The results are shown in Table 6.

表6が示すように、中間層の組成がSiO0.05である電池3Aは、ややサイクル特性が劣っていた。また、中間層の酸素比率が少ないため、銅の拡散幅は1μm以上であった。電池3Aでは、比較的多くの銅が拡散したため、銅と中間層との界面が脆弱化したものと考えられる。一方、電池3B〜3Eは、良好なサイクル特性を示し、活物質層の剥離も見られなかった。特に、活物質層のx値よりも中間層のx値の方が大きい電池3D〜3Eにおいては、活物質層の剥離が効果的に抑制されたと考えられ、サイクル特性が良好であった。電池3Fは全く充放電しなかった。これはSiO2が絶縁体であるためと考えられる。 As shown in Table 6, the battery 3A in which the composition of the intermediate layer was SiO 0.05 was slightly inferior in cycle characteristics. Further, since the oxygen ratio in the intermediate layer was small, the diffusion width of copper was 1 μm or more. In battery 3A, since a relatively large amount of copper diffused, it is considered that the interface between copper and the intermediate layer was weakened. On the other hand, the batteries 3B to 3E exhibited good cycle characteristics, and no peeling of the active material layer was observed. In particular, in the batteries 3D to 3E in which the x value of the intermediate layer was larger than the x value of the active material layer, it was considered that peeling of the active material layer was effectively suppressed, and the cycle characteristics were good. Battery 3F was not charged or discharged at all. This is considered because SiO 2 is an insulator.

参考例4》
中間層および活物質層を形成するときの集電体の温度について検討した。
中間層および活物質層の形成は、参考例1と同様の蒸着装置を用いて行った。
図5の固定台42の基板に、その温度をコントロールするための加熱手段と冷却手段(図示せず)を設け、基板温度を室温から800℃まで変化させたこと以外、参考例1と同様にして、下記負極4A〜4Dを作製した。また、負極4A〜4Dを用いたこと以外、参考例1と同様にして、試験電池4A〜4Dを作製した。なお、活物質層には参考例1と同様にリチウムを蒸着した。
<< Reference Example 4 >>
The temperature of the current collector when forming the intermediate layer and the active material layer was examined.
The intermediate layer and the active material layer were formed using the same vapor deposition apparatus as in Reference Example 1.
A heating unit and a cooling unit (not shown) for controlling the temperature are provided on the substrate of the fixed base 42 in FIG. 5, and the substrate temperature is changed from room temperature to 800 ° C. as in Reference Example 1. The following negative electrodes 4A to 4D were prepared. Further, test batteries 4A to 4D were produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the negative electrodes 4A to 4D were used. Note that lithium was deposited on the active material layer in the same manner as in Reference Example 1.

〈i〉負極4A
中間層の形成において、基板温度を200℃に設定し、電子ビームのエミッションを100mA、蒸着時間を200秒、酸素流量を4sccmに設定した。更に、活物質層の形成において、基板温度を200℃に設定し、電子ビームのエミッションを100mA、蒸着時間を30分、酸素流量を2sccmに設定した。これらの条件以外は、参考例1と同様にして、負極4Aを作製した。負極4Aを用いて、参考例1と同様にして、試験電池4Aを作製した。なお、基板温度は、集電体の温度と、同一と考えることができる。以下同様である。
<I> Negative electrode 4A
In forming the intermediate layer, the substrate temperature was set to 200 ° C., the electron beam emission was set to 100 mA, the deposition time was set to 200 seconds, and the oxygen flow rate was set to 4 sccm. Further, in the formation of the active material layer, the substrate temperature was set to 200 ° C., the electron beam emission was set to 100 mA, the deposition time was set to 30 minutes, and the oxygen flow rate was set to 2 sccm. A negative electrode 4A was produced in the same manner as in Reference Example 1 except for these conditions. A test battery 4A was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 4A. Note that the substrate temperature can be considered to be the same as the temperature of the current collector. The same applies hereinafter.

〈ii〉負極4B
中間層の形成において、基板温度を300℃に設定し、電子ビームのエミッションを250mA、蒸着時間を10秒、酸素流量を8sccmに設定した。更に、活物質層の形成において、基板温度を300℃に設定し、電子ビームのエミッションを250mA、蒸着時間を15分、酸素流量を4sccmに設定した。これらの条件以外は、参考例1と同様にして負極4Bを作製した。負極4Bを用いて、参考例1と同様にして、試験電池4Bを作製した。
<Ii> Negative electrode 4B
In forming the intermediate layer, the substrate temperature was set to 300 ° C., the electron beam emission was set to 250 mA, the deposition time was set to 10 seconds, and the oxygen flow rate was set to 8 sccm. Further, in forming the active material layer, the substrate temperature was set to 300 ° C., the electron beam emission was set to 250 mA, the deposition time was set to 15 minutes, and the oxygen flow rate was set to 4 sccm. A negative electrode 4B was produced in the same manner as in Reference Example 1 except for these conditions. A test battery 4B was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 4B.

〈iii〉負極4C
中間層の形成において、基板温度を700℃に設定し、電子ビームのエミッションを600mA、蒸着時間を1.4秒、酸素流量を500sccmに設定した。更に、活物質層の形成において、基板温度を700℃に設定し、電子ビームのエミッションを600mA、蒸着時間を13秒、酸素流量を280sccmに設定した。これらの条件以外は、参考例1と同様にして、負極4Cを作製した。負極4Cを用いて、参考例1と同様にして、試験電池4Cを作製した。
<Iii> Negative electrode 4C
In forming the intermediate layer, the substrate temperature was set to 700 ° C., the electron beam emission was set to 600 mA, the deposition time was set to 1.4 seconds, and the oxygen flow rate was set to 500 sccm. Further, in forming the active material layer, the substrate temperature was set to 700 ° C., the electron beam emission was set to 600 mA, the deposition time was set to 13 seconds, and the oxygen flow rate was set to 280 sccm. A negative electrode 4C was produced in the same manner as in Reference Example 1 except for these conditions. A test battery 4C was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 4C.

〈iv〉負極4D
中間層の形成において、基板温度を750℃に設定し、電子ビームのエミッションを650mA、蒸着時間を1.3秒、酸素流量を530sccmに設定した。更に、活物質層の形成において、基板温度を750℃に設定し、電子ビームのエミッションを650mA、蒸着時間を12秒、酸素流量を320sccmに設定した。これらの条件以外は、参考例1と同様にして、負極4Dを作製した。負極4Dを用いて、参考例1と同様にして、試験電池4Dを作製した。
負極4A〜4Dの物性について表7にまとめる。
<Iv> Negative electrode 4D
In forming the intermediate layer, the substrate temperature was set to 750 ° C., the electron beam emission was set to 650 mA, the deposition time was set to 1.3 seconds, and the oxygen flow rate was set to 530 sccm. Further, in forming the active material layer, the substrate temperature was set to 750 ° C., the electron beam emission was set to 650 mA, the deposition time was set to 12 seconds, and the oxygen flow rate was set to 320 sccm. A negative electrode 4D was produced in the same manner as in Reference Example 1 except for these conditions. A test battery 4D was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 4D.
The physical properties of the negative electrodes 4A to 4D are summarized in Table 7.

電池4A〜4Dについて、容量維持率を上記と同様にして測定した。100サイクル後の負極4A〜4Dを上記と同様に観察した。結果を表8に示す。   For the batteries 4A to 4D, the capacity retention rate was measured in the same manner as described above. The negative electrodes 4A to 4D after 100 cycles were observed in the same manner as described above. The results are shown in Table 8.

表8が示すように、電池4Dは、電池4A〜4Cと比較して、サイクル特性がやや劣っており、活物質層の一部に剥離が見られた。また、銅の拡散幅は1μm以上であった。電池4Dでは、比較的多くの銅が拡散したため、銅と中間層との界面が脆弱化し、活物質層の一部が剥離して、導電性が低下したものと考えられる。一方、電池4A〜電池4Cは、良好なサイクル特性が得られた。   As shown in Table 8, the battery 4D was slightly inferior in cycle characteristics as compared with the batteries 4A to 4C, and peeling was observed in a part of the active material layer. The diffusion width of copper was 1 μm or more. In the battery 4D, since a relatively large amount of copper diffused, the interface between the copper and the intermediate layer was weakened, and a part of the active material layer was peeled off, so that the conductivity was lowered. On the other hand, batteries 4A to 4C have good cycle characteristics.

ただし、電池4Aの場合、基板温度を200℃にコントロールするには、基板の冷却速度を考慮すると、電子ビームのエミッションを低下させ、成膜速度を落とす必要がある。よって、電池4Aの成膜には、電池4Bや電池4Cの5倍以上の時間を要した。このように、基板温度が低いと、生産性が低下する。生産性を高めるためには、基板温度を300℃以上に設定することが好ましい。一方、基板温度が700℃よりも高いと、成膜速度は高くなるが、銅の拡散がやや増加する。よって、中間層および活物質層の成膜時の基板温度は、300℃以上、700℃以下が適切である。この基板温度範囲の場合、成膜速度は10nm〜700nmとなる。   However, in the case of the battery 4A, in order to control the substrate temperature to 200 ° C., considering the cooling rate of the substrate, it is necessary to reduce the electron beam emission and decrease the film formation rate. Therefore, the film formation of the battery 4A required more than five times as long as the batteries 4B and 4C. Thus, productivity is lowered when the substrate temperature is low. In order to increase productivity, it is preferable to set the substrate temperature to 300 ° C. or higher. On the other hand, when the substrate temperature is higher than 700 ° C., the deposition rate is increased, but the diffusion of copper is slightly increased. Therefore, the substrate temperature at the time of forming the intermediate layer and the active material layer is appropriately 300 ° C. or higher and 700 ° C. or lower. In the case of this substrate temperature range, the deposition rate is 10 nm to 700 nm.

参考例5》
活物質層を形成した後に熱処理を施す場合、熱処理の適正温度範囲について検討した。
活物質層の形成後、リチウムを蒸着する前に、様々な温度で熱処理を施したこと以外、参考例1と同様にして、負極5A〜5Eを作製した。なお、このような熱処理は、極板についた水分を除去したり、集電体と活物質層との間に生成する残存応力を除去したりするために行うことがある。
また、活物質層にリチウムを蒸着することにより、初回充放電時の不可逆容量を解消する場合、リチウムの凝固熱や装置の輻射熱により、基板温度が上昇する場合がある。つまり、熱処理と同じように基板温度が上昇するため、リチウムを蒸着するときの適性温度範囲が製造プロセスに大きく影響する。
リチウムを蒸着した後の熱処理は、リチウムと活物質層との反応を均質化したり、少し膨張した活物質層の残存応力を除去したりするために行われる。
なお、本参考例では、リチウムの蒸着前に熱処理を行ったが、リチウムの蒸着中に基板温度が昇温したり、リチウム蒸着後に熱処理を行ったりした場合にも、同様に、銅の拡散を防止することができる。
<< Reference Example 5 >>
When heat treatment was performed after the active material layer was formed, an appropriate temperature range for heat treatment was examined.
After the formation of the active material layer, negative electrodes 5A to 5E were fabricated in the same manner as in Reference Example 1 except that heat treatment was performed at various temperatures before lithium was deposited. Such heat treatment may be performed to remove moisture attached to the electrode plate or to remove residual stress generated between the current collector and the active material layer.
Further, when the irreversible capacity at the first charge / discharge is eliminated by evaporating lithium on the active material layer, the substrate temperature may increase due to the solidification heat of lithium or the radiant heat of the apparatus. That is, since the substrate temperature rises in the same manner as in the heat treatment, the suitable temperature range when depositing lithium greatly affects the manufacturing process.
The heat treatment after vapor deposition of lithium is performed in order to homogenize the reaction between lithium and the active material layer or to remove the residual stress of the active material layer that has slightly expanded.
In this reference example, heat treatment was performed before lithium deposition. However, when the substrate temperature is raised during lithium deposition or when heat treatment is performed after lithium deposition, copper diffusion is similarly performed. Can be prevented.

〈i〉負極5A
参考例1と同様に作製した負極1Aを、管状炉に設置した石英のパイプに収容し、アルゴンを1000sccmの流量で流しながら、200℃で、10分間、熱処理を行った。こうして得られた負極を負極5Aと称する。負極5Aを用いて、実施例1と同様にして、試験電池5Aを作製した。
<I> Negative electrode 5A
A negative electrode 1A produced in the same manner as in Reference Example 1 was housed in a quartz pipe installed in a tubular furnace, and heat-treated at 200 ° C. for 10 minutes while flowing argon at a flow rate of 1000 sccm. The negative electrode thus obtained is referred to as negative electrode 5A. A test battery 5A was produced in the same manner as in Example 1 using the negative electrode 5A.

〈ii〉負極5B
参考例1と同様に作製した負極1Aを、管状炉に設置した石英のパイプに収容し、アルゴンを1000sccmの流量で流しながら、300℃で、10分間、熱処理を行った。こうして得られた負極を負極5Bと称する。負極5Bを用いて、参考例1と同様にして、試験電池5Bを作製した。
<Ii> Negative electrode 5B
A negative electrode 1A produced in the same manner as in Reference Example 1 was accommodated in a quartz pipe installed in a tubular furnace, and heat-treated at 300 ° C. for 10 minutes while flowing argon at a flow rate of 1000 sccm. The negative electrode thus obtained is referred to as negative electrode 5B. A test battery 5B was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 5B.

〈iii〉負極5C
参考例1と同様に作製した負極1Aを、管状炉に設置した石英のパイプに収容し、アルゴンを1000sccmの流量で流しながら、700℃で、10分間、熱処理を行った。こうして得られた負極を負極5Cと称する。負極5Cを用いて、参考例1と同様にして、試験電池5Cを作製した。
<Iii> Negative electrode 5C
A negative electrode 1A produced in the same manner as in Reference Example 1 was accommodated in a quartz pipe installed in a tubular furnace, and heat-treated at 700 ° C. for 10 minutes while flowing argon at a flow rate of 1000 sccm. The negative electrode thus obtained is referred to as negative electrode 5C. A test battery 5C was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 5C.

〈iv〉負極5D
参考例1と同様に作製した負極1Aを、管状炉に設置した石英のパイプに収容し、アルゴンを1000sccmの流量で流しながら、800℃で、10分間、熱処理を行った。こうして得られた負極を負極5Dと称する。負極5Dを用いて、参考例1と同様にして、試験電池5Dを作製した。
<Iv> Negative electrode 5D
A negative electrode 1A produced in the same manner as in Reference Example 1 was housed in a quartz pipe installed in a tubular furnace, and heat-treated at 800 ° C. for 10 minutes while flowing argon at a flow rate of 1000 sccm. The negative electrode thus obtained is referred to as negative electrode 5D. A test battery 5D was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 5D.

負極5A〜5Dを平面に設置し、湾曲している最大高さを、ハイトゲージを用いて測定した。得られた最大高さを反り量と定義した。反り量は、内部応力の指標となる。負極5A〜5Dの物性について表9にまとめる。   Negative electrodes 5A to 5D were placed on a flat surface, and the maximum curved height was measured using a height gauge. The maximum height obtained was defined as the amount of warpage. The amount of warpage is an index of internal stress. Table 9 summarizes the physical properties of the negative electrodes 5A to 5D.

電池5A〜5Dについて、容量維持率を上記と同様にして測定した。100サイクル後の負極4A〜4Fを上記と同様に観察した。結果を表10に示す。   For the batteries 5A to 5D, the capacity retention rate was measured in the same manner as described above. The negative electrodes 4A to 4F after 100 cycles were observed in the same manner as described above. The results are shown in Table 10.

表10が示すように、電池5Dは、電池5A〜5Cと比較して、サイクル特性がやや劣っており、活物質層の一部に剥離が見られた。また、銅の拡散幅は1μm以上であった。電池5Dでは、比較的多くの銅が拡散したため、銅と中間層との界面が脆弱化し、活物質層の一部が剥離して、導電性が低下したものと考えられる。一方、電池5A〜電池5Cは、良好なサイクル特性を示した。   As Table 10 shows, the battery 5D was slightly inferior in cycle characteristics as compared with the batteries 5A to 5C, and peeling was observed in a part of the active material layer. The diffusion width of copper was 1 μm or more. In the battery 5D, since a relatively large amount of copper diffused, the interface between the copper and the intermediate layer was weakened, and a part of the active material layer was peeled off. On the other hand, the batteries 5A to 5C exhibited good cycle characteristics.

表9が示すように、負極5Aは、反り量が大きかった。これは、熱処理温度が低く、残留応力が除去されていないためと考えられる。負極5Dの反り量が最も大きい値となっているが、これは熱処理温度が高く、銅基板が軟化して、不必要に伸びたことが要因と考えられる。以上の結果から、熱処理温度は、300℃以上、700℃以下が適切である。   As Table 9 shows, the negative electrode 5A had a large amount of warpage. This is presumably because the heat treatment temperature is low and the residual stress is not removed. The amount of warpage of the negative electrode 5D is the largest value, which is considered to be caused by the fact that the heat treatment temperature is high, the copper substrate is softened and unnecessarily stretched. From the above results, the heat treatment temperature is suitably 300 ° C. or higher and 700 ° C. or lower.

参考例6》
集電体の構成元素の拡散を抑制するのに適した中間層の厚みについて検討した。
中間層は、電子ビームのエミッションを変化させ、酸素流量を変化させ、蒸着時間を変化させて、成膜した。活物質層は、銅が拡散しやすいように、シリコンからなる層を形成した。これらの条件以外、参考例1と同様にして負極6A〜6Dを作製した。活物質層には参考例1と同様にリチウムを蒸着した。
<< Reference Example 6 >>
The thickness of the intermediate layer suitable for suppressing the diffusion of the constituent elements of the current collector was investigated.
The intermediate layer was formed by changing the electron beam emission, changing the oxygen flow rate, and changing the deposition time. As the active material layer, a layer made of silicon was formed so that copper was easily diffused. Except for these conditions, negative electrodes 6A to 6D were produced in the same manner as in Reference Example 1. Lithium was deposited on the active material layer in the same manner as in Reference Example 1.

〈i〉負極6A
中間層の形成において、電子ビームのエミッションを100mAとし、酸素流量を5sccmとし、蒸着時間を10秒に設定して成膜した。活物質層は、酸素を導入せずに成膜した。中間層および活物質層の成膜中の基板(集電体)温度は、それぞれ200℃であった。それ以外の条件は、参考例1と同様にして、負極を作製した。得られた負極を、管状炉に設置した石英のパイプに収容し、アルゴンを1000sccmの流量で流しながら、500℃で、10分間、熱処理を行った。こうして得られた負極を負極6Aと称する。負極6Aを用いて、参考例1と同様にして、試験電池6Aを作製した。
<I> Negative electrode 6A
In forming the intermediate layer, the film was formed by setting the electron beam emission to 100 mA, the oxygen flow rate to 5 sccm, and the deposition time to 10 seconds. The active material layer was formed without introducing oxygen. The substrate (current collector) temperature during the formation of the intermediate layer and the active material layer was 200 ° C., respectively. Other conditions were the same as in Reference Example 1 to produce a negative electrode. The obtained negative electrode was accommodated in a quartz pipe installed in a tubular furnace, and heat-treated at 500 ° C. for 10 minutes while flowing argon at a flow rate of 1000 sccm. The negative electrode thus obtained is referred to as negative electrode 6A. A test battery 6A was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 6A.

〈ii〉負極6B
中間層の形成において、電子ビームのエミッションを100mAとし、酸素流量を5sccmとし、蒸着時間を20秒に設定して成膜した。中間層を形成するときの集電体の温度は200℃であった。活物質層は、酸素を導入せずに成膜した。それ以外の条件は、参考例1と同様にして、負極を作製した。得られた負極を、管状炉に設置した石英のパイプに収容し、アルゴンを1000sccmの流量で流しながら、500℃で、10分間熱処理を行った。こうして得られた負極を負極6Bと称する。負極6Bを用いて、参考例1と同様にして、試験電池6Bを作製した。
<Ii> Negative electrode 6B
In the formation of the intermediate layer, the film was formed with an electron beam emission of 100 mA, an oxygen flow rate of 5 sccm, and a deposition time of 20 seconds. The temperature of the current collector when forming the intermediate layer was 200 ° C. The active material layer was formed without introducing oxygen. Other conditions were the same as in Reference Example 1 to produce a negative electrode. The obtained negative electrode was accommodated in a quartz pipe installed in a tubular furnace, and heat-treated at 500 ° C. for 10 minutes while flowing argon at a flow rate of 1000 sccm. The negative electrode thus obtained is referred to as negative electrode 6B. A test battery 6B was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 6B.

〈iii〉負極6C
中間層の形成において、電子ビームのエミッションを100mAとし、酸素流量を5sccmとし、蒸着時間を100秒に設定して成膜した。中間層を形成するときの集電体の温度は200℃であった。活物質層は、酸素を導入せずに成膜した。それ以外の条件は、参考例1と同様にして、負極を作製した。得られた負極を、管状炉に設置した石英のパイプに収容し、アルゴンを1000sccmの流量で流しながら、500℃で、10分間熱処理を行った。こうして得られた負極を負極6Cと称する。負極6Cを用いて、参考例1と同様にして、試験電池6Cを作製した。
負極6A〜6Cの物性について表11にまとめる。
<Iii> Negative electrode 6C
In the formation of the intermediate layer, the film was formed with an electron beam emission of 100 mA, an oxygen flow rate of 5 sccm, and a deposition time of 100 seconds. The temperature of the current collector when forming the intermediate layer was 200 ° C. The active material layer was formed without introducing oxygen. Other conditions were the same as in Reference Example 1 to produce a negative electrode. The obtained negative electrode was accommodated in a quartz pipe installed in a tubular furnace, and heat-treated at 500 ° C. for 10 minutes while flowing argon at a flow rate of 1000 sccm. The negative electrode thus obtained is referred to as negative electrode 6C. A test battery 6C was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 6C.
Table 11 summarizes the physical properties of the negative electrodes 6A to 6C.

表11が示すように、負極6Aは、負極6B〜6Cと比較して、拡散幅が大きかった。これは、中間層の厚みがやや薄く、集電体の表面全体を覆っていないためと考えられる。負極6B〜6Cは、実施例1と同等の拡散幅であった。これらの結果は、中間層の厚みは100nm以上が好ましいことを示している。ただし、中間層の厚みが100nm未満であっても、集電体の表面の平坦性が高い場合や、緻密な中間層を形成する場合には、銅の拡散は抑制される。   As Table 11 shows, the negative electrode 6A had a larger diffusion width than the negative electrodes 6B to 6C. This is presumably because the intermediate layer is somewhat thin and does not cover the entire surface of the current collector. The negative electrodes 6B to 6C had a diffusion width equivalent to that in Example 1. These results indicate that the thickness of the intermediate layer is preferably 100 nm or more. However, even if the thickness of the intermediate layer is less than 100 nm, the diffusion of copper is suppressed when the flatness of the surface of the current collector is high or when a dense intermediate layer is formed.

《実施例7》
種々の活物質について検討した。活物質層には参考例1と同様にリチウムを蒸着した。〈i〉負極7A
負極活物質の形成において、ターゲット45を二分し、一方に(株)高純度化学研究所製のSi粒状物を用い、他方に(株)高純度化学研究所製のTi粒状物を用いた。酸素の流量を0sccmに設定し、電子ビームのエミッションを300mAに設定した。電子ビームをSi粒状物とTi粒状物に交互に照射し、別々に溶解させながら7分間の蒸着を行った。それ以外、参考例1と同様にして、負極7Aを作製した。得られた活物質層を蛍光X線分光法により定量した結果、活物質(合金)の組成はSiTi0.2であった。負極7Aを用いて、参考例1と同様にして、試験電池7Aを作製した。活物質層の成膜中の基板(集電体)温度は300℃であった。
Example 7
Various active materials were examined. Lithium was deposited on the active material layer in the same manner as in Reference Example 1. <I> Negative electrode 7A
In the formation of the negative electrode active material, the target 45 was divided into two, one side using Si granular material manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd. and the other using Ti granular material manufactured by Kojundo Chemical Laboratory. The flow rate of oxygen was set to 0 sccm, and the electron beam emission was set to 300 mA. The electron beam was alternately irradiated onto the Si granular material and the Ti granular material, and vapor deposition was performed for 7 minutes while being separately dissolved. Otherwise, the negative electrode 7A was produced in the same manner as in Reference Example 1. As a result of quantifying the obtained active material layer by fluorescent X-ray spectroscopy, the composition of the active material (alloy) was SiTi 0.2 . A test battery 7A was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 7A. The substrate (current collector) temperature during the formation of the active material layer was 300 ° C.

〈ii〉負極7B
負極活物質の形成において、ターゲット45に(株)高純度化学研究所製のシリコン結晶を用い、酸素の代わりに窒素をチャンバー内に導入し、ターゲット45に照射される電子ビームの加速電圧を−8kVとし、エミッションを300mAに設定し、蒸着時間を7分に設定して蒸着したこと以外、参考例1と同様にして、負極7Bを作製した。活物質層の成膜中の基板(集電体)温度は300℃であった。
窒素ガスには、純度99.7%の窒素ガス(日本酸素(株)製)を用い、窒素の流量は20sccmに設定した。また、ノズル43付近には、EB照射装置を設置して、加速電圧−4kV、エミッション20mAに設定して、窒素ガスをプラズマ化した。
得られた活物質層を蛍光X線分光法により定量した結果、活物質(シリコンと窒素とを含む化合物)の組成はSiN0.2であった。
負極7Bを用いて、参考例1と同様にして、試験電池7Bを作製した。
負極7A、7Bの物性について表12にまとめる。
<Ii> Negative electrode 7B
In the formation of the negative electrode active material, a silicon crystal manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd. was used as the target 45, nitrogen was introduced into the chamber instead of oxygen, and the acceleration voltage of the electron beam irradiated onto the target 45 was − A negative electrode 7B was produced in the same manner as in Reference Example 1, except that the deposition was performed at 8 kV, the emission was set at 300 mA, and the deposition time was set at 7 minutes. The substrate (current collector) temperature during the formation of the active material layer was 300 ° C.
Nitrogen gas with a purity of 99.7% (manufactured by Nippon Oxygen Co., Ltd.) was used as the nitrogen gas, and the flow rate of nitrogen was set to 20 sccm. Further, an EB irradiation device was installed in the vicinity of the nozzle 43, and the acceleration voltage was set to −4 kV and the emission was set to 20 mA to convert the nitrogen gas into plasma.
As a result of quantifying the obtained active material layer by fluorescent X-ray spectroscopy, the composition of the active material (compound containing silicon and nitrogen) was SiN 0.2 .
A test battery 7B was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 7B.
The physical properties of the negative electrodes 7A and 7B are summarized in Table 12.

電池7A〜7Bについて、容量維持率を上記と同様にして測定した。100サイクル後の負極7A〜7Bを上記と同様に観察した。結果を表13に示す。   For the batteries 7A to 7B, the capacity retention rate was measured in the same manner as described above. The negative electrodes 7A to 7B after 100 cycles were observed in the same manner as described above. The results are shown in Table 13.

表13が示すように、電池7A〜7Bは、良好なサイクル特性を示した。中間層の作用により、銅の拡散が抑制され、銅箔と中間層との界面は脆弱化しなかったものと考えられる。電池7Aの結果から、シリコンとチタンとを含む合金を活物質に用いても、本発明の効果が得られることが判明した。電池7Bの結果から、シリコンと窒素とを含む化合物を活物質に用いても、本発明の効果が得られることが判明した。   As Table 13 shows, the batteries 7A to 7B exhibited good cycle characteristics. It is considered that the diffusion of copper was suppressed by the action of the intermediate layer, and the interface between the copper foil and the intermediate layer was not weakened. From the result of the battery 7A, it was found that the effect of the present invention can be obtained even when an alloy containing silicon and titanium is used as the active material. From the result of the battery 7B, it was found that the effect of the present invention can be obtained even when a compound containing silicon and nitrogen is used as the active material.

参考例8》
粗面化した銅箔の表面に、複数の柱状粒子を含む中間層および活物質層を成膜した。柱状粒子は、集電体の表面の法線方向に対して傾斜させた。活物質層には参考例1と同様にリチウムを蒸着した。
<< Reference Example 8 >>
An intermediate layer and an active material layer including a plurality of columnar particles were formed on the surface of the roughened copper foil. The columnar particles were inclined with respect to the normal direction of the surface of the current collector. Lithium was deposited on the active material layer in the same manner as in Reference Example 1.

〈i〉負極8A
厚み12μm、表面粗さRzが10μmである電解銅箔(古河サーキットフォイル(株)製)を、40mm×40mmのサイズに裁断し、集電体として用いた。中間層の形成において、固定台42と水平面との成す角αを63°に設定し、酸素流量を30sccmに設定し、蒸着時間を30秒に設定して蒸着した。活物質層の形成において、固定台42と水平面の成す角αを63°に設定し、酸素流量を15sccmに設定し、蒸着時間を8分に設定して蒸着した。これらの条件以外、参考例1と同様にして、負極8Aを作製した。中間層および活物質層の成膜中の基板(集電体)温度は、それぞれ320℃であった。
負極8Aを用いて、参考例1と同様にして、試験電池8Aを作製した。
負極8Aの物性を表14にまとめる。
<I> Negative electrode 8A
An electrolytic copper foil (manufactured by Furukawa Circuit Foil Co., Ltd.) having a thickness of 12 μm and a surface roughness Rz of 10 μm was cut into a size of 40 mm × 40 mm and used as a current collector. In the formation of the intermediate layer, the angle α formed by the fixing base 42 and the horizontal plane was set to 63 °, the oxygen flow rate was set to 30 sccm, and the deposition time was set to 30 seconds. In the formation of the active material layer, the angle α formed by the fixing base 42 and the horizontal plane was set to 63 °, the oxygen flow rate was set to 15 sccm, and the deposition time was set to 8 minutes. A negative electrode 8A was produced in the same manner as in Reference Example 1 except for these conditions. The substrate (current collector) temperature during the formation of the intermediate layer and the active material layer was 320 ° C., respectively.
A test battery 8A was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the negative electrode 8A.
Table 14 summarizes the physical properties of the negative electrode 8A.

負極8Aにおいて、中間層および活物質層は、斜め方向に成長した柱状粒子で構成されている。電池8Aについて、容量維持率を上記と同様にして測定した。100サイクル後の負極8Aを上記と同様に観察した。結果を表15に示す。   In the negative electrode 8A, the intermediate layer and the active material layer are composed of columnar particles grown in an oblique direction. For the battery 8A, the capacity retention rate was measured in the same manner as described above. The negative electrode 8A after 100 cycles was observed in the same manner as described above. The results are shown in Table 15.

表15が示すように、電池8Aはサイクル特性が良好であった。このように、中間層および活物質層が、一様な膜ではなく、複数の柱状粒子からなる場合でも、本発明の効果が得られることが判明した。   As Table 15 shows, the battery 8A had good cycle characteristics. Thus, it has been found that the effects of the present invention can be obtained even when the intermediate layer and the active material layer are not uniform films but are composed of a plurality of columnar particles.

《実験例1》
負極1Aについて、銅の拡散幅および銅が拡散した領域のより詳細な分析を行った。
具体的には、負極1Aの中間層と銅箔との界面に対して、透過電子顕微鏡(TEM)、X線マイクロアナライザ(EPMA)および電子線回折による分析を行った。TEM観察用のサンプルには、10μm×10μm×0.1μmのサイズに加工した負極1Aを用いた。TEM分析およびEPMA分析には、日本電子(株)製のJEM−4000EXを用い、加速電圧は400kVに設定した。
Example 1
For the negative electrode 1A, a more detailed analysis of the copper diffusion width and the copper diffusion region was performed.
Specifically, analysis by transmission electron microscope (TEM), X-ray microanalyzer (EPMA) and electron diffraction was performed on the interface between the intermediate layer of negative electrode 1A and the copper foil. A negative electrode 1A processed to a size of 10 μm × 10 μm × 0.1 μm was used as a sample for TEM observation. For TEM analysis and EPMA analysis, JEM-4000EX manufactured by JEOL Ltd. was used, and the acceleration voltage was set to 400 kV.

図7Aは、負極1Aに含まれる銅箔と中間層との界面を観察したTEM写真である。図7Aにおいて、明部は中間層であり、暗部は銅箔である。明部と暗部との境界が界面であり、中間層と銅箔とが、明確に分離されていることがわかる。
図7Bは、図7Aに示した線に沿って測定した元素分析結果を示す。銅の元素比率から求めた銅の拡散幅は約10nmであった。
FIG. 7A is a TEM photograph observing the interface between the copper foil and the intermediate layer included in the negative electrode 1A. In FIG. 7A, the bright part is an intermediate layer and the dark part is a copper foil. It can be seen that the boundary between the bright part and the dark part is the interface, and the intermediate layer and the copper foil are clearly separated.
FIG. 7B shows the result of elemental analysis measured along the line shown in FIG. 7A. The copper diffusion width determined from the copper element ratio was about 10 nm.

図7Cは、図7Aに示した円で囲まれた領域において、電子線回折分析を行った結果を示す。X線回折の標準データ(JCPDS)から、図中のスポットは、銅の値と一致した。これらのスポット以外の回折スポットはみられず、中間層であるSiO0.6に帰属される回折スポットはみられなかった。これはSiO0.6が非晶質であるためと考えられる。 FIG. 7C shows the result of electron beam diffraction analysis in the region surrounded by the circle shown in FIG. 7A. From the X-ray diffraction standard data (JCPDS), the spots in the figure agreed with the copper values. No diffraction spots other than these spots were observed, and no diffraction spots attributed to SiO 0.6 as the intermediate layer were observed. This is presumably because SiO 0.6 is amorphous.

以上の測定結果から、銅の拡散幅は10nm以下であることがわかった。また、銅と中間層との界面には、中間層に含まれる元素と銅との合金は形成されていないと考えられる。なお、TEMではESCAよりも微小領域における解析が可能であるため、ESCA分析とTEM分析とでは、銅の拡散幅の値が異なっていた。これは、ESCA分析で得られる銅の拡散幅が、アルゴンスパッタに起因する誤差と、集電体表面の凹凸に起因する誤差とを含んでいるためと考えられる。   From the above measurement results, it was found that the copper diffusion width was 10 nm or less. Moreover, it is thought that the alloy of the element contained in an intermediate | middle layer and copper is not formed in the interface of copper and an intermediate | middle layer. In addition, since analysis in a micro area | region is possible in TEM rather than ESCA, the value of the copper diffusion width was different in ESCA analysis and TEM analysis. This is presumably because the copper diffusion width obtained by ESCA analysis includes an error due to argon sputtering and an error due to irregularities on the current collector surface.

《比較例2》
以下の要領で、負極9Aを作製し、実験例1と同様に、銅の拡散幅の測定および銅が拡散した領域の詳細な解析を行った。
参考例1と同じ銅箔上に、中間層としてSi薄膜を、RFマグネトロンスパッタ装置を用いて形成した。ターゲットには、直径4インチ、厚み5mmのシリコン単体を用いた。真空チャンバー内に、アルゴンガスを100sccmの流量で導入して、チャンバー内の圧力を20mTorrに調整した。高周波電源の出力を100Wに設定して、3分間のスパッタリングを行った。得られた中間層(Si薄膜)の厚みは50nmであった。基板温度は150℃であった。
<< Comparative Example 2 >>
The negative electrode 9A was produced in the following manner, and the diffusion width of copper and the detailed analysis of the region where copper was diffused were performed in the same manner as in Experimental Example 1.
On the same copper foil as in Reference Example 1, an Si thin film was formed as an intermediate layer using an RF magnetron sputtering apparatus. As a target, a silicon simple substance having a diameter of 4 inches and a thickness of 5 mm was used. Argon gas was introduced into the vacuum chamber at a flow rate of 100 sccm, and the pressure in the chamber was adjusted to 20 mTorr. The output of the high frequency power source was set to 100 W, and sputtering was performed for 3 minutes. The thickness of the obtained intermediate layer (Si thin film) was 50 nm. The substrate temperature was 150 ° C.

参考例1と同じ蒸着装置を用いて、中間層上に活物質を蒸着した。
Si薄膜を有する銅箔を、固定台42に固定し、固定台と水平面とが成す角αを0°にして、銅箔を水平に設置した。シリコン単体のターゲット45に照射され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。酸素流量を40sccm、蒸着時間を90秒として、負極活物質層12cを形成した。こうして得られた負極を負極9Aとした。
Using the same vapor deposition apparatus as in Reference Example 1, an active material was deposited on the intermediate layer.
The copper foil having the Si thin film was fixed to the fixing base 42, the angle α formed by the fixing base and the horizontal plane was set to 0 °, and the copper foil was installed horizontally. The acceleration voltage of the electron beam applied to the silicon target 45 was -8 kV, and the emission was set to 500 mA. The negative electrode active material layer 12c was formed with an oxygen flow rate of 40 sccm and a vapor deposition time of 90 seconds. The negative electrode thus obtained was designated as negative electrode 9A.

図8Aは、負極9Aに含まれる銅箔と中間層との界面を観察したTEM写真である。図8Aにおいて、明部は中間層であり、中間層と銅箔との間に、そのどちらとも異なるA層とB層とが存在していることが判明した。
図8Bは、図8Aに示した線に沿って測定した元素分析結果を示す。図8Bに示すEPMAによる測定の結果から、A層およびB層は、銅とSiとで形成されていることが分かった。A層は、銅が中間層(Si薄膜)に拡散した層であり、B層は中間層のSiが銅箔に拡散した層であると考えられる。
FIG. 8A is a TEM photograph observing the interface between the copper foil and the intermediate layer included in the negative electrode 9A. In FIG. 8A, the bright portion is an intermediate layer, and it has been found that an A layer and a B layer different from each other exist between the intermediate layer and the copper foil.
FIG. 8B shows the elemental analysis results measured along the line shown in FIG. 8A. From the result of measurement by EPMA shown in FIG. 8B, it was found that the A layer and the B layer were formed of copper and Si. The A layer is a layer in which copper is diffused into the intermediate layer (Si thin film), and the B layer is a layer in which the Si in the intermediate layer is diffused into the copper foil.

図8Cは、図8Aに示した円で囲まれた領域において、電子線回折分析を行った結果を示す。X線回折の標準データ(JCPDS)から、図中の3つのスポットは、Cu3Siの値と一致した。よって、A層およびB層は、少なくともCu3Siを含む層であることが判明した。また、SiO0.3には銅が拡散していないことが分かった。
以上の結果から、Si薄膜と銅箔とが接する場合、銅箔からSi薄膜に銅が拡散しやすく、またSi薄膜から銅箔にSiが拡散しやすいことが分かった。また、このような拡散により形成された層には、Cu3Siなどの合金が存在することが判明した。
FIG. 8C shows the result of electron beam diffraction analysis performed in the region surrounded by the circle shown in FIG. 8A. From the standard data of X-ray diffraction (JCPDS), the three spots in the figure agreed with the value of Cu 3 Si. Therefore, it was found that the A layer and the B layer are layers containing at least Cu 3 Si. It was also found that copper was not diffused in SiO 0.3 .
From the above results, it was found that when the Si thin film and the copper foil are in contact, copper is easily diffused from the copper foil to the Si thin film, and Si is easily diffused from the Si thin film to the copper foil. It was also found that an alloy such as Cu 3 Si exists in the layer formed by such diffusion.

《実施例
複数の柱状部を含む柱状粒子を有する活物質層について検討した。活物質層には参考例1と同様にリチウムを蒸着した。
〈i〉負極10A
参考例8と同様に中間層を形成した銅箔を固定台42に設置した。固定台42は、水平面との角度αが60°を成すように傾斜させた。シリコン単体のターゲット45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。酸素流量は80sccmに設定した。この状態で1分間の蒸着を行い、一段目の粒層を形成した。
次に、固定台42を水平面との角度が120°(180°−α)を成すように傾斜させ、酸素流量を67sccmに設定したこと以外、上記と同じ条件で、一段目の粒層上に、二段目の粒層を形成した。その後、固定台の角度αを60°または120°に交互に変えて、上記の操作を繰り返し、図4に示すような八段の粒層の積層体を含む負極活物質層を形成した。
活物質層を上記のように形成したこと以外、参考例1と同様にして、負極10Aを作製した。活物質層の厚み(粒層の合計厚み)は16μmであった。
Example 1
An active material layer having columnar particles including a plurality of columnar portions was studied. Lithium was deposited on the active material layer in the same manner as in Reference Example 1.
<I> Negative electrode 10A
A copper foil having an intermediate layer formed thereon was placed on the fixed base 42 as in Reference Example 8. The fixed base 42 was inclined so that the angle α with the horizontal plane was 60 °. The acceleration voltage of the electron beam applied to the silicon target 45 was -8 kV, and the emission was set to 500 mA. The oxygen flow rate was set at 80 sccm. In this state, vapor deposition was performed for 1 minute to form a first grain layer.
Next, the fixing base 42 is inclined so that the angle with the horizontal plane forms 120 ° (180 ° −α), and the oxygen flow rate is set to 67 sccm. Then, a second stage grain layer was formed. Thereafter, the angle α of the fixing base was alternately changed to 60 ° or 120 °, and the above operation was repeated to form a negative electrode active material layer including a laminate of eight-stage grain layers as shown in FIG.
A negative electrode 10A was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the active material layer was formed as described above. The thickness of the active material layer (total thickness of the particle layers) was 16 μm.

負極10Aを用いて、実施例1と同様にして、試験電池10Aを作製した。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、シリコンと酸素とを含む化合物の組成はSiO0.5であった。負極10Aの物性を表16に示す。 A test battery 10A was produced in the same manner as in Example 1 using the negative electrode 10A. 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 the compound containing silicon and oxygen was SiO 0.5 . Table 16 shows the physical properties of the negative electrode 10A.

電池10Aについて、容量維持率を上記と同様にして測定した。100サイクル後の負極10Aを上記と同様に観察した。結果を表17に示す。   For the battery 10A, the capacity retention rate was measured in the same manner as described above. The negative electrode 10A after 100 cycles was observed in the same manner as described above. The results are shown in Table 17.

上記のように、それぞれ異なる方向に傾斜した複数の粒層の積層体を含む柱状粒子を形成した場合にも、参考例8と同様にしわの発生が抑制され、優れたサイクル特性が得られた。柱状粒子が複数の粒層を含むことで、柱状粒子の周りに空間を形成することができ、活物質の膨張による応力を緩和することができたと考えられる。また、隣接する柱状粒子同士の衝突を抑制することができたため、優れたサイクル特性が得られたと考えられる。また、上記の形成方法を用いることで、見かけ上、集電体の法線方向と平行な柱状粒子が得られる。このような柱状粒子は、傾斜した柱状粒子よりも、膨張時に発生する界面の応力を抑制することができる。よって、活物質層の厚みが厚くてもしわの発生が抑制されたと考えられる。 As described above, even when columnar particles including a laminate of a plurality of particle layers inclined in different directions were formed, generation of wrinkles was suppressed as in Reference Example 8, and excellent cycle characteristics were obtained. . It is considered that because the columnar particles include a plurality of particle layers, a space can be formed around the columnar particles, and stress due to expansion of the active material can be relieved. Moreover, since it was possible to suppress collision between adjacent columnar particles, it is considered that excellent cycle characteristics were obtained. Further, by using the above-described forming method, columnar particles apparently parallel to the normal direction of the current collector can be obtained. Such columnar particles can suppress the interface stress generated during expansion more than the inclined columnar particles. Therefore, it is considered that the generation of wrinkles was suppressed even when the active material layer was thick.

本発明は、様々な形態のリチウムイオン二次電池に適用することができるが、特に、高容量と良好なサイクル特性が要求されるリチウムイオン二次電池において有用である。本発明を適用可能なリチウムイオン二次電池の形状は、特に限定されず、例えばコイン型、ボタン型、シート型、円筒型、偏平型、角型などの何れの形状でもよい。正極、負極およびセパレータからなる極板群の形態は、捲回型でも積層型でもよい。電池の大きさは、小型携帯機器などに用いる小型でも電気自動車等に用いる大型でもよい。本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば携帯情報端末、携帯電子機器、家庭用小型電力貯蔵装置、自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の電源に用いることができるが、用途は特に限定されない。   The present invention can be applied to various forms of lithium ion secondary batteries, and is particularly useful in lithium ion secondary batteries that require high capacity and good cycle characteristics. The shape of the lithium ion secondary battery to which the present invention is applicable is not particularly limited, and may be any shape such as a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylindrical shape, a flat shape, and a square shape. The form of the electrode plate group composed of the positive electrode, the negative electrode, and the separator may be a wound type or a laminated type. The size of the battery may be small for a small portable device or large for an electric vehicle. The lithium ion secondary battery of the present invention can be used for a power source of, for example, a portable information terminal, a portable electronic device, a small electric power storage device for home use, a motorcycle, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, etc., but the application is not particularly limited. .

積層型リチウムイオン二次電池の一例の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of an example of a laminated type lithium ion secondary battery. 本発明のリチウムイオン二次電池用負極の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the negative electrode for lithium ion secondary batteries of this invention. 本発明のリチウムイオン二次電池用負極の活物質層の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the active material layer of the negative electrode for lithium ion secondary batteries of this invention. 集電体の表面の法線方向に対して傾斜した複数の柱状部の積層体を含む柱状粒子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the columnar particle | grains containing the laminated body of the some columnar part inclined with respect to the normal line direction of the surface of an electrical power collector. 本発明のリチウムイオン二次電池用負極の製造装置の一例の概略図である。It is the schematic of an example of the manufacturing apparatus of the negative electrode for lithium ion secondary batteries of this invention. 本発明の実施例に係るリチウムイオン二次電池用負極をX線光電子分光法で分析した結果である。It is the result of having analyzed the negative electrode for lithium ion secondary batteries which concerns on the Example of this invention by the X ray photoelectron spectroscopy. 本発明の比較例に係るリチウムイオン二次電池用負極をX線光電子分光法で分析した結果である。It is the result of having analyzed the negative electrode for lithium ion secondary batteries which concerns on the comparative example of this invention by the X-ray photoelectron spectroscopy. 本発明の実施例1に係る銅箔と中間層との界面のTEM写真である。It is a TEM photograph of the interface of the copper foil which concerns on Example 1 of this invention, and an intermediate | middle layer. 図7A中の線に沿って測定した元素分析結果である。It is the elemental analysis result measured along the line in FIG. 7A. 図7A中の円で囲まれた領域の電子線回折像である。It is an electron beam diffraction image of the area | region enclosed with the circle | round | yen in FIG. 7A. 本発明の比較例2に係る銅箔と中間層との界面のTEM写真である。It is a TEM photograph of the interface of the copper foil which concerns on the comparative example 2 of this invention, and an intermediate | middle layer. 図8A中の線に沿って測定した元素分析結果である。It is the elemental analysis result measured along the line in FIG. 8A. 図8A中の円で囲まれた領域の電子線回折像である。It is an electron beam diffraction image of the area | region enclosed with the circle | round | yen in FIG. 8A.

符号の説明Explanation of symbols

10 電池
11 正極
11a 正極集電体
11b 正極活物質層
12 負極
12a 負極集電体
12b 負極中間層
12c 負極活物質層
13 セパレータ
14 外装ケース
30 柱状粒子
31 上部柱状粒子
32 下部柱状粒子
40 蒸着装置
41 チャンバー
42 固定台
43 ノズル
44 配管
45 ターゲット
101〜108 柱状部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Battery 11 Positive electrode 11a Positive electrode collector 11b Positive electrode active material layer 12 Negative electrode 12a Negative electrode collector 12b Negative electrode intermediate layer 12c Negative electrode active material layer 13 Separator 14 Outer case 30 Columnar particle 31 Upper columnar particle 32 Lower columnar particle 40 Deposition apparatus 41 Chamber 42 Fixed base 43 Nozzle 44 Piping 45 Target 101-108 Columnar part

Claims (16)

集電体と、前記集電体の表面に形成された中間層と、前記中間層の延長に形成された活物質層とを含み、
前記集電体は、シリコンと合金を形成可能な金属を含み、
前記活物質層は、シリコンを含む活物質を含み、
前記中間層は、シリコンと酸素とを含み、
前記中間層は、前記シリコンと合金を形成可能な金属が、前記活物質層中に拡散するのを抑制しており、
前記活物質層において、前記活物質が、複数の柱状粒子を形成しており、
前記柱状粒子が、前記集電体の表面の法線方向に対して傾斜して成長した複数の粒層の積層体を含む、リチウムイオン二次電池用負極。
A current collector, an intermediate layer formed on the surface of the current collector, and an active material layer formed as an extension of the intermediate layer,
The current collector includes a metal capable of forming an alloy with silicon,
The active material layer includes an active material containing silicon,
The intermediate layer includes silicon and oxygen,
The intermediate layer suppresses diffusion of a metal capable of forming an alloy with the silicon into the active material layer ,
In the active material layer, the active material forms a plurality of columnar particles,
The negative electrode for a lithium ion secondary battery , wherein the columnar particles include a laminate of a plurality of grain layers grown with an inclination with respect to the normal direction of the surface of the current collector .
前記中間層がSiOx(0.1≦x<2)を含む、請求項1記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the intermediate layer contains SiO x (0.1 ≦ x <2). 前記活物質層が、更に、酸素、窒素またはチタンを含む、請求項1または2記載のリチウムイオン二次電池用負極。   The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the active material layer further contains oxygen, nitrogen, or titanium. 前記シリコンと合金を形成可能な金属が、銅またはニッケルである、請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極。   The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal capable of forming an alloy with silicon is copper or nickel. 前記シリコンと合金を形成可能な金属が前記中間層に拡散して混合層を形成しており、前記混合層の厚みが1μm以下である、請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極。   The metal capable of forming an alloy with silicon diffuses into the intermediate layer to form a mixed layer, and the thickness of the mixed layer is 1 μm or less. Negative electrode for secondary battery. 前記柱状粒子が、前記集電体の表面の法線方向に対して傾斜している、請求項1〜のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The columnar particles are inclined relative to the direction normal to the surface of the current collector, the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1-5. 前記複数の粒層が、それぞれ異なる方向に成長している、請求項記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The plurality of grain layers are grown in different directions, the negative electrode for a lithium ion secondary battery of claim 1, wherein. 前記活物質層の厚みが、0.1μm〜100μmである、請求項1〜のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The active thickness of the material layer is approximately 0.1-100 [mu] m, the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1-7. 前記集電体の厚みが、1μm〜50μmである、請求項1〜のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The thickness of the current collector is a 1 m to 50 m, a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1-8. 前記集電体の前記中間層を担持する表面の表面粗さRzが、0.1μm〜100μmである、請求項1〜のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 9 , wherein a surface roughness Rz of the current collector carrying the intermediate layer is 0.1 µm to 100 µm. 前記集電体の前記中間層を担持する表面が、規則的なパターンで形成された凹凸を有する、請求項1〜10のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極。 Wherein the current collector surface carrying the intermediate layer has irregularities formed in a regular pattern, the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1-10. 前記混合層が、クロム、炭素および水素よりなる群から選択される少なくとも1種の元素Xと、銅とを含み、前記元素Xの含有量が、前記混合層中の銅に対して10モル%以下である、請求項5記載のリチウムイオン二次電池用負極。   The mixed layer includes at least one element X selected from the group consisting of chromium, carbon, and hydrogen and copper, and the content of the element X is 10 mol% with respect to copper in the mixed layer. The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 5, wherein: 前記活物質層にリチウムを蒸着させることにより、前記活物質とリチウムとを反応させた、請求項1〜12のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The active material layer by depositing lithium on the active material and lithium were reacted, according to claim 1 to 12 negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of. 前記中間層が、SiOThe intermediate layer is made of SiO. x1x1 (0.1≦x1<2)を含み、(0.1 ≦ x1 <2),
前記活物質層が、SiO  The active material layer is made of SiO. x2x2 (0.01≦x2≦1)を含み、(0.01 ≦ x2 ≦ 1),
1<x1/x2≦10である、請求項1〜13のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極。The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein 1 <x1 / x2 ≦ 10.
2≦x1/x2≦10である、請求項14記載のリチウムイオン二次電池用負極。The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 14, wherein 2 ≦ x1 / x2 ≦ 10. 正極、請求項1〜15のいずれかに記載の負極、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータ、および電解質を具備する、リチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode according to any one of claims 1 to 15, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte.
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