JP6092885B2 - 非水電解質二次電池用負極活物質及びその負極活物質を用いた非水電解質二次電池 - Google Patents
非水電解質二次電池用負極活物質及びその負極活物質を用いた非水電解質二次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6092885B2 JP6092885B2 JP2014538138A JP2014538138A JP6092885B2 JP 6092885 B2 JP6092885 B2 JP 6092885B2 JP 2014538138 A JP2014538138 A JP 2014538138A JP 2014538138 A JP2014538138 A JP 2014538138A JP 6092885 B2 JP6092885 B2 JP 6092885B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sio
- negative electrode
- active material
- battery
- electrode active
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 title claims description 51
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 title claims description 32
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 70
- PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N lithium metasilicate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Si]([O-])=O PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 58
- 229910052912 lithium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 58
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 56
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 51
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 50
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 claims description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 11
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 9
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 222
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 50
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 47
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 29
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 20
- -1 Li 2 CO 3 Chemical compound 0.000 description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 15
- 150000002642 lithium compounds Chemical class 0.000 description 15
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 7
- 239000002388 carbon-based active material Substances 0.000 description 7
- 238000007600 charging Methods 0.000 description 7
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 6
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 5
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 5
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 5
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 4
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 4
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 238000010277 constant-current charging Methods 0.000 description 3
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 3
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 3
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 3
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 3
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 229910013188 LiBOB Inorganic materials 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000002174 Styrene-butadiene Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 description 2
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006266 etherification reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 2
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 2
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013528 LiN(SO2 CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013385 LiN(SO2C2F5)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013872 LiPF Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150058243 Lipf gene Proteins 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018058 Ni-Co-Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018060 Ni-Co-Mn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018102 Ni-Mn-Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018144 Ni—Co—Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018209 Ni—Co—Mn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018548 Ni—Mn—Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- MYWGVEGHKGKUMM-UHFFFAOYSA-N carbonic acid;ethene Chemical compound C=C.C=C.OC(O)=O MYWGVEGHKGKUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000005678 chain carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 239000011246 composite particle Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 1
- 238000010280 constant potential charging Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000007580 dry-mixing Methods 0.000 description 1
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 1
- YVIVRJLWYJGJTJ-UHFFFAOYSA-N gamma-Valerolactam Chemical compound CC1CCC(=O)N1 YVIVRJLWYJGJTJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910001386 lithium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010450 olivine Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K trilithium;phosphate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]P([O-])([O-])=O TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
- H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
しかしながら、SiOXで表わされるシリコン酸化物を負極活物質として用いた非水電解質二次電池は、黒鉛のみを負極活物質として使用した場合に比べ、初回充放電効率、及びサイクル初期における容量が著しく低下するという課題がある。
初回充放電効率の向上を図るべく、炭素活物質中にシリコン酸化物が分散され、該シリコン酸化物中にシリコンとリチウムシリケート相とを有する構造の複合体粒子が提案されている(特許文献2参照)。
上記構成の負極活物質を用いた電池では、初回充放電効率とサイクル特性とを向上させることができる。この理由を以下に示す。
4SiO(2Si+2SiO2)+16Li++16e−→3Li4Si+Li4SiO4・・・(1)
上記(1)式の如く、初回充電時にLi4SiO4が生成されるが、このLi4SiO4は不可逆反応物である。したがって、SiOX中の全てのSiが可逆反応するものではなく、理論効率が低くなる。具体的には、上記(1)式のように不可逆反応物としてLi4SiO4が生成される場合には、16個のリチウムイオンのうち4個が不可逆となるため、理論効率は75%となる。
の剥離を抑制することができるので、サイクル特性が向上する。加えて、SiOXの回りには炭素マトリクスが存在しないので、リチウム拡散が円滑に行われる。したがって、実際の電池容量が大きくなる。
SiO2+4LiOH→Li4SiO4+2H2O・・・(2)
リチウムシリケート相は、LiとSi、Oとの化合物であり、Li4SiO4以外にも、Li2SiO3やLi2Si2O5があり、リチウム化合物の添加量や処理方法によって生成物が異なる場合がある。
なお、SiOXの平均一次粒子径(D50)とは、レーザー回折散乱法で測定された粒度分布における累積50体積%径のことである。
正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケルあるいはマンガンを含むリチウム複合酸化物、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)に代表されるオリビン型リン酸リチウム等などが挙げられる。ニッケルあるいはマンガンを含むリチウム複合酸化物としては、Ni−Co−Mn、Ni−Mn−Al、及びNi−Co−Alなどのリチウム複合酸化物などが挙げられる。正極活物質はこれらを単独で用いても良いし、混合して用いてもよい。
比率x/MCが上記範囲である場合、電池内に供給されるリチウムイオンの比率が非常に大きくなることになる。つまり、不可逆容量の補填の点で有利である。
比率x/MCは、正極および負極中に含まれるリチウム量xと正極活物質に含まれる金属元素Mの量MCを、それぞれ定量し、xの量を金属元素Mの量MCで除することにより算出できる。
まず、電池を、完全に放電した後、分解し、非水電解質を除去して、電池内部をジメチルカーボネートなどの溶媒を用いて洗浄する。次いで、正極および負極をそれぞれ所定の質量だけ採取し、ICP分析により、正極および負極に含まれるリチウム量を定量することにより、リチウム量(モル量)xを求める。また、正極中のリチウム量の場合と同様にして、正極に含まれる金属元素Mの量(モル量)MCをICP分析により定量する。
上記非水電解液の溶質としては、LiBF4,LiPF6,LiN(SO2CF3)2,LiN(SO2C2F5)2,LiPF6−x(CnF2n+1)x[但し、1<x<6,n=1または2]、或いは、オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩を用いることもできる。このオキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩としては、LiBOB〔リチウム−ビスオキサレートボレート〕の他、中心原子にC2O4 2−が配位したアニオンを有するリチウム塩、例えば、Li[M(C2O4)xRy](式中、Mは遷移金属,周期律表のIIIb族,IVb族,Vb族から選択される元素、Rはハロゲン、アルキル基、ハロゲン置換アルキル基から選択される基、xは正の整数、yは0又は正の整数である。)で表わされるものを用いることができる。具体的には、Li[B(C2O4)F2]、Li[P(C2O4)F4]、Li[P(C2O4)2F2]等がある。但し、高温環境下においても負極の表面に安定な被膜を形成するためには、LiBOBを用いることが最も好ましい。
(1)上記の如く、本発明でもSiOXの表面を炭素で被覆している。したがって、特許文献2に記載の発明のみならず本発明においても、SiOX粒子に炭素が含まれる。しかしながら、特許文献2に記載の発明では、粒子の内部にまで炭素が存在するのに対して、本発明では粒子の表面にしか炭素が存在しない。また、このことに関連して、粒子中の炭素の割合は、本発明では約10質量%以下であって極めて少ないのに対して、特許文献2に記載の発明では約50質量%以上であって極めて多い。
これに対して、本発明の如く、内部にリチウムシリケート相を含むSiOXからなる粒子(SiOXの単独粒子)と黒鉛と混合して用いる場合には、電解液との副反応を抑制するためにSiOXの粒径をある程度大きくする必要があり、しかも、SiOXの周りには、応力を緩和できるマトリクスも存在しない。したがって、負極活物質の膨張、収縮による、負極合剤層に与える影響は極めて大きい。このため、本発明では、負極活物質の膨張、収縮を緩和することによって電池特性を向上させるという作用効果が大いに発揮される。
〈第1実施例〉
〔負極の作製〕
表面を炭素で被覆したSiOX(X=0.93、平均一次粒子径:5.0μm)を準備した。尚、被覆はCVD法を用いて行い、また、SiOXに対する炭素の割合は10質量%、SiOX表面の炭素被覆率を100%とした。上記SiOX1モルとLiOH0.2モルとを粉状態で混合して(SiOXに対するLiOHの割合は20モル%となっている)、SiOXの表面にLiOHを付着させた。次に、Ar雰囲気中、800℃で10時間熱処理することにより、内部にリチウムシリケート相が形成されたSiOXを作製した。この熱処理後のSiOXをXRD(線源はCuKαである)で解析したところ、図1に示すように、リチウムシリケートであるLi4SiO4とLi2SiO3とのピークが確認された。また、SiOXの総モル数に対するリチウムシリケート相のモル数(以下、SiOX中のリチウムシリケート相の割合、と称することがある)は5モル%であった。
上記負極合剤スラリーを、銅箔の片面上に負極合剤層のlm2当りの質量が、25g/m2となるように塗布した。次に、これを大気中105℃で乾燥し、圧延することにより負極を作製した。尚、負極合剤層の充填密度は、1.50g/mlとした。
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを、体積比が3:7の割合となるように混合した混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を、1.0モル/リットル添加して非水電解液を調製した。
不活性雰囲気中で、外周にNiタブを取り付けた上記負極と、リチウム金属箔と、負極とリチウム金属箔との間に配置させたポリエチレン製セパレータとを用いて電極体を作製した。この電極体を、アルミニウムラミネートからなる電池外装体内に入れ、更に、非水電解液を電池外装体内に注入し、その後電池外装体を封止して電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、電池A1と称する。
リチウム源とSiOXとを混合して熱処理する際、リチウム源として、LiOHの代わりにLi2CO3を用いた(SiOXに対するLi2CO3の割合は10モル%とした)こと以外は、上記第1実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のSiOXを、XRDで解析したところ、リチウムシリケートであるLi4SiO4とLi2SiO3とのピークが確認された。また、熱処理後のSiOX中のリチウムシリケート相の割合は5モル%であった。このようにして作製した電池を、以下、電池A2と称する。
リチウム源とSiOXとを混合して熱処理する際、リチウム源として、LiOHの代わりにLiClを用いた(SiOXに対するLiClの割合は20モル%とした)こと以外は、上記第1実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のSiOXを、XRDで解析したところ、リチウムシリケートであるLi4SiO4とLi2SiO3とのピークが確認された。また、熱処理後のSiOX中のリチウムシリケート相の割合は5モル%であった。このようにして作製した電池を、以下、電池A3と称する。
リチウム源とSiOXとを混合して熱処理する際、リチウム源として、LiOHの代わりにLiFを用いた(SiOXに対するLiFの割合は20モル%とした)こと以外は、上記第1実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のSiOXを、XRDで解析したところ、リチウムシリケートであるLi4SiO4とLi2SiO3とのピークが確認された。また、熱処理後のSiOX中のリチウムシリケート相の割合は5モル%であった。このようにして作製した電池を、以下、電池A4と称する。
LiOHとSiOXとを混合せず、且つ、熱処理を行わなかった(即ち、負極活物質としてのSiOXとして、未処理のSiOXを用いた)こと以外は、上記第1実施例の実施例1と同様に電池を作製した。このSiOXをXRDで解析したところ、図1に示すように、リチウムシリケート相は確認されなかった。このようにして作製した電池を、以下、電池Zと称する。
上記電池A1〜A4、Zを、以下の条件で充放電し、下記(3)式で示す初回充放電効率と下記(4)式で示す10サイクル目の容量維持率とを調べたので、その結果を表1に示す。
〔充放電条件〕
0.2It(4mA)の電流で電圧が0Vになるまで定電流充電を行った後、0.05It(1mA)の電流で電圧が0Vになるまで定電流充電を行った。次に、10分間休止した後、0.2It(4mA)の電流で電圧が1.0Vになるまで定電流放電を行った。
初回充放電効率(%)=(1サイクル目の放電容量/1サイクル目の充電容量)×100・・・(3)
〔10サイクル目の容量維持率の算出式〕
10サイクル目の容量維持率(%)=(10サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100・・・(4)
尚、熱処理時に用いるリチウム化合物としては、LiOHに限らず、Li2CO3、LiCl、又はLiFでも同様の効果を発現することが確認できた。また、これら以外のリチウム化合物であっても、同様の効果を発現すると推測できる。
(実施例1)
LiOHとSiOXとを混合して熱処理する際、SiOXに対してLiOHを2モル%添加したこと以外は、上記第1実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のSiOXをXRDで解析したところ、リチウムシリケートであるLi2SiO3のピークが確認された。また、熱処理後のSiOX中のリチウムシリケート相の割合は0.5モル%であった。このようにして作製した電池を、以下、電池B1と称する。
LiOHとSiOXとを混合して熱処理する際、SiOXに対してLiOHを50モル%添加したこと以外は、上記第1実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のSiOXをXRDで解析したところ、リチウムシリケートであるLi4SiO4とLi2SiO3とのピークが確認された。また、熱処理後のSiOX中のリチウムシリケート相の割合は12.5モル%であった。このようにして作製した電池を、以下、電池B2と称する。
LiOHとSiOXとを混合して熱処理する際、SiOXに対してLiOHを80モル%添加したこと以外は、上記第1実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のSiOXをXRDで解析したところ、リチウムシリケートであるLi4SiO4とLi2SiO3とのピークが確認された。また、熱処理後のSiOX中のリチウムシリケート相の割合は20モル%であった。このようにして作製した電池を、以下、電池B3と称する。
LiOHとSiOXとを混合して熱処理する際、SiOXに対してLiOHを100モル%添加したこと以外は、上記第1実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のSiOXをXRDで解析したところ、リチウムシリケートであるLi4SiO4とLi2SiO3とのピークが確認された。また、熱処理後のSiOX中のリチウムシリケート相の割合は25モル%であった。このようにして作製した電池を、以下、電池B4と称する。
上記電池B1〜B4を、上記第1実施例の実験で示した条件と同様の条件で充放電し、上記(3)式で示した初回充放電効率と、上記(4)式で示した10サイクル目の容量維持率とを調べたので、その結果を表2に示す。尚、表2には電池A1、Zの結果についても記載している。
(実施例1)
原料としてのSiOX(熱処理前のSiOX)として、平均一次粒子径が1.0μmであるSiOX(x=0.93、炭素被覆量10質量%)を用いたこと以外は、上記第1実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のSiOXをXRDで解析したところ、リチウムシリケートであるLi4SiO4とLi2SiO3とのピークが確認された。また、熱処理後のSiOX中のリチウムシリケート相の割合は5モル%であった。このようにして作製した電池を、以下、電池C1と称する。
原料としてのSiOX(熱処理前のSiOX)として、平均一次粒子径が15.0μmであるSiOX(x=0.93、炭素被覆量10質量%)を用いたこと以外は、上記第1実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のSiOXをXRDで解析したところ、リチウムシリケートであるLi4SiO4とLi2SiO3とのピークが確認された。また、熱処理後のSiOX中のリチウムシリケート相の割合は5モル%であった。このようにして作製した電池を、以下、電池C2と称する。
上記電池C1、C2を、上記第1実施例の実験で示した条件と同様の条件で充放電し、上記(3)式で示した初回充放電効率と、上記(4)式で示した10サイクル目の容量維持率とを調べたので、その結果を表3に示す。尚、表3には電池A1、Zの結果についても記載している。
(実施例1)
熱処理後のSiOXを、ろ液のpHが8.0になるまで純水で水洗、濾過して、熱処理後のSiOXの表面から未反応のリチウム化合物を除去したこと以外は、上記第1実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、電池D1と称する。
以下のような処理を、熱処理前に施したこと以外は、上記第1実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。
SiOXとLiOHとを混合する際、LiOHを予め水に溶解させた液に、所定量のSiOXと、非イオン性界面活性剤(商品名:SNウエット980、サンノプコ社製ポリエーテル系界面活性剤)とを添加して、分散させた。尚、非イオン性界面活性剤の添加量は、固形分の総量に対して1質量%とした。次いで、上記分散液を温度110℃に設定した恒温槽で乾燥し、溶媒である水を除去した後、熱処理を行った。このようにして作製した電池を、以下、電池D2と称する。
熱処理後のSiOXを、ろ液のpHが8.0になるまで純水で水洗、濾過して、熱処理後のSiOXの表面から未反応リチウム化合物を除去したこと以外は、上記第4実施例の実施例2と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、電池D3と称する。
上記電池D1〜D3を、上記第1実施例の実験で示した条件と同様の条件で充放電し、上記(3)式で示した初回充放電効率と、上記(4)式で示した10サイクル目の容量維持率とを調べたので、その結果を表4に示す。尚、表4には電池A1の結果についても記載している。
尚、上記実験結果より、SiOX表面にLiOHを均一に配置させるのが好ましいことがわかったが、このような状
態とするには、上記湿式処理に限定するものではなく、乾式処理であっても達成できる。
(実施例1)
[正極の作製]
正極活物質としてのコバルト酸リチウムと、導電剤としてのアセチレンブラック(電気化学工業社製、HS100)と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、質量比が95.0:2.5:2.5の割合になるように秤量、混合し、分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加した。次に、これを混合機(プライミクス社製、T.K.ハイビスミックス)を用いて攪拌し、正極スラリーを調製した。次に、この正極スラリーを、アルミニウム箔から成る正極集電体の両面に塗布、乾燥した後、圧延ローラにより圧延して、正極集電体の両面に正極合剤層が形成された正極を作製した。尚、正極合剤層における充填密度は3.60g/mlとした。
上記第1実施例の実施例1で用いた熱処理後のSiOXと黒鉛との混合物を、負極活物質として用いた。尚、負極活物質の総量に対する熱処理後のSiOXの割合は5質量%とした。上記負極活物質と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC、ダイセルファインケム社製♯1380、エーテル化度:1.0〜1.5)と,結着剤としてのSBR(スチレン−ブタジエンゴム)とを、質量比で97.5:1.0:1.5となるように混合し、希釈溶媒としての水を添加した。これを、混合機(プライミクス社製、T.K.ハイビスミックス)を用いて攪拌し、負極スラリーを調製した。次に、上記負極スラリーを、銅箔から成る負極集電体の両面に、負極合剤層の1m2当たりの質量が190gとなるように均一に塗布した。次いで、これを大気中105℃で乾燥させた後、圧延ローラにより圧延して、負極集電体の両面に負極合剤層が形成された負極を作製した。尚、負極合剤層における充填密度は1.60g/mlとした。
上記正極と負極とを、ポリエチレン微多孔膜からなるセパレータを介して対向させた。次に、正極タブと負極タブとを、各電極における最外周部に位置するように正極及び負極に取り付けた後、正極、負極及びセパレータを渦巻き状に巻回して電極体を作製した。次いで、該電極体をアルミニウムラミネートからなる電池外装体内に配置し、105℃で2時間真空乾燥した。その後、上記第1実施例の実施例1で示した非水電解液と同一の非水電解液を上記電池外装体内に注入し、更に、電池外装体の開口部を封止することにより非水電解質二次電池を作製した。当該非水電解質二次電池の設計容量は800mAhである。このようにして作製した電池を、以下、電池E1と称する。
上記負極の作製において、負極活物質の総量に対する熱処理後のSiOXの割合を10質量%としたこと以外は、上記第5実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、電池E2と称する。
上記負極の作製において、負極活物質の総量に対する熱処理後のSiOXの割合を20質量%としたこと以外は、上記第5実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、電池E3と称する。
SiOXとして、未処理のSiOX(熱処理していないSiOX)を用いたこと以外は、それぞれ、上記第5実施例の実施例1〜実施例3と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下それぞれ、電池Y1〜Y3と称する。
上記電池E1〜E3、Y1〜Y3を、以下の条件で充放電し、上記(3)式で示した初回充放電効率とサイクル寿命とを調べたので、それらの結果を表5に示す。尚、1サイクル目の放電容量の80%に達したときのサイクル数をサイクル寿命とした。また、各電池のサイクル寿命は、電池Y1のサイクル寿命を100としたときの指数で表している。
更に、初回充放電効率とサイクル寿命とにおける向上率は、SiOXの混合率が同じである電池同士を比較したときのものであり、例えば、電池E1の場合には、電池Y1に対する向上率である。
〔充放電条件〕
1.0It(800mA)電流で電池電圧が4.2Vとなるまで定電流充電を行った後、4.2Vの電圧で電流値が0.05It(40mA)となるまで定電圧充電を行った。10分間休止した後、1.0It(800mA)電流で電池電圧が2.75Vとなるまで定電流放電を行った。〔正極及び負極中のリチウム量xと正極活物質に含まれる金属元素Mの量MCとの比x/M〕
これらの電池において正極および負極中に含まれるリチウム量xと、正極材料に含まれる金属元素Mの量MCとを、既述のように定量し、x/MC比を算出した結果を、表5に示す。
また、SiOXの割合が高いほど、初回充放電効率における向上率とサイクル特性における向上率とが高くなっていることが認められる。但し、SiOXの割合が高くなり過ぎると、負極合剤層の剥がれが顕著に生じることがある。したがって、SiOXの割合は20質量%以下であることが好ましい。尚、SiOXの割合が少な過ぎると、SiOXの添加効果が十分に発揮されないので、SiOXの割合は1質量%以上であることが望ましい。
(実施例1)
[負極の作製]
上記第1実施例の実施例1で用いた熱処理後のSiOXと黒鉛との混合物を、負極活物質として用いた。尚、負極活物質の総量に対する熱処理後のSiOXの割合は5質量%とした。上記負極活物質と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC、ダイセルファインケム社製♯1380、エーテル化度:1.0〜1.5)と,結着剤としてのSBR(スチレン−ブタジエンゴム)とを、質量比で97.5:1.0:1.5となるように混合し、希釈溶媒としての水を添加した。これを、混合機(プライミクス社製、T.K.ハイビスミックス)を用いて攪拌し、負極スラリーを調製した。次に、上記負極スラリーを、銅箔から成る負極集電体の両面に、負極合剤層の1m2当たりの質量が190gとなるように均一に塗布した。次いで、これを大気中105℃で乾燥させた後、圧延ローラにより圧延して、負極集電体の両面に負極合剤層が形成された負極を作製した。尚、負極合剤層における充填密度は1.60g/mlとした。
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを、体積比が3:7の割合となるように混合した混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を、1.0モル/リットル添加して非水電解液を調製した。
不活性雰囲気中で、外周にNiタブを取り付けた上記負極と、リチウム金属箔と、負極とリチウム金属箔との間に配置させたポリエチレン製セパレータとを用いて電極体を作製した。この電極体を、アルミニウムラミネートからなる電池外装体内に入れ、更に、非水電解液を電池外装体内に注入し、その後電池外装体を封止して電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、電池F1と称する。
原料としてのSiOX(熱処理前のSiOX)として、平均一次粒子径が1.0μmであるSiOX(x=0.93、炭素被覆量10質量%)を用いたこと以外は、上記第6実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のSiOXをXRDで解析したところ、リチウムシリケートであるLi4SiO4とLi2SiO3とのピークが確認された。このようにして作製した電池を、以下、電池F2と称する。
原料としてのSiOX(熱処理前のSiOX)として、平均一次粒子径が0.5μmであるSiOX(x=0.93、炭素被覆量10質量%)を用いたこと以外は、上記第6実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。尚、熱処理後のSiOXをXRDで解析したところ、リチウムシリケートであるLi4SiO4とLi2SiO3とのピークが確認された。このようにして作製した電池を、以下、電池F3と称する。
SiOX(x=0.93、平均一次粒子径15.0μm)とLiOH0.2mol(SiOxに対しLiOHを0.2mol%)を、遊星ボールミルを用いて混合し、平均一次粒子径5.0μmのSiOXを作製した。さらに黒鉛を加えて混合した後、ハードカーボンと複合化し、Ar雰囲気中800℃で5時間熱処理し、平均一次粒子径40μmの負極活物質を作製した。
負極活物質と黒鉛とを、質量比で10:90(SiO:黒鉛=5:95)としたこと以外は、上記第6実施例の実施例1と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、電池Z1と称する。
ボールミル処理後の平均一次粒子径を1.0μmとしたSiOX(x=0.93、炭素被覆量10質量%)を用い、ハードカーボンと複合後の負極活物質の平均一次粒子径を8.0μmとしたこと以外は、上記第6実施例の比較例1と同様にして電池を作製した。このように作製した電池を、以下、電池Z2と称する。
ボールミル処理後の平均一次粒子径を0.5μmとしたSiOX(x=0.93、炭素被覆量10質量%)を用い、ハードカーボンと複合後の負極活物質の平均一次粒子径を4.0μmとしたこと以外は、上記第6実施例の比較例1と同様にして電池を作製した。このように作製した電池を、以下、電池Z3と称する。
尚、上記第6実施例の比較例1〜比較例3の電池Z1〜Z3に使用された負極活物質は、特許文献2に近い内容である。
(電池性能評価)
上記電池F1〜F3、Z1〜Z3の初回充電容量及び上記(3)式で示した初回充放電効率を測定したので、それらの結果を表6に示す。尚、充放電条件は、上記第1実施例の実験で示した条件と同様である。
電池Z1〜Z3に使用されている負極活物質は、炭素質中にSiOを分散させた構造を持つ。一方、電池F1〜F3における負極活物質は、SiO表面に薄く炭素被覆膜を有する構造を持つ。SiOの粒径が1.0μm未満の場合、炭素質中にSiOを分散させた構造とSiO表面に薄く炭素被覆膜を有する構造の違いにおける電池特性の差異は小さいことが認められる。一方、SiOの粒径が1.0μm以上の場合、SiO表面に薄く炭素被覆膜を有する構造の方が、初回充電容量、初回充放電効率共に大きいことが分かる。これは、特許文献2に記載の炭素質中にSiOを分散させた構造の場合、SiOを覆っている炭素質が抵抗となり、充放電時のSiOの利用率を下げていることが考えられるためである。上記表6の結果より、SiO表面に薄く炭素被覆膜を有する構造でかつ、粒径が1.0μm以上の場合に、SiOの利用率を高め、初回効率が上がる効果が認められる。
(実施例1)
SiOXに対する炭素の割合を2質量%、SiOX表面の炭素被覆率を80%としたこと以外は、第1実施例の実施例2と同様にして、電池を作製した。このように作製した電池を、以下、電池G1と称する。
SiOXに対する炭素の割合を1.5質量%、SiOX表面の炭素被覆率を50%としたこと以外は、第1実施例の実施例2と同様にして、電池を作製した。このように作製した電池を、以下、電池G2と称する。
SiOX表面に炭素被覆を行わなかったこと以外は、第1実施例の実施例2と同様にして、電池を作製した。このように作製した電池を、以下、電池R1と称する。
SiOX表面に炭素被覆を行わなかったこと以外は、第1実施例の比較例1と同様にして、電池を作製した。このように作製した電池を、以下、電池R2と称する。
上記電池G1〜G2及びR1〜R2を、上記第1実施例の実験で示した条件と同様の条件で充放電し、上記(3)式で示した初回充放電効率と、上記(4)式で示した10サイクル目の容量維持率とを調べたので、その結果を表7に示す。尚、表7には電池A2、Zの結果についても記載している。
Claims (7)
- 非水電解質二次電池用負極活物質粒子であって、
上記粒子は、その表面にのみ炭素を備え、
上記粒子は、内部にLiシリケート相を含むSiO X (0.8≦X≦1.2)粒子を備え、
上記SiO X 粒子の表面は、炭素で50%以上100%以下被覆されている、
非水電解質二次電池用負極活物質粒子。 - 上記SiO X 粒子の総モル量に対する、上記リチウムシリケート相のモル数の割合が、0.5mol%以上25mol%以下である、請求項1に記載の非水電解質二次電池用負極活物質粒子。
- 上記SiO X 粒子の表面が、炭素で100%被覆されている、請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池用負極活物質粒子。
- 上記SiO X 粒子の平均一次粒子径は、1μm以上15μm以下である、請求項1〜3の何れか1項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質粒子。
- 請求項1〜4の何れか1項に記載の負極活物質粒子と、黒鉛粒子を備える、非水電解質二次電池用負極活物質。
- 請求項1〜4の何れか1項に記載の負極活物質粒子または請求項5に記載の負極活物質を含む負極と、
正極活物質を含む正極と、
上記正極と上記負極との間に配置されたセパレータと、
非水電解質と、
を備える非水電解質二次電池。 - 前記正極活物質が、リチウムと、金属元素Mとを含む酸化物を含み、
前記金属元素Mが、コバルト、ニッケルを含む群より選択される少なくとも一種を含み
、
前記正極および前記負極に含まれるリチウム量の総和xと、前記酸化物に含まれる前記金属元素Mの量MCとの比率x/MCが、1.01より大きい、請求項6に記載の非水電解質二次電池。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012214841 | 2012-09-27 | ||
JP2012214841 | 2012-09-27 | ||
JP2013061394 | 2013-03-25 | ||
JP2013061394 | 2013-03-25 | ||
PCT/JP2013/005377 WO2014049992A1 (ja) | 2012-09-27 | 2013-09-11 | 非水電解質二次電池用負極活物質及びその負極活物質を用いた非水電解質二次電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2014049992A1 JPWO2014049992A1 (ja) | 2016-08-22 |
JP6092885B2 true JP6092885B2 (ja) | 2017-03-08 |
Family
ID=50387439
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014538138A Active JP6092885B2 (ja) | 2012-09-27 | 2013-09-11 | 非水電解質二次電池用負極活物質及びその負極活物質を用いた非水電解質二次電池 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20150221950A1 (ja) |
JP (1) | JP6092885B2 (ja) |
CN (1) | CN104603993B (ja) |
WO (1) | WO2014049992A1 (ja) |
Families Citing this family (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013062313A1 (ko) | 2011-10-24 | 2013-05-02 | 주식회사 엘지화학 | 음극활물질의 제조방법, 그 음극활물질 및 이를 구비한 리튬이차전지 |
JP6474548B2 (ja) * | 2014-01-16 | 2019-02-27 | 信越化学工業株式会社 | 非水電解質二次電池用負極材及び負極活物質粒子の製造方法 |
US10529984B2 (en) | 2014-07-15 | 2020-01-07 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Negative electrode material for non-aqueous electrolyte secondary battery and method of producing negative electrode active material particles |
CN107210442B (zh) * | 2015-01-28 | 2020-06-16 | 三洋电机株式会社 | 非水电解质二次电池用负极活性物质和非水电解质二次电池 |
JP6386414B2 (ja) * | 2015-04-22 | 2018-09-05 | 信越化学工業株式会社 | 非水電解質二次電池用負極活物質及びその製造方法、並びにその負極活物質を用いた非水電解質二次電池及び非水電解質二次電池用負極材の製造方法 |
JP6389159B2 (ja) * | 2015-10-08 | 2018-09-12 | 信越化学工業株式会社 | 非水電解質二次電池用負極活物質、非水電解質二次電池、非水電解質二次電池用負極材の製造方法、及び非水電解質二次電池の製造方法 |
JP6422847B2 (ja) * | 2015-11-17 | 2018-11-14 | 信越化学工業株式会社 | 負極活物質、混合負極活物質材料、非水電解質二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、負極活物質の製造方法、及びリチウムイオン二次電池の製造方法 |
JP6445956B2 (ja) * | 2015-11-17 | 2018-12-26 | 信越化学工業株式会社 | 負極活物質、混合負極活物質材料、非水電解質二次電池用負極、リチウムイオン二次電池 |
JP6460960B2 (ja) * | 2015-11-18 | 2019-01-30 | 信越化学工業株式会社 | 負極活物質、混合負極活物質材料、非水電解質二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、負極活物質の製造方法、及びリチウムイオン二次電池の製造方法 |
JP6535581B2 (ja) * | 2015-11-18 | 2019-06-26 | 信越化学工業株式会社 | 負極活物質、混合負極活物質材料、非水電解質二次電池用負極、リチウムイオン二次電池 |
JP6453203B2 (ja) * | 2015-11-20 | 2019-01-16 | 信越化学工業株式会社 | 負極活物質、負極電極、リチウムイオン二次電池、非水電解質二次電池用負極材の製造方法及びリチウムイオン二次電池の製造方法 |
JP6496672B2 (ja) * | 2016-01-21 | 2019-04-03 | 信越化学工業株式会社 | 負極活物質の製造方法及び非水電解質二次電池の製造方法 |
JP7078346B2 (ja) * | 2016-02-15 | 2022-05-31 | 信越化学工業株式会社 | 負極活物質及びリチウムイオン二次電池の製造方法 |
JP6867821B2 (ja) * | 2016-02-23 | 2021-05-12 | 信越化学工業株式会社 | 負極活物質、混合負極活物質材料、非水電解質二次電池用負極、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、負極活物質の製造方法、負極の製造方法、及びリチウムイオン二次電池の製造方法 |
JP6688663B2 (ja) * | 2016-04-07 | 2020-04-28 | 株式会社大阪チタニウムテクノロジーズ | Li含有酸化珪素粉末及びその製造方法 |
EP3343677B1 (en) * | 2016-06-02 | 2023-08-02 | LG Energy Solution, Ltd. | Cathode active material, cathode comprising same, and lithium secondary battery comprising same |
JP6704327B2 (ja) * | 2016-10-21 | 2020-06-03 | 信越化学工業株式会社 | 負極活物質、負極、リチウムイオン二次電池、負極活物質の製造方法及びリチウムイオン二次電池の製造方法 |
WO2018101072A1 (ja) * | 2016-11-30 | 2018-06-07 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 負極材料および非水電解質二次電池 |
CN106816594B (zh) * | 2017-03-06 | 2021-01-05 | 贝特瑞新材料集团股份有限公司 | 一种复合物、其制备方法及在锂离子二次电池中的用途 |
JP2018152161A (ja) * | 2017-03-09 | 2018-09-27 | 株式会社豊田自動織機 | 負極材料 |
JP6765997B2 (ja) * | 2017-03-13 | 2020-10-07 | 信越化学工業株式会社 | 負極材及びその負極材の製造方法、並びに混合負極材 |
JP6634398B2 (ja) * | 2017-03-13 | 2020-01-22 | 信越化学工業株式会社 | 負極活物質、混合負極活物質材料、及び負極活物質の製造方法 |
WO2018208111A1 (ko) * | 2017-05-12 | 2018-11-15 | 주식회사 엘지화학 | 음극 활물질, 상기 음극 활물질을 포함하는 음극, 및 상기 음극을 포함하는 이차 전지 |
JP6802111B2 (ja) * | 2017-06-02 | 2020-12-16 | 信越化学工業株式会社 | 非水電解質二次電池用負極活物質及び非水電解質二次電池、並びに非水電解質二次電池用負極材の製造方法 |
WO2019107033A1 (ja) * | 2017-11-29 | 2019-06-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | リチウムイオン電池 |
EP3734723A4 (en) * | 2017-12-28 | 2021-03-03 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERIES WITH ANHYDROUS ELECTROLYTE |
US11152613B2 (en) | 2018-01-19 | 2021-10-19 | Amprius, Inc. | Stabilized, prelithiated silicon oxide particles for lithium ion battery anodes |
CN111466045B (zh) * | 2018-01-30 | 2022-07-08 | 株式会社Lg新能源 | 负极活性材料、其制备方法、包含所述负极活性材料的负极和包含所述负极的二次电池 |
JP6981338B2 (ja) * | 2018-03-28 | 2021-12-15 | トヨタ自動車株式会社 | 負極材料、非水電解質二次電池およびそれらの製造方法 |
EP3864717A1 (en) * | 2018-10-12 | 2021-08-18 | Albemarle Corporation | Particles comprising silicon and lithium |
CN115064671B (zh) * | 2018-12-05 | 2024-04-09 | 华为技术有限公司 | 一种硅氧复合负极材料及其制作方法 |
CN111293284B (zh) | 2018-12-07 | 2023-02-28 | 贝特瑞新材料集团股份有限公司 | 一种负极材料、及其制备方法和用途 |
US11594725B1 (en) * | 2019-12-03 | 2023-02-28 | GRU Energy Lab Inc. | Solid state pretreatment of active materials for negative electrodes in electrochemical cells |
CN112349895B (zh) * | 2020-10-23 | 2023-08-15 | 欣旺达电动汽车电池有限公司 | 复合负极材料及其制备方法和锂离子电池 |
KR102511822B1 (ko) * | 2021-02-18 | 2023-03-17 | 에스케이온 주식회사 | 리튬 이차 전지용 음극 활물질 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
KR102694221B1 (ko) * | 2021-06-25 | 2024-08-13 | 주식회사 한솔케미칼 | 음극 활물질, 그의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4702510B2 (ja) * | 2001-09-05 | 2011-06-15 | 信越化学工業株式会社 | リチウム含有酸化珪素粉末及びその製造方法 |
JP4533822B2 (ja) * | 2005-08-24 | 2010-09-01 | 株式会社東芝 | 非水電解質電池および負極活物質 |
US8216719B2 (en) * | 2006-02-13 | 2012-07-10 | Hitachi Maxell Energy, Ltd. | Non-aqueous secondary battery and method for producing the same |
JP2009277485A (ja) * | 2008-05-14 | 2009-11-26 | Toyota Motor Corp | Si/C複合体型負極活物質の製造方法 |
JP5464653B2 (ja) * | 2009-11-27 | 2014-04-09 | 日立マクセル株式会社 | 非水二次電池およびその製造方法 |
CN102122708A (zh) * | 2010-01-08 | 2011-07-13 | 中国科学院物理研究所 | 用于锂离子二次电池的负极材料、含该负极材料的负极及其制备方法以及含该负极的电池 |
JP5566723B2 (ja) * | 2010-03-01 | 2014-08-06 | 古河電気工業株式会社 | 微粒子混合物、活物質凝集体、正極活物質材料、正極、2次電池及びこれらの製造方法 |
JP5411780B2 (ja) * | 2010-04-05 | 2014-02-12 | 信越化学工業株式会社 | 非水電解質二次電池用負極材及び非水電解質二次電池用負極材の製造方法並びにリチウムイオン二次電池 |
US9209456B2 (en) * | 2010-10-22 | 2015-12-08 | Amprius, Inc. | Composite structures containing high capacity porous active materials constrained in shells |
KR101181848B1 (ko) * | 2011-01-28 | 2012-09-11 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
JP5729163B2 (ja) * | 2011-06-24 | 2015-06-03 | トヨタ自動車株式会社 | 負極活物質及び負極活物質の製造方法 |
-
2013
- 2013-09-11 WO PCT/JP2013/005377 patent/WO2014049992A1/ja active Application Filing
- 2013-09-11 JP JP2014538138A patent/JP6092885B2/ja active Active
- 2013-09-11 CN CN201380046892.2A patent/CN104603993B/zh active Active
- 2013-09-11 US US14/420,732 patent/US20150221950A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20150221950A1 (en) | 2015-08-06 |
WO2014049992A1 (ja) | 2014-04-03 |
CN104603993B (zh) | 2017-09-01 |
JPWO2014049992A1 (ja) | 2016-08-22 |
CN104603993A (zh) | 2015-05-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6092885B2 (ja) | 非水電解質二次電池用負極活物質及びその負極活物質を用いた非水電解質二次電池 | |
JP6092558B2 (ja) | 負極活物質の製造方法 | |
CN110800142B (zh) | 锂二次电池用负极活性材料及其制备方法 | |
KR101378125B1 (ko) | 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 | |
JP6129404B2 (ja) | リチウム二次電池用負極活物質、この製造方法、及びこれを含むリチウム二次電池 | |
JP6314990B2 (ja) | 非水電解質二次電池用負極活物質及びその負極活物質を用いた非水電解質二次電池 | |
Shen et al. | Lithium cobalt oxides functionalized by conductive Al-doped ZnO coating as cathode for high-performance lithium ion batteries | |
Wu et al. | Sol–gel synthesis of Li2CoPO4F/C nanocomposite as a high power cathode material for lithium ion batteries | |
JP2009224307A (ja) | 非水電解質二次電池及びその製造方法 | |
He et al. | SmPO4-coated Li1. 2Mn0. 54Ni0. 13Co0. 13O2 as a cathode material with enhanced cycling stability for lithium ion batteries | |
JP2020510976A (ja) | 二次電池用陰極、その製造方法及びこれを使用して製造されたリチウム二次電池 | |
KR20230109122A (ko) | 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 이차 전지 | |
JP6105556B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP7415019B2 (ja) | マンガン酸リチウム正極活性材料及びそれを含む正極シート、二次電池、電池モジュール、電池パック及び電気装置 | |
Liu et al. | Low-temperature and high-performance Si/graphite composite anodes enabled by sulfite additive | |
CA2949364A1 (en) | Silicon material and negative electrode of secondary battery | |
JP2012049124A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
JP2015088343A (ja) | 非水電解液二次電池用正極活物質の製造方法。 | |
KR101722960B1 (ko) | 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 | |
JP6913067B2 (ja) | 酸化ケイ素−及びLiPONコーティングを有する粒子によりケイ素ベースの負極の寿命を延長する方法 | |
EP4386899A1 (en) | Negative electrode active material and preparation method therefor, secondary battery comprising same, and electric device | |
KR20220126101A (ko) | 이차 전지용 음극 활물질, 이를 포함하는 이차 전지 및 이의 제조 방법 | |
CA2950251C (en) | Silicon material and negative electrode of secondary battery | |
Xu et al. | Improve electrochemical performance of LiFePO 4/C cathode by coating Ti 2 O 3 through a facile route | |
EP4148823A1 (en) | Anode active material and lithium secondary battery including the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161102 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161206 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170111 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170209 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6092885 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |