JP6057208B2 - Electroplating solution, method for producing active material for lithium secondary battery, and lithium secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンを含有するリチウム二次電池用活物質を製造するための電気めっき液、前記電気めっき液を用いるリチウム二次電池用活物質の製造方法、及び前記活物質用いて製造された負極を具備するリチウム二次電池に関する。 The present invention is produced using an electroplating solution for producing an active material for lithium secondary battery containing silicon, a method for producing an active material for lithium secondary battery using the electroplating solution, and the active material. The present invention relates to a lithium secondary battery including a negative electrode.
携帯電子機器等の電源としてリチウム二次電池が用いられている。一般的なリチウム二次電池では、負極の活物質として、黒鉛を代表とする炭素材料が用いられている。しかし、黒鉛からなる活物質では、リチウムがLiC6の組成までしか挿入できず、理論エネルギー容量は372mAh/gである。 A lithium secondary battery is used as a power source for portable electronic devices and the like. In a general lithium secondary battery, a carbon material typified by graphite is used as the negative electrode active material. However, in the active material made of graphite, lithium can be inserted only up to the composition of LiC 6 and the theoretical energy capacity is 372 mAh / g.
シリコンを活物質とすると、負極活物質あたりの理論エネルギー容量が4200mAh/gとなり、大容量のリチウム電池が実現可能とされている。 When silicon is used as the active material, the theoretical energy capacity per negative electrode active material is 4200 mAh / g, and a large-capacity lithium battery can be realized.
しかし、シリコンを活物質とする負極は、充放電するときに大きな体積変化を伴う。このため、活物質の脱落等が発生し、充放電を繰り返すと容量が低下するという問題があった。このため、活物質の第三金属との合金化、カーボン材料とのコンポジット化、薄膜化、多孔質化及び集電体の粗面化等が検討されている。 However, a negative electrode using silicon as an active material is accompanied by a large volume change when charging and discharging. For this reason, there is a problem that the active material is dropped and the capacity is reduced when charging and discharging are repeated. For this reason, studies have been made on alloying the active material with a third metal, compositing with a carbon material, making the film thin, making it porous, and roughening the current collector.
発明者らは、特開2012−89267号公報及び特開2012−204195号公報において、シリコンと酸素と炭素とが均一に分散しており、シリコンと酸素の組成比がSiOx(0.1≦X<2)であり、アモルファスかつ準安定相のSi−O−Cからなる活物質を用いることで、充放電による容量変化が小さい電池が提供できることを開示している。この活物質は、シリコンイオン、酸素及び炭素を含有する電解溶液から、電気化学的成膜法により製造される。 In Japanese Patent Laid-Open Nos. 2012-89267 and 2012-204195, the inventors have uniformly dispersed silicon, oxygen, and carbon, and the composition ratio of silicon to oxygen is SiOx (0.1 ≦ X It is <2), and it is disclosed that a battery having a small capacity change due to charge / discharge can be provided by using an amorphous and metastable phase Si—O—C active material. This active material is manufactured from an electrolytic solution containing silicon ions, oxygen, and carbon by an electrochemical film formation method.
しかし、充放電サイクル特性のより良好なリチウム二次電池を、より安定して製造することが求められていた。 However, it has been required to more stably produce a lithium secondary battery having better charge / discharge cycle characteristics.
なお、特開2005―116264号公報には、薄帯上にシリコンを電析することによりリチウム二次電池の負極を製造する方法が開示されている。しかし、明細書には、析出したSiが酸化してSiO或いはSiO2に転化することを防止するように留意することが記載されている。すなわち酸化状態のシリコンを電析する発明は積極的に除外されている。 JP-A-2005-116264 discloses a method for producing a negative electrode of a lithium secondary battery by electrodepositing silicon on a ribbon. However, the specification states that care is taken to prevent the deposited Si from being oxidized and converted to SiO or SiO 2 . That is, the invention for electrodepositing oxidized silicon is positively excluded.
本発明は、良好な充放電サイクル特性を示すリチウム二次電池用活物質を安定して製造できる電気めっき液、前記リチウム二次電池用活物質を安定して製造できるリチウム二次電池用活物質の製造方法、及び、前記活物質用いて製造された負極を具備するリチウム二次電池を提供することを目的とする。 The present invention provides an electroplating solution capable of stably producing an active material for a lithium secondary battery exhibiting good charge / discharge cycle characteristics, and an active material for a lithium secondary battery capable of stably producing the active material for a lithium secondary battery. And a lithium secondary battery including a negative electrode manufactured using the active material.
実施形態の電気めっき液は、シリコンと酸素と10〜70at%の炭素とを含有し、シリコンと酸素の組成比がSiOx(0.1≦X<2.0)であり、アモルファスかつ準安定相のSi−O−Cからなるリチウム二次電池用活物質を電析する電気めっき液であって、シリコンイオンと、電解質イオンと、非水溶媒と、0.001〜10vol%の、フルオロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、およびジプロピルカーボネートから選ばれる1種以上のカーボネート系添加剤と、を含む。 The electroplating solution of the embodiment contains silicon, oxygen, and 10 to 70 at% carbon, the composition ratio of silicon and oxygen is SiOx (0.1 ≦ X <2.0), and is an amorphous and metastable phase. An electroplating solution for electrodepositing an active material for lithium secondary battery comprising Si—O—C, comprising silicon ions, electrolyte ions, nonaqueous solvent, and 0.001 to 10 vol% of fluoroethylene carbonate And one or more carbonate-based additives selected from vinylene carbonate and dipropyl carbonate .
また、別の実施形態のリチウム二次電池用活物質の製造方法は、シリコンと酸素と10〜70at%の炭素とを含有し、シリコンと酸素の組成比がSiOx(0.1≦X<2.0)であり、アモルファスかつ準安定相のSi−O−Cからなるリチウム二次電池用活物質の製造方法であって、シリコンイオンと、電解質イオンと、非水溶媒と、0.001〜10vol%の、フルオロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、およびジプロピルカーボネートから選ばれる1種以上のカーボネート系添加剤と、を含む電気めっき液を用いて電析を行う。 In another embodiment, the method for producing an active material for a lithium secondary battery includes silicon, oxygen, and 10 to 70 at% carbon, and the composition ratio of silicon to oxygen is SiOx (0.1 ≦ X <2 0.0), an amorphous and metastable phase Si—O—C active material production method for a lithium secondary battery, comprising silicon ions, electrolyte ions, non-aqueous solvent, Electrodeposition is performed using an electroplating solution containing 10 vol% of one or more carbonate-based additives selected from fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, and dipropyl carbonate .
また、別の実施形態のリチウム二次電池は、シリコンイオンと、電解質イオンと、非水溶媒と、0.001〜10vol%の、フルオロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、およびジプロピルカーボネートから選ばれる1種以上のカーボネート系添加剤と、を含む電気めっき液を用いて電析を行うことで製造された、シリコンと酸素と10〜70at%の炭素とを含有し、シリコンと酸素の組成比がSiOx(0.1≦X<2.0)であり、アモルファスかつ準安定相のSi−O−Cからなるリチウム二次電池用活物質を用いて製造された負極を具備する。 Moreover, the lithium secondary battery of another embodiment is 1 type chosen from a silicon ion, electrolyte ion, a nonaqueous solvent, 0.001-10 vol% of fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, and dipropyl carbonate. It contains silicon, oxygen, and 10 to 70 at% carbon produced by electrodeposition using an electroplating solution containing the above carbonate-based additive, and the composition ratio of silicon and oxygen is SiOx ( 0.1 ≦ X <2.0), and a negative electrode manufactured using an active material for a lithium secondary battery made of amorphous and metastable Si—O—C.
本発明によれば、良好な充放電サイクル特性を示すリチウム二次電池用活物質を安定して製造できる電気めっき液、前記リチウム二次電池用活物質を安定して製造できるリチウム二次電池用活物質の製造方法、及び、前記活物質用いて製造された負極を具備するリチウム二次電池を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electroplating liquid which can manufacture stably the active material for lithium secondary batteries which shows favorable charging / discharging cycling characteristics, The lithium secondary battery which can manufacture the said active material for lithium secondary batteries stably A method for producing an active material and a lithium secondary battery including a negative electrode produced using the active material can be provided.
以下、本発明の実施形態の電気めっき液30及びリチウム二次電池用活物質の製造方法について説明する。電気めっき液30によれば、シリコンと酸素と10〜70at%の炭素と、を含有し、シリコンと酸素の組成比がSiOx(0.1≦X<2.0)であり、アモルファスかつ準安定相であるリチウム二次電池用活物質を電析できる。なお「〜」は「以上、以下」を示している。
Hereinafter, the manufacturing method of the
発明者らは、特開2012−89267号公報及び特開2012−204195号公報において開示した発明を更に鋭意研究し、電気めっき液30等を発明するに至った。
The inventors have further diligently studied the inventions disclosed in JP 2012-89267 A and JP 2012-204195 A and have invented the
<リチウム二次電池の構成例>
図1に示すように、リチウム電池10は、例えば、集電体11上に形成された活物質12を有する負極13と、正極14と、負極13と正極14との間に配置されて貯留領域17を形成するセパレータ15と、貯留領域17中に充填される電解溶液16と、封止構造部18と、を有する。すなわち、リチウム電池10の基本構成要素は、負極13と、正極14と、電解溶液16と、である。
<Configuration example of lithium secondary battery>
As shown in FIG. 1, the
<リチウム二次電池用負極(活物質)の製造>
図2に示すように、実施形態の活物質12は、電気めっき液30を用いて電析を行うことで製造される。例えば電析装置20は、白金線23を陽極とし、銅箔22を陰極としている。銅箔22は集電体11であり、負極13の一部となる。
<Manufacture of negative electrode (active material) for lithium secondary battery>
As shown in FIG. 2, the
参照電極21としては、Li/Li+(TBAClO4)を用いた。すなわち、以下の説明において電位Vは、(vs. Li/Li+)にて示す。また、TBAは、Tetra Butyl Ammoniumの略号である。
Li / Li + (TBAClO 4 ) was used as the
電気めっき液30は、シリコンイオンと、電解質イオンと、0.001〜10vol%のカーボネート系添加剤と、非水溶媒と、を含む。例えば、電気めっき液30は、0.5M/リットルのSiCl4と、0.5M/リットルのTBAClO4と、1vol(体積)%のフルオロエチレンカーボネート(FEC)と、プロピレンカーボネイト(PC)と、かなる。SiCl4はシリコンイオン供給源であり、TBAClO4は電解質イオン供給源であり、FECはカーボネート系添加剤であり、PCは非水溶媒である。
The
すなわち、非水溶媒としては、ジメトキシエタン(DME)、ジエトキシエタン(DEE)、アセトニトリル、プロピルニトリル、エチルエーテル、ジメチルスルホキシド、又はメチルピロリドン等だけでなく、PC又はエチレンカーボネート(EC)等のカーボネート系溶媒も用いることができる。 That is, as the non-aqueous solvent, not only dimethoxyethane (DME), diethoxyethane (DEE), acetonitrile, propylnitrile, ethyl ether, dimethyl sulfoxide, or methylpyrrolidone but also carbonates such as PC or ethylene carbonate (EC) System solvents can also be used.
カーボネート系溶媒とカーボネート系添加剤とは類似しているが、陰極面への吸着能力に差がある。すなわち、カーボネート系溶媒も、カーボネート系添加剤と同じように、「−O−(C=O)−」構造を有するが、C、H、Oから構成されており、求核性及び求電子性が比較的小さい。これに対して、カーボネート系添加剤は、F等の極性原子による分極又は二重結合等による、求核性及び求電子性がある。 A carbonate-based solvent and a carbonate-based additive are similar, but there is a difference in adsorption ability to the cathode surface. That is, the carbonate-based solvent also has a “—O— (C═O) —” structure like the carbonate-based additive, but is composed of C, H, and O, and is nucleophilic and electrophilic. Is relatively small. On the other hand, the carbonate-based additive has nucleophilicity and electrophilicity due to polarization by a polar atom such as F or double bond.
カーボネート系溶媒も陰極面に吸着し、膜中へのO及びCの共析に寄与する。すなわち、カーボネート系添加剤を添加しない電気めっき液からの製造された活物質も、Si−O−Cからなる場合があるが、所望の組成及び構造の活物質が得られないことがある。 The carbonate solvent is also adsorbed on the cathode surface and contributes to the eutectoid of O and C into the film. That is, an active material produced from an electroplating solution without adding a carbonate-based additive may also be made of Si—O—C, but an active material having a desired composition and structure may not be obtained.
これに対して、カーボネート系添加剤を添加した電気めっき液30を用いることで、安定して所望の組成及び構造の活物質を製造できる。
On the other hand, an active material having a desired composition and structure can be stably produced by using the
カーボネート系溶媒としては、例えば、PC、EC、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等から選ばれる1種以上を用いることができる。 As the carbonate solvent, for example, one or more selected from PC, EC, butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) and the like can be used.
カーボネート系添加剤としては、例えば、FEC、ビニレンカーボネート(VC)、ジプロピルカーボネート等から選ばれる1種以上を用いることができる。 As a carbonate type additive, 1 or more types chosen from FEC, vinylene carbonate (VC), dipropyl carbonate, etc. can be used, for example.
そして、後述するように、非水溶媒としてカーボネート系溶媒を用い、更にカーボネート系添加剤を添加した電気めっき液が好ましく、特に好ましくは、非水溶媒としてPCを用い、カーボネート系添加剤としてFECを用いた、実施形態の電気めっき液30が特に好ましい。
And, as will be described later, an electroplating solution using a carbonate solvent as a nonaqueous solvent and further adding a carbonate additive is preferable, and particularly preferably, PC is used as a nonaqueous solvent and FEC is used as a carbonate additive. The
電流密度I=1.0mA/cm2にて2C(クーロン)/cm2の通電電気量に制御し、活物質12を集電体11である、80μmの銅箔22上に成膜して負極13を製造した。
Controls at a current density I = 1.0mA / cm 2 to 2C (coulomb) / cm 2 of current electrical quantity, the
<リチウム二次電池用活物質の解析>
エネルギー分散型蛍光X線分析装置(EDX)を用い、活物質12を構成する元素の面内分布(マッピング)を測定したところ、SiとOとCとが均一に分散していた。
<Analysis of active materials for lithium secondary batteries>
When an in-plane distribution (mapping) of elements constituting the
次に、X線回折(XRD)解析を行ったところ、Si(111)、Si(220)、Si(311)、Si(400)に相当するピークは確認されなかった。すなわち、活物質12はアモルファス(非晶質)であった。逆に言えば、本発明においてアモルファスとは、通常のXRD解析においてピークが確認されない状態を意味する。
Next, when X-ray diffraction (XRD) analysis was performed, peaks corresponding to Si (111), Si (220), Si (311), and Si (400) were not confirmed. That is, the
次に、X線光電子分光法(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)による活物質12の解析を行った。活物質12のSi 2p3/2の結合エネルギーは、Siであることを示す99.5eV又はSiO2であることを示す103.5eVではなく、その間の101eV〜103eVであった。
Next, the
Si 2p3/2の結合エネルギーが101eV〜103eVのSi酸化物は、SiOである。SiOは、SiO2のような安定相ではなく、非平衡状態の準安定相である。このため、SiOの構造等は不明であるが、活物質12に含有されているSiは、準安定相であることが判明した。
The Si oxide having Si 2p 3/2 binding energy of 101 eV to 103 eV is SiO. SiO is not a stable phase like SiO 2 but a metastable phase in a non-equilibrium state. For this reason, although the structure of SiO etc. is unknown, it turned out that Si contained in the
なお、準安定相とは熱平衡状態では存在しない相のことであり、熱力学的には不安定ではあるが、何らかの条件が満たされれば暫定的に存在し得る相である。 The metastable phase is a phase that does not exist in a thermal equilibrium state, and is a thermodynamically unstable phase that may exist temporarily if some condition is satisfied.
次に、グロー放電発光分光分析(GDOES)による、活物質12の組成分析結果を以下に示す。なお、以下は、表面汚染及び集電体11の影響が少ない、活物質12の表面から深さ1μmの場所の値である。
Next, a composition analysis result of the
Si : 44at%
O : 21at%
C : 35at%
Si: 44 at%
O: 21 at%
C: 35at%
以上のXPS及びGDOESによる解析結果が示すように、活物質12のSiシリコンと酸素とは、SiOx(X=0.48)の状態であった。なお、より厳密には、活物質12は大量の炭素を含有していることから、「Si−O−C」の状態である。
As shown by the above XPS and GDOES analysis results, the Si silicon and oxygen of the
活物質12の中の炭素は、活物質12のアモルファス化及び準安定相化に寄与している。
Carbon in the
すなわち、活物質12は、活物質粉末+導電助剤+バインダ、コアシェル構造、又はμmオーダーレベルのマトリック構造等のバルク的混合物ではなく、原子レベル又はnmオーダーレベルのマトリック構造を有する準安定相のアモルファスである。
That is, the
<リチウム二次電池特性評価>
次に、リチウム電池10の特性評価について説明する。
<Characteristic evaluation of lithium secondary battery>
Next, characteristic evaluation of the
二次電池の特性評価には、電析装置20と同様の三極式セルを用いた。作用極は負極13を用い、対極はLi箔を用い、参照電極は、Li/Li+(TBAClO4)を用い、電解溶液は、1M LiClO4/EC:PC(1:1 vol%)を用いた。
For the evaluation of the characteristics of the secondary battery, the same tripolar cell as the
サイクリックボルタンメトリー(CV)測定では、開回路電位より下限電位0.01V、上限電位1.2Vとし、掃引速度0.1mVとした。定電流充放電試験(サイクル試験)は、50μA/cm2、0.01V〜1.2Vの電位範囲で行った。 In cyclic voltammetry (CV) measurement, the lower limit potential was 0.01 V, the upper limit potential was 1.2 V from the open circuit potential, and the sweep rate was 0.1 mV. The constant current charge / discharge test (cycle test) was performed in a potential range of 50 μA / cm 2 and 0.01 V to 1.2 V.
1回目の充放電サイクルにおいて、活物質12のSiOx(X≦2.0)のシリコンは、リチウムで反応させ活物質12Aとなる。活物質12Aは、シリコンと、酸素と、炭素と、リチウムと、を含有し、リチウムは酸化状態である。活物質12Aは、電気めっき液30から電気めっき法により製造された活物質12のシリコンをリチウムで反応させ合金化することにより製造される。すなわち、1回目の充放電サイクルは製造工程と見なすこともできる。
In the first charge / discharge cycle, the SiOx (X ≦ 2.0) silicon of the
図3に示すように、活物質12を有するリチウム電池10のクーロン効率は50サイクル後において、99%であった。これに対して、電気めっき浴30にFECを添加しなかったFEC未添加浴を用いて製造した活物質を有するリチウム電池のクーロン効率は98%未満であった。
As shown in FIG. 3, the Coulomb efficiency of the
活物質12A、すなわち、Si(−C)とLi2O(−C)とを有する活物質12Aを用いると、電池を製造した後に、更に不可逆成分が生成することはない。このため、容量が低下することないものと考えられる。
When the
更に、電気めっき液30の組成、電流密度等を変えながら試作及び充放電サイクル試験を行ったところ、以下の結果を得た。なお、複数回の試作を行い、良好な充放電サイクル特性を示すリチウム二次電池が安定して製造できることを基準に判定を行った。
Furthermore, when the trial production and the charge / discharge cycle test were performed while changing the composition, current density and the like of the
カーボネート系添加剤の添加量は、0.001〜10vol%の範囲で一定の効果が得られ、特に好ましくは、0.1〜5wt%の範囲であった。また、非水溶媒としてPCを、カーボネート系添加剤としてFCEを、含む電気めっき液30が最も良い特性を示した。
The addition amount of the carbonate-based additive provided a certain effect in the range of 0.001 to 10 vol%, and particularly preferably in the range of 0.1 to 5 wt%. The
また、活物質12の炭素量は、10〜70at%の範囲で、シリコンと酸素の組成比は、SiOx(0.1≦X<20)の範囲のとき、一定の効果が得られた。前記組成の活物質12は、アモルファスかつ準安定相であった。
Further, when the carbon content of the
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
10…リチウム電池
11…集電体
12…活物質
13…負極
14…正極
15…セパレータ
16…電解溶液
17…貯留領域
18…封止構造部
20…電析装置
21…参照電極
22…銅箔
23…白金線
30…めっき液
DESCRIPTION OF
Claims (7)
シリコンイオンと、電解質イオンと、非水溶媒と、0.001〜10vol%の、フルオロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、およびジプロピルカーボネートから選ばれる1種以上のカーボネート系添加剤と、を含むことを特徴とする電気めっき液。 It contains silicon, oxygen, and 10 to 70 at% carbon, the composition ratio of silicon and oxygen is SiOx (0.1 ≦ X <2.0), and is made of amorphous and metastable Si—O—C. An electroplating solution for electrodepositing an active material for a lithium secondary battery,
It includes silicon ions, electrolyte ions, nonaqueous solvents, and 0.001 to 10 vol% of one or more carbonate-based additives selected from fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, and dipropyl carbonate. An electroplating solution .
前記カーボネート系添加剤が、フルオロエチレンカーボネートであることを特徴とする請求項2に記載の電気めっき液。 The carbonate solvent is propylene carbonate,
The electroplating solution according to claim 2, wherein the carbonate-based additive is fluoroethylene carbonate.
シリコンイオンと、電解質イオンと、非水溶媒と、0.001〜10vol%の、フルオロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、およびジプロピルカーボネートから選ばれる1種以上のカーボネート系添加剤と、を含む電気めっき液を用いて電析を行うことを特徴とするリチウム二次電池用活物質の製造方法。 It contains silicon, oxygen, and 10 to 70 at% carbon, the composition ratio of silicon and oxygen is SiOx (0.1 ≦ X <2.0), and is made of amorphous and metastable Si—O—C. A method for producing an active material for a lithium secondary battery, comprising:
An electroplating solution comprising silicon ions, electrolyte ions, a non-aqueous solvent, and 0.001 to 10 vol% of at least one carbonate-based additive selected from fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, and dipropyl carbonate A method for producing an active material for a lithium secondary battery, wherein electrodeposition is performed using
前記カーボネート系添加剤が、フルオロエチレンカーボネートであることを特徴とする請求項5に記載のリチウム二次電池用活物質の製造方法。 The carbonate solvent is propylene carbonate,
The said carbonate type additive is a fluoroethylene carbonate, The manufacturing method of the active material for lithium secondary batteries of Claim 5 characterized by the above-mentioned.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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