JP6291479B2 - Negative electrode active material, negative electrode sheet and power storage device using the same - Google Patents

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Description

本発明は、高容量でサイクル特性および充電保存特性に優れたリチウムを吸蔵及び放出可能な合金系負極活物質、それを用いた負極シート及び蓄電デバイスに関する。   The present invention relates to an alloy-based negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium having high capacity and excellent cycle characteristics and charge storage characteristics, and a negative electrode sheet and an electricity storage device using the same.

近年、蓄電デバイス、特にリチウム二次電池は、携帯電話やノート型パソコン等の小型電子機器、電気自動車や電力貯蔵の用途において広く使用されている。スマートフォンやタブレットなど、リチウム二次電池が搭載されている電子機器の多機能化はますます進み、電力消費量が増大する流れにある。また、電気自動車については、利便性の向上のため、航続距離を如何に伸ばすか、即ち、蓄電デバイスのエネルギー密度の向上が普及の鍵となっている。
尚、本明細書において、リチウム二次電池という用語は、いわゆるリチウムイオン二次電池も含む概念として用いる。
In recent years, power storage devices, particularly lithium secondary batteries, have been widely used in small electronic devices such as mobile phones and laptop computers, electric vehicles, and power storage applications. Electronic devices equipped with lithium secondary batteries, such as smartphones and tablets, are becoming increasingly multifunctional and power consumption is increasing. For electric vehicles, in order to improve convenience, how to extend the cruising distance, that is, improvement of the energy density of the power storage device is the key to popularization.
In the present specification, the term lithium secondary battery is used as a concept including so-called lithium ion secondary batteries.

蓄電デバイスのエネルギー密度の向上のため、リチウムを吸蔵および放出可能な理論容量が、現在、最も広く用いられている負極活物質である黒鉛の理論容量に比べて非常に大きいシリコンや錫などを含む合金系の負極活物質が盛んに研究されている。しかしながら、これらの合金系の材料は、リチウムを吸蔵した際に大きく体積膨張し、活物質が割れて微粉化するために、集電性が低下したり、電極が膨張しやすいという課題がある。また、活物質が割れたことにより発生する活性な新生面において、非水電解液が分解されやすいため、非水電解液の分解物が活物質表面に沈着して抵抗が増加したり、ガス発生により電池が膨れやすいという課題がある。   In order to improve the energy density of energy storage devices, the theoretical capacity capable of occluding and releasing lithium includes silicon, tin, etc., which are much larger than the theoretical capacity of graphite, which is currently the most widely used negative electrode active material. Alloy-based negative electrode active materials have been actively studied. However, these alloy-based materials have a problem that the volume of the material greatly expands when lithium is occluded, and the active material is cracked and pulverized, so that the current collecting property is lowered and the electrode is easily expanded. Moreover, since the non-aqueous electrolyte is easily decomposed on the active new surface generated by the cracking of the active material, the decomposition product of the non-aqueous electrolyte is deposited on the surface of the active material to increase resistance, There is a problem that the battery tends to swell.

このような課題に対して、特許文献1には、単ロール法またはアトマイズ法により合成されたケイ素(Si) と、銅(Cu)、ニッケル(Ni)およびコバルト(Co)からなる群のうちの少なくとも1種の金属元素とを構成元素として含むケイ素合金を負極材料として用いることによって、20℃で50サイクルした後の容量維持率が改善されることが示されている。特許文献2には、Si相と、SiとCuとの金属間化合物であるSiCu合金からなるSiCu相との複合相からなる粉体であり、かつ、SiCu相の組成がx<yであり、SiCu相からなる金属間化合物相の平均硬さが800HV以下であることを特徴とするSi系合金を負極材料に用いることにより、25℃で20サイクルした後の容量維持率が改善されることが示されている。For such a problem, Patent Document 1 discloses that silicon (Si) synthesized by a single roll method or an atomizing method and copper (Cu), nickel (Ni), and cobalt (Co) are selected from the group consisting of It has been shown that the capacity retention rate after 50 cycles at 20 ° C. is improved by using a silicon alloy containing at least one metal element as a constituent element as the negative electrode material. Patent Document 2 discloses a powder composed of a composite phase of an Si phase and an Si x Cu y phase composed of an Si x Cu y alloy which is an intermetallic compound of Si and Cu, and an Si x Cu y phase. a composition of x <y, by using a Si alloy average hardness of the intermetallic compound phase consisting of Si x Cu y phase is equal to or less than 800HV a negative electrode material, 20 cycles at 25 ° C. It has been shown that the capacity retention after the improvement is improved.

特開2004−362895号公報JP 2004-362895 A 特許第4865105号公報Japanese Patent No. 4865105

本発明は、高容量であり、サイクル特性および充電保存特性に優れたリチウムを吸蔵及び放出可能な合金系負極活物質、それを用いた負極シート及び蓄電デバイスを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an alloy-based negative electrode active material that has a high capacity and is capable of occluding and releasing lithium, which is excellent in cycle characteristics and charge storage characteristics, and a negative electrode sheet and an electricity storage device using the same.

本発明者らは、上記従来技術のケイ素合金負極の性能について詳細に検討した。その結果、前記特許文献1及び2のケイ素合金負極では、サイクル特性が必ずしも十分ではなく、更に、充電状態で高温保存した際のガス発生量が多く、実用上問題となることが分かった。
そこで、本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ケイ素と銅を少なくとも主成分として含む合金において、ごく微量の酸素を含有させることで、サイクル特性の改善と、高温での充電保存特性の向上、特に、ガス発生を著しく抑制できることを見出し、本発明を完成した。
The present inventors have studied in detail the performance of the above-described conventional silicon alloy negative electrode. As a result, it was found that the silicon alloy negative electrodes of Patent Documents 1 and 2 do not necessarily have sufficient cycle characteristics, and further, a large amount of gas is generated when stored at a high temperature in a charged state, which poses a practical problem.
Therefore, as a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors have improved the cycle characteristics by including a very small amount of oxygen in an alloy containing at least silicon and copper as main components. The present inventors have found that the charge storage characteristics at high temperature can be improved, particularly that gas generation can be remarkably suppressed.

すなわち、本発明は、下記の(1)〜(4)を提供するものである。
(1)下記一般式(I)
That is, the present invention provides the following (1) to (4).
(1) The following general formula (I)

SiCu (I)
(式中、p+q+r+s=100、s=0.01〜5、q=5〜50、r=0〜10、Mは、Be、B、Al、P、Zn、Ga、Ge、In、Sn、Sb、Y、Zr、Nb、Mo、及びWから選ばれる少なくとも一種以上の元素を表す。)
で表される微量の酸素を含有するケイ素−銅合金負極活物質であって、
XRD測定により、ケイ素単体およびSiCu の回折ピーク位置と一致する回折ピークが検出されるケイ素−銅合金負極活物質
Si p Cu q M r O s (I)
(In the formula, p + q + r + s = 100, s = 0.01-5, q = 5-50, r = 0-10, M is Be, B, Al, P, Zn, Ga, Ge, In, Sn, Sb. And represents at least one element selected from Y, Zr, Nb, Mo, and W.)
A silicon-copper alloy negative electrode active material containing a trace amount of oxygen represented by :
A silicon-copper alloy negative electrode active material in which a diffraction peak corresponding to the diffraction peak position of silicon simple substance and SiCu 3 is detected by XRD measurement .

(2)前記一般式(I)で表される負極活物質、炭素材料、および、結着剤からなる負極合剤を銅集電体表面に塗布したことを特徴とする負極シート。
(3)正極、負極及び非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液を備えた蓄電デバイスにおいて、前記負極が少なくとも前記一般式(I)で表される負極活物質を含むことを特徴とする蓄電デバイス。
(4)正極、負極及び非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液を備えた蓄電デバイスにおいて、前記負極が少なくとも前記(2)で表される負極シートを用いたことを特徴とする蓄電デバイス。
(2) A negative electrode sheet in which a negative electrode mixture comprising a negative electrode active material represented by the general formula (I), a carbon material, and a binder is applied to the surface of a copper current collector.
(3) In an electricity storage device including a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent, the negative electrode includes at least a negative electrode active material represented by the general formula (I). A power storage device characterized.
(4) An electricity storage device including a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent, wherein the negative electrode uses at least the negative electrode sheet represented by (2) above. Power storage device.

本発明によれば、高容量でサイクル特性および充電保存特性に優れたリチウムを吸蔵及び放出可能な合金系負極活物質、並びにそれを用いた負極シート及び蓄電デバイスを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the alloy type negative electrode active material which can occlude and discharge | release lithium which was high capacity | capacitance and excellent in cycling characteristics and charge storage characteristics, and a negative electrode sheet and an electrical storage device using the same can be provided.

本願発明の負極活物質の構成のイメージを示す図である。It is a figure which shows the image of a structure of the negative electrode active material of this invention.

〔態様1;負極活物質〕
本願発明の負極活物質は、下記一般式(I)で表されるケイ素−銅合金負極活物質である。
[Aspect 1; Negative electrode active material]
The negative electrode active material of the present invention is a silicon-copper alloy negative electrode active material represented by the following general formula (I).

SiCu (I)
(式中、p+q+r+s=100、s=0.01〜5、q=5〜50、r=0〜10、Mは、Be、B、Al、P、Zn、Ga、Ge、In、Sn、Sb、Y、Zr、Nb、Mo、及びWから選ばれる少なくとも一種以上の元素を表す。)
Si p Cu q M r O s (I)
(In the formula, p + q + r + s = 100, s = 0.01-5, q = 5-50, r = 0-10, M is Be, B, Al, P, Zn, Ga, Ge, In, Sn, Sb. And represents at least one element selected from Y, Zr, Nb, Mo, and W.)

図1に本願発明のケイ素−銅合金負極活物質の構成の一態様に関するイメージ図を示す。SiCuと同じ結晶構造を有するSiCuを主成分とする相(B)のマトリックス中にケイ素単体と同じ結晶構造を有するSiOを主成分とする相(A)の粒子が埋め込まれた状態にある。ただし、x/y(以下、酸素分配パラメターと呼ぶ)は0.5以下である。また、前記一般式(I)で表される負極活物質が元素Mを含む場合は、元素Mは、相(A)、相(B)の何れかに含まれるか、もしくは、相(A)、相(B)以外の別の相として含まれても良い。FIG. 1 shows an image diagram relating to one embodiment of the structure of the silicon-copper alloy negative electrode active material of the present invention. Particle phase composed mainly of SiO x (A) of the SiCu 3 O y having the same crystal structure as SiCu 3 in a matrix phase as a main component (B) having the same crystal structure as silicon simple substance is embedded Is in a state. However, x / y (hereinafter referred to as oxygen distribution parameter) is 0.5 or less. When the negative electrode active material represented by the general formula (I) includes the element M, the element M is included in either the phase (A) or the phase (B), or the phase (A) , And may be included as another phase other than phase (B).

本発明のケイ素−銅合金負極活物質がサイクル特性および充電保存特性に優れる理由は明らかではないが、以下のように考えられる。従来は、ケイ素−銅合金負極活物質を製造する際においては、負極活物質が酸化されることによる影響、特に電子伝導性を期待して配合されている金属銅が酸化されてしまうことにより、折角の電子伝導性が失われてしまうことを懸念して、単ロール法やアトマイズ法などを用いた高温下で行われる製造工程における雰囲気中に酸素が全くない状態で処理することが一般的であった。そのため、従来においては、製造して得られるケイ素と銅を少なくとも主成分として含む合金中の酸素濃度は検出限界以下のものであった。これに対して、本願発明では、常識的には特性を損なう可能性のあった酸素に敢えて着眼し、極微量の酸素を製造過程に導入することにより、ケイ素と銅を少なくとも主成分として含む合金中に極微量の酸素を含ませることが出来、その結果として、得られる負極活物質を、ケイ素単体と同じ結晶構造を有するSiOを主成分とする相(A)とSiCuと同じ結晶構造を有するSiCuを主成分とする相(B)とからなる構造を有するものとした。特に、本願発明によれば、この僅かな酸素原子を導入し、このような相(A)と相(B)とを有する構造とすることで、この僅かな酸素原子が、相(B)の電子伝導性を低下させることなく、相(A)と相(B)の接合強度を高めることができるため、サイクル特性が著しく向上したと考えられる。更には、この僅かな酸素原子が、非水電解液との電気化学的な反応を抑制することができるため、充電状態におけるガス発生を顕著に抑制できると考えられる。The reason why the silicon-copper alloy negative electrode active material of the present invention is excellent in cycle characteristics and charge storage characteristics is not clear, but is considered as follows. Conventionally, in producing a silicon-copper alloy negative electrode active material, the influence of oxidation of the negative electrode active material, in particular, the metal copper blended in anticipation of electronic conductivity is oxidized, Concerned that the electronic conductivity of the corners will be lost, it is common to process in a state where there is no oxygen in the atmosphere in the manufacturing process performed at a high temperature using a single roll method or an atomizing method. there were. Therefore, conventionally, the oxygen concentration in an alloy containing at least silicon and copper as main components obtained by manufacturing has been below the detection limit. On the other hand, in the present invention, an alloy containing silicon and copper at least as main components by focusing attention on oxygen that may impair characteristics in common sense and introducing a very small amount of oxygen into the production process. A very small amount of oxygen can be contained therein, and as a result, the obtained negative electrode active material has the same crystal structure as SiCu 3 and the phase (A) mainly composed of SiO x having the same crystal structure as that of silicon alone. And having a structure composed of a phase (B) containing SiCu 3 O y as a main component. In particular, according to the present invention, this slight oxygen atom is introduced to form a structure having such a phase (A) and a phase (B). It is considered that the cycle characteristics are remarkably improved because the bonding strength between the phase (A) and the phase (B) can be increased without lowering the electronic conductivity. Furthermore, since these slight oxygen atoms can suppress an electrochemical reaction with the non-aqueous electrolyte, it is considered that gas generation in a charged state can be remarkably suppressed.

(一般式(I)で表されるケイ素−銅合金負極活物質) (Silicon-copper alloy negative electrode active material represented by general formula (I))

SiCu (I)
式中、p+q+r+s=100、s=0.01〜5、q=5〜50、r=0〜10、Mは、Be、B、Al、P、Zn、Ga、Ge、In、Sn、Sb、Y、Zr、Nb、Mo、及びWから選ばれる少なくとも一種以上の元素を表す。
Si p Cu q M r O s (I)
In the formula, p + q + r + s = 100, s = 0.01-5, q = 5-50, r = 0-10, M is Be, B, Al, P, Zn, Ga, Ge, In, Sn, Sb, It represents at least one element selected from Y, Zr, Nb, Mo, and W.

酸素含有量を表すs(単位は atomic%)は、5atomic%以下であれば、活物質の電子伝導性やリチウムを吸蔵及び放出可能な電気容量が低下するおそれが少なく、また、0.01atomic%以上であれば活物質の内部の膨張および収縮に対する強度が高まり、更には、非水電解液との反応が抑制されるため、サイクル特性および充電保存特性が向上するので好ましい。sの値としては、0.02atomic%以上が好ましく、0.05atomic%以上がより好ましく、0.1atomic%以上が更に好ましく、その上限は、3atomic%以下が好ましく、2atomic%以下がより好ましく、1atomic%以下が更に好ましい。
尚、負極活物質中の酸素含有量は、不活性ガス融解−赤外線吸収法などの方法により分析することが可能である。
If s representing the oxygen content (unit: atomic%) is 5 atomic% or less, the electronic conductivity of the active material and the electric capacity capable of inserting and extracting lithium are less likely to decrease, and 0.01 atomic% If it is above, since the intensity | strength with respect to the expansion | swelling and shrinkage | contraction of an active material will increase and reaction with a non-aqueous electrolyte will be suppressed, cycling characteristics and charge storage characteristics will improve, and it is preferable. The value of s is preferably 0.02 atomic% or more, more preferably 0.05 atomic% or more, still more preferably 0.1 atomic% or more, and the upper limit thereof is preferably 3 atomic% or less, more preferably 2 atomic% or less, and 1 atomic% or more. % Or less is more preferable.
The oxygen content in the negative electrode active material can be analyzed by a method such as an inert gas melting-infrared absorption method.

銅含有量を表すq(単位は atomic%)は、50atomic%以下であれば、リチウムを吸蔵及び放出可能な電気容量が低下するおそれが少なく、また、5atomic%以上であれば活物質の電子伝導性や活物質の内部の膨張および収縮に対する強度が高まり、更には、非水電解液との反応が抑制されるため、サイクル特性および充電保存特性が向上するので好ましい。qの値としては、8atomic%以上がより好ましく、15atomic%以上が更に好ましく、20atomic%以上が特に好ましく、その上限は、45atomic%以下がより好ましく、40atomic%以下が更に好ましく、35atomic%以下が特に好ましい。   If q (unit: atomic%) representing the copper content is 50 atomic% or less, the electric capacity capable of occluding and releasing lithium is less likely to decrease, and if it is 5 atomic% or more, the electronic conductivity of the active material is reduced. And the strength against expansion and contraction inside the active material are increased, and further, the reaction with the non-aqueous electrolyte is suppressed, so that the cycle characteristics and the charge storage characteristics are improved, which is preferable. The value of q is more preferably 8 atomic% or more, more preferably 15 atomic% or more, particularly preferably 20 atomic% or more, and the upper limit thereof is more preferably 45 atomic% or less, still more preferably 40 atomic% or less, and particularly preferably 35 atomic% or less. preferable.

本発明のケイ素−銅合金負極活物質には、ケイ素、銅、酸素以外の元素Mを含むことが好ましく、Mとしては、IIA族のBe、IIIA〜VIA族のY、Zr、Nb、Mo、W、IIB〜VB族のB、Al、P、Zn、Ga、Ge、In、Sn、Sbから選ばれる少なくとも一種以上の元素を含有させると、活物質の内部の膨張および収縮に対する強度が高まりサイクル特性および充電保存特性が向上するので好ましい。中でも、Be、Y、Zr、Nb、Zn、B、Al、P、Ge、In、及びSbから選ばれる少なくとも一種の元素が更に好ましく、Be、Zr、Zn、B、Al、In、及びSbから選ばれる少なくとも一種の元素が特に好ましい。中でも、Be、Zr、Zn、B、Al、In、及びSbから選ばれる二種以上の元素が含まれることが最も好ましい。
前記一般式(I)で表される負極活物質が、元素Mを含む場合は、相(A)、相(B)の何れかに含まれるか、もしくは、相(A)、相(B)以外の別の相として含まれても良い。
The silicon-copper alloy negative electrode active material of the present invention preferably contains an element M other than silicon, copper, and oxygen. Examples of M include Be of Group IIA, Y of Group IIIA to VIA, Zr, Nb, Mo, Inclusion of at least one element selected from W, IIB to VB group B, Al, P, Zn, Ga, Ge, In, Sn, Sb increases the strength against expansion and contraction inside the active material. This is preferable because the characteristics and charge storage characteristics are improved. Among these, at least one element selected from Be, Y, Zr, Nb, Zn, B, Al, P, Ge, In, and Sb is more preferable. From Be, Zr, Zn, B, Al, In, and Sb Particularly preferred are at least one element selected. Among these, it is most preferable that two or more elements selected from Be, Zr, Zn, B, Al, In, and Sb are included.
When the negative electrode active material represented by the general formula (I) includes the element M, it is included in either the phase (A) or the phase (B), or the phase (A) or the phase (B). It may be included as another phase other than.

前記一般式(I)で表される負極活物質が粉体を形成する場合、該粉体の二次粒子の平均粒子径は、1〜40μmであることが好ましい。40μm以下であれば、電極に塗工した際に均一に塗工できるので、電極シートの剥離等の故障が生じる恐れがないので好ましく、また、1μm以上であれば、粉体の比表面積が小さくなり、非水電解液との反応を抑制でき、サイクル特性および充電保存特性が向上するので好ましい。平均粒子径としては、3μm以上がより好ましく、15μm以上が更に好ましく、20μm以上が特に好ましく、その上限は、35μm以下がより好ましく、30μm以下が更に好ましい。
尚、負極活物質粉体の二次粒子の平均粒子径は、レーザー回折/散乱法を用いた粒度分布計で測定することが出来る。平均粒子径とは、体積累積粒度分布の50%径、即ち、メジアン径(D50)として、測定することが出来る。
When the negative electrode active material represented by the general formula (I) forms a powder, the average particle diameter of secondary particles of the powder is preferably 1 to 40 μm. If it is 40 μm or less, it can be applied uniformly when applied to the electrode, so there is no risk of failure such as peeling of the electrode sheet, and if it is 1 μm or more, the specific surface area of the powder is small. Therefore, the reaction with the non-aqueous electrolyte can be suppressed, and the cycle characteristics and the charge storage characteristics are improved. The average particle diameter is more preferably 3 μm or more, further preferably 15 μm or more, particularly preferably 20 μm or more, and the upper limit thereof is more preferably 35 μm or less, further preferably 30 μm or less.
In addition, the average particle diameter of the secondary particles of the negative electrode active material powder can be measured with a particle size distribution meter using a laser diffraction / scattering method. The average particle diameter can be measured as the 50% diameter of the volume cumulative particle size distribution, that is, the median diameter (D50).

また、二次粒子の体積累積粒度分布の5%径(D5)が0.2μm以上であることが好ましい。0.2μm以上であれば、電気化学的に活性なケイ素単体と同じ結晶構造を有するSiOを主成分とする相(A)が、SiCuと同じ結晶構造を有するSiCuを主成分とする相(B)により十分に覆われるため、非水電解液との反応を抑制でき、サイクル特性および充電保存特性が向上するので好ましい。体積累積粒度分布の5%径(D5)は1μm以上がより好ましく、5μm以上が更に好ましく、10μm以上が特に好ましい。Moreover, it is preferable that the 5% diameter (D5) of the volume cumulative particle size distribution of the secondary particles is 0.2 μm or more. If 0.2μm or more, the phase mainly composed of SiO x having the same crystal structure as the electrochemically active elemental silicon (A) is mainly composed of SiCu 3 O y having the same crystal structure as SiCu 3 Is sufficiently covered with the phase (B), which is preferable because the reaction with the non-aqueous electrolyte can be suppressed and the cycle characteristics and the charge storage characteristics are improved. The 5% diameter (D5) of the volume cumulative particle size distribution is more preferably 1 μm or more, further preferably 5 μm or more, and particularly preferably 10 μm or more.

また、相(A)の平均結晶粒径が、0.1〜10μmであることが好ましい。相(A)の平均結晶粒径が10μm以下であれば、リチウムの吸蔵及び放出に伴う体積変化による歪が小さく、サイクル特性が向上するので好ましい。また、相(A)の平均結晶粒径が0.1μm以上であれば、非水電解液との反応が抑制されるため、サイクル特性および充電保存特性が向上するので好ましい。相(A)の平均結晶粒径は、0.3〜5μmであることが更に好ましく、1〜4μmであることが特に好ましい。
尚、相(A)の平均結晶粒径は、例えば、負極活物質を樹脂に包埋し、研磨することにより、断面試料を準備し、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した写真から、粒子像解析を行うことにより、求めることができる。
Moreover, it is preferable that the average crystal grain diameter of a phase (A) is 0.1-10 micrometers. An average crystal grain size of the phase (A) of 10 μm or less is preferable because distortion due to volume change accompanying insertion and extraction of lithium is small, and cycle characteristics are improved. Moreover, if the average crystal grain size of the phase (A) is 0.1 μm or more, the reaction with the non-aqueous electrolyte is suppressed, so that the cycle characteristics and the charge storage characteristics are improved, which is preferable. The average crystal grain size of the phase (A) is more preferably 0.3 to 5 μm, and particularly preferably 1 to 4 μm.
The average crystal grain size of the phase (A) is determined from, for example, a photograph in which a cross-sectional sample is prepared by embedding a negative electrode active material in a resin and polishing, and observed with a scanning electron microscope (SEM). It can be obtained by performing image analysis.

前記一般式(I)で表される負極活物質が、ケイ素単体と同じ結晶構造を有するSiOを主成分とする相(A)とSiCuと同じ結晶構造を有するSiCuを主成分とする相(B)からなる場合、前記一般式(I)で表される負極活物質中の酸素原子は、相(A)よりも相(B)内に含有している量が多いと、相(A)との界面の接合強度が高まり、活物質の内部の膨張および収縮に対する強度が増し、更には、非水電解液との反応が抑制されるため、サイクル特性および充電保存特性が向上するので好ましい。即ち、yの値は、xの値よりも大きいことが好ましく、酸素分配パラメターx/yは、0.5以下であることがより好ましく、0.1以下であることが更に好ましい。
尚、x、yの値は、例えば、負極活物質を集束イオンビーム(FIB)装置などを用いて、薄片の試料を作製し、透過型電子顕微鏡(TEM)に付属するエネルギー分散型X線分光分析装置(EDS)を用いて測定することが出来る。
Negative electrode active material represented by the general formula (I), composed mainly of SiCu 3 O y having the same crystal structure phase mainly composed of SiO x having the same crystal structure as elemental silicon (A) and SiCu 3 When the oxygen atom in the negative electrode active material represented by the general formula (I) is contained in the phase (B) more than the phase (A), Bond strength at the interface with the phase (A) is increased, strength against expansion and contraction inside the active material is increased, and further, reaction with the non-aqueous electrolyte is suppressed, so that cycle characteristics and charge storage characteristics are improved. This is preferable. That is, the value of y is preferably larger than the value of x, and the oxygen distribution parameter x / y is more preferably 0.5 or less, and further preferably 0.1 or less.
For the values of x and y, for example, a negative electrode active material is prepared using a focused ion beam (FIB) apparatus or the like, and a thin sample is prepared, and energy dispersive X-ray spectroscopy attached to a transmission electron microscope (TEM) is used. It can be measured using an analyzer (EDS).

この負極活物質は、例えば、次のように単ロール法またはアトマイズ法を用いて製造することができる。   This negative electrode active material can be manufactured using, for example, a single roll method or an atomizing method as follows.

単ロール法により製造する場合には、まず、例えば、ケイ素合金の原料インゴットを所定の比で混合し、それをアルゴンガスに僅かに酸素を導入した雰囲気中において高周波誘導加熱により溶解させたのち、回転するロールに噴射させ、ケイ素−銅合金の薄片を得る。次いで、ケイ素−銅合金の薄片を粉砕したのち、必要に応じて分級することにより、負極活物質を得ることができる。   In the case of producing by a single roll method, for example, first, a raw material ingot of a silicon alloy is mixed at a predetermined ratio, and after being dissolved by high frequency induction heating in an atmosphere in which oxygen is slightly introduced into argon gas, It is sprayed on a rotating roll to obtain a silicon-copper alloy flake. Next, after pulverizing the silicon-copper alloy flakes, the negative active material can be obtained by classification as necessary.

また、アトマイズ法により製造する場合には、まず、例えば、ケイ素−銅合金の原料インゴットを所定の比で混合し、それをアルゴンガス雰囲気下もしくはアルゴンガスに僅かに酸素を導入した雰囲気下において、高周波誘導加熱により溶解させて溶湯を得る。次いで、この溶湯をアルゴンガス雰囲気下もしくはアルゴンガスに僅かに酸素を導入した雰囲気下のタンクに噴射する一方、噴霧中の試料に向けてアルゴンガスもしくは僅かに酸素を導入したアルゴンガスを噴出して、ケイ素−銅合金粉末を得る。その後、必要に応じて分級することにより、負極活物質を得ることができる。なお、アトマイズ法としては、ここで説明したガスアトマイズ法に限られるものではない。酸素の導入は任意の工程で行うことが出来、少なくともいずれかの工程で導入すればよいが、酸素濃度としては、1ppm〜3000ppm程度が好ましく、100ppm〜2000ppmが更に好ましい。中でも、相(B)に含有する酸素濃度を高めるため、噴霧中の試料に向けて噴出されるアルゴンガスに1ppm〜3000ppm程度の酸素を含有させることが特に好ましい。酸素分配パラメターx/yは、各工程のうち2以上の工程において酸素を導入し、かつ各工程の酸素濃度に濃淡をつけることにより調整することが可能である。たとえば、溶湯をタンクに噴射する工程など主として相(A)の形成に影響を及ぼす工程においては、酸素濃度を比較的低いものとする一方で、噴霧中の試料に向けてアルゴンガス噴射する工程など主として相(B)の形成に影響を及ぼす工程においては、酸素濃度を比較的高いものとすることにより、酸素分配パラメターx/yを調整することができる。
また、アトマイズのノズルの径や噴霧中の試料に向けて噴出するアルゴンガスの噴出圧力などを調整したり、酸素濃度を適宜調整することにより、負極活物質粉体の二次粒子の平均粒子径や相(A)の平均結晶粒径をコントロールすることが出来る。また、二次粒子径の調整のため、粉砕や分級を行うことができるが、粉砕を行わない方が、サイクル特性および充電保存特性が向上するので好ましい。
In the case of producing by the atomizing method, first, for example, a raw material ingot of a silicon-copper alloy is mixed at a predetermined ratio, and this is mixed in an argon gas atmosphere or an atmosphere in which oxygen is slightly introduced into the argon gas. The molten metal is obtained by melting by high frequency induction heating. Next, the molten metal is injected into a tank under an argon gas atmosphere or an atmosphere in which oxygen is slightly introduced into the argon gas, while argon gas or argon gas into which oxygen is slightly introduced is sprayed toward the sample being sprayed. A silicon-copper alloy powder is obtained. Then, a negative electrode active material can be obtained by classifying as needed. The atomizing method is not limited to the gas atomizing method described here. Oxygen can be introduced in any step, and it may be introduced in at least one of the steps, but the oxygen concentration is preferably about 1 ppm to 3000 ppm, more preferably 100 ppm to 2000 ppm. Among them, in order to increase the oxygen concentration contained in the phase (B), it is particularly preferable that the argon gas ejected toward the sample being sprayed contains about 1 ppm to 3000 ppm of oxygen. The oxygen distribution parameter x / y can be adjusted by introducing oxygen in two or more steps of each step and adding light / dark to the oxygen concentration in each step. For example, in a process that mainly affects the formation of the phase (A), such as a process of injecting molten metal into a tank, a process of injecting argon gas toward the sample being sprayed while making the oxygen concentration relatively low In the step that mainly affects the formation of the phase (B), the oxygen distribution parameter x / y can be adjusted by making the oxygen concentration relatively high.
Also, the average particle diameter of the secondary particles of the negative electrode active material powder can be adjusted by adjusting the diameter of the atomizing nozzle, the pressure of argon gas jetted toward the sample being sprayed, or by adjusting the oxygen concentration as appropriate. And the average crystal grain size of phase (A) can be controlled. In addition, pulverization and classification can be performed to adjust the secondary particle diameter, but it is preferable not to perform pulverization because cycle characteristics and charge storage characteristics are improved.

〔態様2;負極シート〕
本発明の負極シートは、態様1のケイ素−銅合金負極活物質、炭素材料、および、結着剤からなる負極合剤により形成されたシート状の成形体であり、態様1のケイ素−銅合金負極活物質、炭素材料、結着剤、1−メチル−2−ピロリドン等の高沸点溶剤を用いて混練してスラリーとした後、このスラリーを集電体の銅箔等に塗布して、乾燥、加圧成型した後、50℃〜350℃程度の温度で2時間程度減圧下もしくは不活性雰囲気下等で加熱処理することにより作製することができる。なお、本発明の負極シート中において、炭素材料は、導電剤あるいは活物質として作用するものである。
[Aspect 2; negative electrode sheet]
The negative electrode sheet of the present invention is a sheet-like formed body formed of a negative electrode mixture comprising the silicon-copper alloy negative electrode active material, the carbon material, and the binder according to aspect 1, and the silicon-copper alloy according to aspect 1 A negative electrode active material, a carbon material, a binder, and a high boiling point solvent such as 1-methyl-2-pyrrolidone are kneaded to form a slurry, which is then applied to a copper foil of a current collector and dried. After pressure molding, it can be produced by heat treatment at a temperature of about 50 ° C. to 350 ° C. for about 2 hours under reduced pressure or in an inert atmosphere. In the negative electrode sheet of the present invention, the carbon material acts as a conductive agent or an active material.

ケイ素−銅合金負極活物質の量としては、負極合剤中の質量として、高容量化のため、1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましく、サイクル特性向上の観点から、80質量%以下が好ましく、65質量%以下がより好ましく、45質量%以下が更に好ましい。   The amount of the silicon-copper alloy negative electrode active material is preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, still more preferably 10% by mass or more, in order to increase the capacity of the negative electrode mixture. From the viewpoint of improving characteristics, it is preferably 80% by mass or less, more preferably 65% by mass or less, and further preferably 45% by mass or less.

ケイ素−銅合金負極活物質と、導電剤や活物質として用いられる炭素材料とを混合して使用する場合、ケイ素−銅合金負極活物質と炭素材料との比率は、炭素材料との混合による電子伝導性向上効果に基づくサイクル特性改善の観点から、負極合剤中のケイ素−銅合金負極活物質の全質量に対する炭素材料の全質量の比が、0.2以上であることが好ましく、1以上であることがより好ましく、5以上であることが更に好ましい。また、ケイ素−銅合金負極活物質と混合する炭素材料の比率が多すぎると、負極合剤層中のケイ素−銅合金負極活物質量が低下し、高容量化の効果が小さくなる虞があることから、ケイ素−銅合金負極活物質の全質量に対する炭素材料の全質量の比は、95以下であることが好ましく、70以下であることがより好ましく、45以下であることが更に好ましい。本願発明のケイ素−銅合金負極活物質は、相(B)の電子伝導性の高さの効果により、炭素材料との電気的な接触が良好であり、導電性を確保するため、比表面積の大きな導電助剤の使用が少なくて済むという効果を有する。   When a silicon-copper alloy negative electrode active material and a carbon material used as a conductive agent or an active material are mixed and used, the ratio of the silicon-copper alloy negative electrode active material and the carbon material is an electron generated by mixing the carbon material. From the viewpoint of improving cycle characteristics based on the conductivity improving effect, the ratio of the total mass of the carbon material to the total mass of the silicon-copper alloy negative electrode active material in the negative electrode mixture is preferably 0.2 or more, preferably 1 or more. More preferably, it is more preferably 5 or more. Moreover, when there is too much ratio of the carbon material mixed with a silicon-copper alloy negative electrode active material, the amount of the silicon-copper alloy negative electrode active material in a negative electrode mixture layer falls, and there exists a possibility that the effect of high capacity | capacitance may become small. Therefore, the ratio of the total mass of the carbon material to the total mass of the silicon-copper alloy negative electrode active material is preferably 95 or less, more preferably 70 or less, and even more preferably 45 or less. The silicon-copper alloy negative electrode active material of the present invention has a specific surface area in order to ensure good electrical contact with the carbon material due to the effect of the high electronic conductivity of the phase (B) and to ensure conductivity. There is an effect that the use of a large conductive auxiliary agent can be reduced.

炭素材料としては、リチウムを吸蔵及び放出することが可能な炭素材料〔易黒鉛化炭素や、(002)面の面間隔が0.37nm以上の難黒鉛化炭素や、(002)面の面間隔が0.34nm以下の黒鉛等〕や、導電性助剤として、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック等を用いることができるが、上記の理由のため、導電助剤の使用量を負極合剤中の質量として、20質量%以下、更に好ましくは、10質量%以下にすることが出来る。   Examples of the carbon material include carbon materials that can occlude and release lithium [graphitizable carbon, non-graphitizable carbon with a (002) plane spacing of 0.37 nm or more, and (002) plane spacing. Graphite of 0.34 nm or less] and carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, etc. can be used as the conductive auxiliary agent. Therefore, the amount of the conductive aid used can be 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, based on the mass of the negative electrode mixture.

この効果は、導電助剤として、繊維状炭素粉末を用いた時に顕著に現れる。特に、前記繊維状炭素粉末が、炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成している微細な炭素繊維からなる場合が特に好ましい。
釣鐘状構造胴部は、開放端側に緩やかに広がっており、その結果、胴部の母線は釣鐘状構造単位の中心軸に対してわずかに傾斜し、両者のなす角θは、15°より小さく、より好ましくは1°<θ<15°、更に好ましくは2°<θ<10°である。θが大きくなりすぎると、該構造単位から構成される微細繊維が魚骨状炭素繊維様の構造を呈してしまい、繊維軸方向の導電性が損なわれてしまう。一方θが小さいと、円筒チューブ状に近い構造となり、構造単位の胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が低くなるため、隣接繊維間の導電性が悪化する。
釣鐘状構造単位積層数は、好ましくは2〜25個であり、より好ましくは2〜15個である。
集合体の胴部の外径Dは、5〜40nm、好ましくは5〜30nm、更に好ましくは5〜20nmである。Dが40nm以下であれば、繊維径が太くなり過ぎず、負極活物質との導電パスを形成するため過度の添加量を必要としないため、好ましい。一方、Dが5nm以上であれば、繊維径が細くなって繊維同士の凝集が強くなり、負極合剤内に分散させることが困難にならないので好ましい。
また、集合体胴部の内径dは、3〜30nm、好ましくは3〜20nm、更に好ましくは3〜10nmである。
集合体の長さLと胴部外径Dから算出されるアスペクト比(L/D)は、2〜150、好ましくは2〜50、より好ましくは2〜30、更に好ましくは2〜20である。アスペクト比が大きいと、形成される繊維の構造が円筒チューブ状に近づき、1本の繊維における繊維軸方向の導電性は向上するが、構造単位胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が低くなるため、隣接繊維間の導電性が悪化する。一方、アスペクト比が小さいと構造単位胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が高くなるため、隣接繊維間の導電性は向上するが、繊維外周面が、繊維軸方向に短いグラファイト網面が多数連結して構成されるため、1本の繊維における繊維軸方向の導電性が損なわれる。
繊維状炭素粉末の量としては、負極合剤中の質量として、1〜10質量%含むことが好ましく、2〜5質量%含むことがより好ましい。
This effect is noticeable when fibrous carbon powder is used as a conductive additive. In particular, the fibrous carbon powder has a graphite mesh surface composed of only carbon atoms, forming a bell-shaped structural unit having a closed top portion and a trunk portion having an open bottom, and the bell-shaped structural unit is In some cases, 2-30 pieces are stacked by sharing the central axis to form an aggregate, and the aggregate is composed of fine carbon fibers that are connected to form a fiber in a head-to-tail manner. Particularly preferred.
The bell-shaped structure body portion gradually spreads toward the open end, and as a result, the busbar of the body portion is slightly inclined with respect to the central axis of the bell-shaped structure unit, and the angle θ formed by both is from 15 °. It is small, more preferably 1 ° <θ <15 °, and further preferably 2 ° <θ <10 °. If θ is too large, fine fibers composed of the structural unit exhibit a fishbone-like carbon fiber-like structure, and the conductivity in the fiber axis direction is impaired. On the other hand, when θ is small, the structure is close to a cylindrical tube shape, and the frequency at which the open end of the graphite mesh surface constituting the body of the structural unit is exposed to the outer peripheral surface of the fiber becomes low, so the conductivity between adjacent fibers deteriorates. .
The number of bell-shaped structural unit laminations is preferably 2 to 25, and more preferably 2 to 15.
The outer diameter D of the trunk portion of the aggregate is 5 to 40 nm, preferably 5 to 30 nm, and more preferably 5 to 20 nm. If D is 40 nm or less, the fiber diameter is not too large, and an excessive addition amount is not required to form a conductive path with the negative electrode active material, which is preferable. On the other hand, if D is 5 nm or more, it is preferable because the fiber diameter becomes thin and the aggregation of fibers becomes strong and it is not difficult to disperse in the negative electrode mixture.
The inner diameter d of the aggregate body is 3 to 30 nm, preferably 3 to 20 nm, more preferably 3 to 10 nm.
The aspect ratio (L / D) calculated from the length L of the aggregate and the body outer diameter D is 2 to 150, preferably 2 to 50, more preferably 2 to 30, and still more preferably 2 to 20. . When the aspect ratio is large, the structure of the formed fiber approaches a cylindrical tube shape, and the conductivity in the fiber axis direction of one fiber is improved. However, the open end of the graphite network surface constituting the structural unit body is a fiber. Since the frequency of exposure to the outer peripheral surface is reduced, the conductivity between adjacent fibers is deteriorated. On the other hand, when the aspect ratio is small, the open end of the graphite mesh surface constituting the structural unit body portion is more frequently exposed to the outer peripheral surface of the fiber, so that the conductivity between adjacent fibers is improved. Since many short graphite mesh surfaces are connected in the axial direction, conductivity in the fiber axial direction of one fiber is impaired.
As a quantity of fibrous carbon powder, it is preferable to contain 1-10 mass% as a mass in a negative mix, and it is more preferable to contain 2-5 mass%.

リチウムを吸蔵及び放出することが可能な炭素材料としては、特に比表面積が0.5〜10m/gであり、d002が0.335〜0.337nmである黒鉛が好ましい。複数の扁平状の黒鉛質微粒子が互いに非平行に集合或いは結合した塊状構造を有する人造黒鉛粒子や、例えば鱗片状天然黒鉛粒子に圧縮力、摩擦力、剪断力等の機械的作用を繰り返し与え、球形化処理を施した黒鉛粒子を用いることにより、負極シートのX線回折測定から得られる黒鉛結晶の(110)面のピーク強度I(110)と(004)面のピーク強度I(004)の比I(110)/I(004)が0.01以上となると、サイクル特性および充電保存特性が向上するので好ましく、0.05以上となることがより好ましく、0.1以上となることが更に好ましい。また、過度に処理し過ぎて結晶性が低下し電池の放電容量が低下する場合があるので、I(110)/I(004)の上限は0.5以下が好ましく、0.3以下がより好ましい。
また、高結晶性の炭素材料(コア材)を用いる場合には、コア材が、コア材よりも低結晶性の炭素材料によって被覆されていると、本願発明のケイ素−銅合金負極活物質は、相(B)の電子伝導性の高さの効果により、ケイ素−銅合金負極活物質と炭素材料の電気的な接触が損なわれることなく、非水電解液と負極シートとの反応が抑制されるため、一段とサイクル特性および充電保存特性が向上するので好ましい。
尚、コア材を被覆するための炭素材料の結晶性は、TEMにより確認することが出来る。
黒鉛の平均粒子径、即ち、体積累積粒度分布の50%径(D50)は、10μm〜50μmが好ましく、より好ましくは10μm〜30μmであり、更に好ましくは15μm〜25μmである。D50が10μm以上であれば、嵩密度が低くなり過ぎず、比表面積も高くなり過ぎないため、負極シートを塗布法で形成する場合、その塗工性が低下したり、充放電効率が低下する虞がない。一方、D50が50μm以下であれば、電極塗工時に筋引きが起こる虞がないため好ましい。
黒鉛の平均粒子径のケイ素−銅合金の平均粒子径に対する比が0.6〜1.9であると、充放電サイクル中もお互いの電気的な接触が良好となりサイクル特性が向上するので好ましく、0.8〜1.4がより好ましい。
黒鉛の量としては、負極合剤中の質量として、サイクル特性向上の観点から、5質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましく、55質量%以上が更に好ましく、高容量化のため、95質量%以下が好ましく、85質量%以下がより好ましく、70質量%以下が更に好ましい。
As the carbon material capable of inserting and extracting lithium, graphite having a specific surface area of 0.5 to 10 m 2 / g and d002 of 0.335 to 0.337 nm is particularly preferable. A mechanical action such as compression force, friction force, shear force, etc. is repeatedly applied to artificial graphite particles having a massive structure in which a plurality of flat graphite fine particles are assembled or bonded non-parallel to each other, for example, scaly natural graphite particles, By using the spheroidized graphite particles, the peak intensity I (110) of the (110) plane and the peak intensity I (004) of the (004) plane of the graphite crystal obtained from the X-ray diffraction measurement of the negative electrode sheet are obtained. When the ratio I (110) / I (004) is 0.01 or more, cycle characteristics and charge storage characteristics are improved, more preferably 0.05 or more, and further preferably 0.1 or more. preferable. Moreover, since it may process too much and crystallinity may fall and the discharge capacity of a battery may fall, 0.5 or less is preferable and the upper limit of I (110) / I (004) is 0.3 or less more preferable.
When a highly crystalline carbon material (core material) is used, if the core material is coated with a carbon material having a lower crystallinity than the core material, the silicon-copper alloy negative electrode active material of the present invention is By virtue of the high electronic conductivity of the phase (B), the reaction between the non-aqueous electrolyte and the negative electrode sheet is suppressed without impairing the electrical contact between the silicon-copper alloy negative electrode active material and the carbon material. Therefore, the cycle characteristics and the charge storage characteristics are further improved, which is preferable.
The crystallinity of the carbon material for covering the core material can be confirmed by TEM.
The average particle diameter of graphite, that is, the 50% diameter (D50) of the volume cumulative particle size distribution is preferably 10 μm to 50 μm, more preferably 10 μm to 30 μm, and still more preferably 15 μm to 25 μm. If D50 is 10 μm or more, the bulk density does not become too low and the specific surface area does not become too high. Therefore, when the negative electrode sheet is formed by a coating method, its coatability is lowered or charge / discharge efficiency is lowered. There is no fear. On the other hand, if D50 is 50 μm or less, there is no possibility that streaking occurs during electrode coating, which is preferable.
When the ratio of the average particle diameter of graphite to the average particle diameter of the silicon-copper alloy is 0.6 to 1.9, the electrical contact is good even during the charge / discharge cycle and the cycle characteristics are improved. 0.8 to 1.4 is more preferable.
The amount of graphite is preferably 5% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, still more preferably 55% by mass or more from the viewpoint of improving cycle characteristics, as the mass in the negative electrode mixture. 95 mass% or less is preferable, 85 mass% or less is more preferable, and 70 mass% or less is still more preferable.

また、負極合剤中には、炭素材料に加えて、炭素材料以外の導電助剤を配合してもよく、このような導電助剤としては、銅、ニッケル、チタンなどの金属を使用することができる。例えば、電極シートを作製後に、これらの金属をメッキや蒸着などを用いて導電性を付与することもできる。   Moreover, in addition to the carbon material, a conductive auxiliary other than the carbon material may be blended in the negative electrode mixture, and as such a conductive auxiliary, a metal such as copper, nickel, titanium or the like should be used. Can do. For example, after producing an electrode sheet, these metals can be imparted with conductivity using plating or vapor deposition.

結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンとブタジエンの共重合体(SBR)、アクリロニトリルとブタジエンの共重合体(NBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、エチレンプロピレンジエンターポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、芳香族テトラカルボン酸及び/またはその誘導体とジアミン化合物とから得られたポリイミド、芳香族テトラカルボン酸及び/またはその誘導体とジアミン化合物とジイソシアネートから得られたポリアミドイミドが好ましく、中でも、カルボキシル基、アミド基、イミド基の何れかを含むポリマーであるポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、芳香族テトラカルボン酸及び/またはその誘導体とジアミン化合物とから得られたポリイミド、芳香族テトラカルボン酸及び/またはその誘導体とジアミン化合物とジイソシアネートから得られたポリアミドイミドから選ばれる少なくとも一種が、本願発明のケイ素−銅合金負極活物質の表面に存在する相(B)との親和性が高く、結着力が増し、サイクル特性や保存特性が一段と高まるので好ましい。特に、芳香族テトラカルボン酸及び/またはその誘導体とジアミン化合物とから得られたポリイミドが好ましい。   Binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene / butadiene copolymer (SBR), acrylonitrile / butadiene copolymer (NBR), carboxymethylcellulose (CMC), ethylene Polyimide, aromatic tetracarboxylic acid and / or derivative thereof and diamine compound obtained from propylene diene terpolymer, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylic acid, sodium polyacrylate, aromatic tetracarboxylic acid and / or derivative thereof and diamine compound And polyamide imide obtained from diisocyanate are preferable. Among them, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylic acid, sodium polyacrylate, aromatic which is a polymer containing any of carboxyl group, amide group and imide group At least one selected from a polyimide obtained from tracarboxylic acid and / or a derivative thereof and a diamine compound, and a polyamideimide obtained from an aromatic tetracarboxylic acid and / or a derivative thereof, a diamine compound and a diisocyanate is silicon of the present invention. -It is preferable since the affinity with the phase (B) present on the surface of the copper alloy negative electrode active material is high, the binding force is increased, and the cycle characteristics and the storage characteristics are further enhanced. In particular, a polyimide obtained from an aromatic tetracarboxylic acid and / or a derivative thereof and a diamine compound is preferable.

結着剤の含有量は負極活物質、炭素材料、及び結着剤の総質量に対して、0.5質量%〜50質量%が好ましい。結着剤の含有量が0.5質量%以上であれば、電極の成形性が低下するおそれがなく、50質量%以下であれば、電極のエネルギー密度の低下が少なくて済むため好ましい。結着剤の含有量は、2質量%〜15質量%であることが更に好ましい。   The content of the binder is preferably 0.5% by mass to 50% by mass with respect to the total mass of the negative electrode active material, the carbon material, and the binder. If the content of the binder is 0.5% by mass or more, there is no fear that the moldability of the electrode is lowered, and if it is 50% by mass or less, the decrease in the energy density of the electrode is small, which is preferable. The content of the binder is more preferably 2% by mass to 15% by mass.

負極の集電体を除く部分の密度は、通常は0.8g/cm以上であり、電池の容量をさらに高めるため、好ましくは1.0g/cm以上であり、より好ましくは1.2g/cm以上であり、更に好ましくは1.5g/cm以上である。なお、その上限としては6g/cm以下であり、より好ましくは5g/cm以下であり、更に好ましくは4g/cm以下である。The density of the portion excluding the current collector of the negative electrode is usually 0.8 g / cm 3 or more, and is preferably 1.0 g / cm 3 or more, more preferably 1.2 g in order to further increase the capacity of the battery. / Cm 3 or more, more preferably 1.5 g / cm 3 or more. The upper limit is 6 g / cm 3 or less, more preferably 5 g / cm 3 or less, and still more preferably 4 g / cm 3 or less.

ここから
〔態様3;蓄電デバイス〕
本発明の蓄電デバイスは、正極、負極、および非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液を備え、負極として、少なくとも態様1の負極活物質を含むもの、あるいは、態様2の負極シートを用いたものである。
From here [Aspect 3: Power storage device]
An electricity storage device of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent. The negative electrode includes at least the negative electrode active material of Aspect 1, or the negative electrode of Aspect 2 A sheet is used.

〔非水電解液〕
本発明の蓄電デバイスにおいて、態様1の負極活物質、または態様2の負極シートを以下に述べる非水溶電解液と組み合わせることにより、蓄電デバイスサイクル特性および充電保存特性を向上させることができ、かつガス発生を抑制させるという特異な効果を発現する。
[Non-aqueous electrolyte]
In the electricity storage device of the present invention, by combining the negative electrode active material of aspect 1 or the negative electrode sheet of aspect 2 with the nonaqueous electrolyte described below, the electricity storage device cycle characteristics and charge storage characteristics can be improved, and gas It exhibits a unique effect of suppressing the occurrence.

〔非水溶媒〕
本発明の非水電解液に使用される非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状エステル、ラクトン、エーテル、アミドが挙げられ、環状カーボネートと鎖状エステルの両方が含まれることが好ましい。
なお、鎖状エステルなる用語は、鎖状カーボネート及び鎖状カルボン酸エステルを含む概念として用いる。
環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネート、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)、トランス又はシス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(以下、両者を総称して「DFEC」という)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、及び4−エチニル−1,3−ジオキソラン−2−オン(EEC)から選ばれる一種又は二種以上が挙げられ、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、ビニレンカーボネート及び4−エチニル−1,3−ジオキソラン−2−オン(EEC)から選ばれる一種又は二種以上がより好適である。
また、前記環状カーボネートのうち、炭素−炭素二重結合、炭素−炭素三重結合等の不飽和結合又はフッ素原子を有する環状カーボネートのうち少なくとも一種を使用すると蓄電デバイスのサイクル特性および充電保存特性が一段と抑制されるので好ましく、炭素−炭素二重結合、炭素−炭素三重結合等の不飽和結合を有する環状カーボネートとしては、VC、VEC、EECが更に好ましく、フッ素原子を有する環状カーボネートとしては、FEC、DFECが更に好ましく、炭素−炭素二重結合、炭素−炭素三重結合等の不飽和結合を含む環状カーボネートとフッ素原子を有する環状カーボネートを両方含むことがより好ましい。
炭素−炭素二重結合、炭素−炭素三重結合等の不飽和結合を有する環状カーボネートの含有量は、非水溶媒の総体積に対して、好ましくは0.07体積%以上、より好ましくは0.2体積%以上、更に好ましくは0.7体積%以上であり、また、その上限としては、好ましくは7体積%以下、より好ましくは4体積%以下、更に好ましくは2.5体積%以下であると、被膜の安定性が増し、蓄電デバイスのサイクル特性および充電保存特性が向上するので好ましい。
フッ素原子を有する環状カーボネートの含有量は、非水溶媒の総体積に対して好ましくは0.07体積%以上、より好ましくは4体積%以上、更に好ましくは7体積%以上であり、また、その上限としては、好ましくは35体積%以下、より好ましくは25体積%以下、更に好ましくは15体積%以下であると、被膜の安定性が増し、蓄電デバイスのサイクル特性および充電保存特性が向上するので好ましい。
非水溶媒が炭素−炭素二重結合、炭素−炭素三重結合等の不飽和結合を有する環状カーボネートとフッ素原子を有する環状カーボネートの両方を含む場合、フッ素原子を有する環状カーボネートの含有量に対する炭素−炭素二重結合、炭素−炭素三重結合等の不飽和結合を有する環状カーボネートの含有割合は、好ましくは0.2%以上、より好ましくは3%以上、更に好ましくは7%以上であり、その上限としては、好ましくは40%以下、より好ましくは30%以下、更に好ましくは15%以下であると、被膜の安定性が増し、蓄電デバイスのサイクル特性および充電保存特性が向上するので特に好ましい。
また、非水溶媒がエチレンカーボネート及び/又はプロピレンカーボネートを含むと電極上に形成される被膜の抵抗が小さくなるので好ましく、エチレンカーボネート及び/又はプロピレンカーボネートの含有量は、非水溶媒の総体積に対し、好ましくは3体積%以上、より好ましくは5体積%以上、更に好ましくは7体積%以上であり、また、その上限としては、好ましくは45体積%以下、より好ましくは35体積%以下、更に好ましくは25体積%以下である。
[Nonaqueous solvent]
Examples of the nonaqueous solvent used in the nonaqueous electrolytic solution of the present invention include cyclic carbonates, chain esters, lactones, ethers, and amides, and it is preferable that both cyclic carbonates and chain esters are included.
The term chain ester is used as a concept including chain carbonate and chain carboxylic acid ester.
Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC), trans or Cis-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one (hereinafter collectively referred to as “DFEC”), vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), and 4-ethynyl-1 , 3-dioxolan-2-one (EEC) or two or more selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, vinylene carbonate and 4-ethynyl- One selected from 1,3-dioxolan-2-one (EEC) Or two or more is more preferable.
Further, among the cyclic carbonates, when at least one of unsaturated carbonates such as carbon-carbon double bonds and carbon-carbon triple bonds or cyclic carbonates having a fluorine atom is used, the cycle characteristics and charge storage characteristics of the electricity storage device are further improved. Preferably, the cyclic carbonate having an unsaturated bond such as a carbon-carbon double bond or carbon-carbon triple bond is more preferably VC, VEC or EEC, and the cyclic carbonate having a fluorine atom is FEC, DFEC is more preferable, and it is more preferable to include both a cyclic carbonate having an unsaturated bond such as a carbon-carbon double bond and a carbon-carbon triple bond and a cyclic carbonate having a fluorine atom.
The content of the cyclic carbonate having an unsaturated bond such as a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple bond is preferably 0.07% by volume or more, more preferably 0.8%, based on the total volume of the nonaqueous solvent. 2 vol% or more, more preferably 0.7 vol% or more, and the upper limit thereof is preferably 7 vol% or less, more preferably 4 vol% or less, further preferably 2.5 vol% or less. And the stability of the coating is increased, and the cycle characteristics and charge storage characteristics of the electricity storage device are improved.
The content of the cyclic carbonate having a fluorine atom is preferably 0.07% by volume or more, more preferably 4% by volume or more, still more preferably 7% by volume or more, based on the total volume of the nonaqueous solvent. The upper limit is preferably 35% by volume or less, more preferably 25% by volume or less, and still more preferably 15% by volume or less, because the stability of the coating increases and the cycle characteristics and charge storage characteristics of the electricity storage device are improved. preferable.
When the non-aqueous solvent contains both a cyclic carbonate having an unsaturated bond such as a carbon-carbon double bond and a carbon-carbon triple bond and a cyclic carbonate having a fluorine atom, the carbon to the content of the cyclic carbonate having a fluorine atom The content ratio of the cyclic carbonate having an unsaturated bond such as a carbon double bond or a carbon-carbon triple bond is preferably 0.2% or more, more preferably 3% or more, still more preferably 7% or more, and the upper limit thereof. Is preferably 40% or less, more preferably 30% or less, and even more preferably 15% or less, because the stability of the coating is increased and the cycle characteristics and charge storage characteristics of the electricity storage device are improved.
Further, when the non-aqueous solvent contains ethylene carbonate and / or propylene carbonate, the resistance of the film formed on the electrode is reduced, and the content of ethylene carbonate and / or propylene carbonate is preferably equal to the total volume of the non-aqueous solvent. On the other hand, it is preferably 3% by volume or more, more preferably 5% by volume or more, further preferably 7% by volume or more, and the upper limit thereof is preferably 45% by volume or less, more preferably 35% by volume or less, further Preferably it is 25 volume% or less.

これらの溶媒は一種類で使用してもよく、また二種類以上を組み合わせて使用した場合は、蓄電デバイスのサイクル特性および充電保存特性が更に向上するので好ましく、三種類以上を組み合わせて使用することが特に好ましい。これらの環状カーボネートの好適な組合せとしては、ECとPC、ECとVC、PCとVC、VCとFEC、ECとFEC、PCとFEC、FECとDFEC、ECとDFEC、PCとDFEC、VCとDFEC、VECとDFEC、VCとEEC、ECとEEC、ECとPCとVC、ECとPCとFEC、ECとVCとFEC、ECとVCとVEC、ECとVCとEEC、ECとEECとFEC、PCとVCとFEC、ECとVCとDFEC、PCとVCとDFEC、ECとPCとVCとFEC、ECとPCとVCとDFEC等が好ましい。前記の組合せのうち、ECとVC、ECとFEC、PCとFEC、ECとPCとVC、ECとPCとFEC、ECとVCとFEC、ECとVCとEEC、ECとEECとFEC、PCとVCとFEC、ECとPCとVCとFEC等の組合せがより好ましい。   These solvents may be used alone, and when two or more types are used in combination, the cycle characteristics and charge storage characteristics of the electricity storage device are further improved, and three or more types should be used in combination. Is particularly preferred. Preferred combinations of these cyclic carbonates include EC and PC, EC and VC, PC and VC, VC and FEC, EC and FEC, PC and FEC, FEC and DFEC, EC and DFEC, PC and DFEC, VC and DFEC , VEC and DFEC, VC and EEC, EC and EEC, EC and PC and VC, EC and PC and FEC, EC and VC and FEC, EC and VC and VEC, EC and VC and EEC, EC and EEC and FEC, PC And VC and FEC, EC and VC and DFEC, PC and VC and DFEC, EC and PC and VC and FEC, EC and PC and VC and DFEC, and the like are preferable. Of the above combinations, EC and VC, EC and FEC, PC and FEC, EC and PC and VC, EC and PC and FEC, EC and VC and FEC, EC and VC and EEC, EC and EEC and FEC, PC and A combination of VC and FEC, EC and PC, VC and FEC is more preferable.

鎖状エステルとしては、メチルエチルカーボネート(MEC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、メチルイソプロピルカーボネート(MIPC)、メチルブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート等の非対称鎖状カーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート等の対称鎖状カーボネート、ピバリン酸メチル、ピバリン酸エチル、ピバリン酸プロピル等のピバリン酸エステル(MPV)、プロピオン酸メチル(MP)、プロピオン酸エチル(EP)、酢酸メチル(MA)、酢酸エチル(EA)、酢酸n−プロピル(PA)等の鎖状カルボン酸エステルが好適に挙げられる。特に非対称鎖状カーボネートを含むと蓄電デバイスのサイクル特性および充電保存特性が向上し、ガス発生量が少なくなる傾向があるので好ましい。
これらの溶媒は1種類で使用してもよく、また2種類以上を組み合わせて使用した場合は、蓄電デバイスのサイクル特性および充電保存特性が向上し、ガス発生量が減少するので好ましい。
Examples of chain esters include asymmetric chain carbonates such as methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propyl carbonate (MPC), methyl isopropyl carbonate (MIPC), methyl butyl carbonate, and ethyl propyl carbonate, dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate ( DEC), symmetrical linear carbonates such as dipropyl carbonate and dibutyl carbonate, pivalate esters (MPV) such as methyl pivalate, ethyl pivalate, propyl pivalate, methyl propionate (MP), ethyl propionate (EP), Preferable examples include chain carboxylic acid esters such as methyl acetate (MA), ethyl acetate (EA), and n-propyl acetate (PA). In particular, the inclusion of asymmetric chain carbonate is preferable because the cycle characteristics and charge storage characteristics of the electricity storage device are improved and the amount of gas generation tends to be reduced.
These solvents may be used alone or in combination of two or more, since the cycle characteristics and charge storage characteristics of the electricity storage device are improved and the amount of gas generated is reduced.

鎖状エステルの含有量は、特に制限されないが、非水溶媒の総体積に対して、60〜90体積%の範囲で用いるのが好ましい。該含有量が60体積%以上であれば非水電解液の粘度を下げる効果が十分に得られ、90体積%以下であれば非水電解液の電気伝導度が十分に高まり、蓄電デバイスのサイクル特性および充電保存特性が向上するので上記範囲であることが好ましい。   The content of the chain ester is not particularly limited, but it is preferably used in the range of 60 to 90% by volume with respect to the total volume of the nonaqueous solvent. If the content is 60% by volume or more, the effect of reducing the viscosity of the non-aqueous electrolyte is sufficiently obtained, and if it is 90% by volume or less, the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte is sufficiently increased, and the cycle of the electricity storage device The above range is preferable because the characteristics and the charge storage characteristics are improved.

また、鎖状カーボネートを用いる場合には、2種以上を用いることが好ましい。更に対称鎖状カーボネートと非対称鎖状カーボネートの両方が含まれるとより好ましく、対称鎖状カーボネートの含有量が非対称鎖状カーボネートより多く含まれると更に好ましい。
鎖状カーボネート中に対称鎖状カーボネートが占める体積の割合は、51体積%以上が好ましく、55体積%以上がより好ましい。上限としては、95体積%以下がより好ましく、85体積%以下であると更に好ましい。対称鎖状カーボネートにジエチルカーボネートが含まれると特に好ましい。また、非対称鎖状カーボネートは、メチルエチルカーボネートが含まれると特に好ましい。
上記の場合に一段と蓄電デバイスのサイクル特性および充電保存特性が向上するので好ましい。
Moreover, when using chain carbonate, it is preferable to use 2 or more types. Further, it is more preferable that both a symmetric chain carbonate and an asymmetric chain carbonate are contained, and it is more preferable that the content of the symmetric chain carbonate is more than that of the asymmetric chain carbonate.
The volume ratio of the symmetric chain carbonate in the chain carbonate is preferably 51% by volume or more, and more preferably 55% by volume or more. As an upper limit, 95 volume% or less is more preferable, and it is still more preferable in it being 85 volume% or less. It is particularly preferable that diethyl carbonate is contained in the symmetric chain carbonate. Moreover, it is especially preferable that the asymmetric chain carbonate includes methyl ethyl carbonate.
The above case is preferable because the cycle characteristics and charge storage characteristics of the electricity storage device are further improved.

環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は、蓄電デバイスを高温で使用した場合の電気化学特性向上の観点から、環状カーボネート:鎖状カーボネート(体積比)が10:90〜45:55が好ましく、15:85〜40:60がより好ましく、20:80〜35:65が特に好ましい。   The ratio between the cyclic carbonate and the chain carbonate is preferably 10:90 to 45:55 in terms of the cyclic carbonate: chain carbonate (volume ratio) from the viewpoint of improving electrochemical characteristics when the electricity storage device is used at a high temperature. 15: 85-40: 60 is more preferable, and 20: 80-35: 65 is particularly preferable.

一段と蓄電デバイスのサイクル特性および充電保存特性を向上させる目的で、非水電解液中にさらにその他の添加剤を加えることが好ましい。
その他の添加剤の具体例としては、
(a)リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリス(2,2,2−トリフルオロエチル)、エチル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、及び2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート等のリン酸エステル、
(b)アセトニトリル、プロピオニトリル、スクシノニトリル、2−エチルスクシノニトリル、グルタロニトリル、2−メチルグルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、及びセバコニトリル等のニトリル、
(c)1,3−プロパンスルトン、1,3−ブタンスルトン、2,4−ブタンスルトン、1,4−ブタンスルトン、2,2−ジオキシド−1,2−オキサチオラン−4−イル アセテート、5,5−ジメチル−1,2−オキサチオラン−4−オン 2,2−ジオキシド等のスルトン化合物、ブタン−2,3−ジイル ジメタンスルホネート、ブタン−1,4−ジイル ジメタンスルホネート、メチレンメタンジスルホネート、ジメチルメタンジスルホネート等のスルホン酸エステル化合物、ジビニルスルホン、1,2−ビス(ビニルスルホニル)エタン、ビス(2−ビニルスルホニルエチル)エーテル、ビニルスルホニルフルオリド等のビニルスルホン化合物、等から選ばれるS=O結合含有化合物、
(d)無水酢酸、無水プロピオン酸等の鎖状のカルボン酸無水物、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水グルタル酸、無水イタコン酸、3−スルホ−プロピオン酸無水物等の環状酸無水物、
(e)1,4−ジイソシアナトブタン、1,5−ジイソシアナトペンタン、1,6−ジイソシアナトヘキサン、1,7−ジイソシアナトヘプタン等のジイソシアナト化合物、
等から選ばれる一種類または二種以上が好適に挙げられる。
In order to further improve the cycle characteristics and charge storage characteristics of the electricity storage device, it is preferable to add other additives to the non-aqueous electrolyte.
Specific examples of other additives include
(A) Trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tris (2,2,2-trifluoroethyl) phosphate, ethyl 2- (diethoxyphosphoryl) acetate, 2-propynyl 2- (diethoxyphosphoryl) acetate, etc. Phosphate ester,
(B) Nitriles such as acetonitrile, propionitrile, succinonitrile, 2-ethylsuccinonitrile, glutaronitrile, 2-methylglutaronitrile, adiponitrile, pimelonitrile, and sebacononitrile,
(C) 1,3-propane sultone, 1,3-butane sultone, 2,4-butane sultone, 1,4-butane sultone, 2,2-dioxido-1,2-oxathiolan-4-yl acetate, 5,5-dimethyl -1,2-oxathiolane-4-one Sultone compounds such as 2,2-dioxide, butane-2,3-diyl dimethanesulfonate, butane-1,4-diyl dimethanesulfonate, methylenemethane disulfonate, dimethylmethanedi S═O bond selected from sulfonic acid ester compounds such as sulfonates, divinyl sulfone, 1,2-bis (vinylsulfonyl) ethane, bis (2-vinylsulfonylethyl) ether, vinylsulfone compounds such as vinylsulfonyl fluoride, and the like. Containing compounds,
(D) a chain carboxylic acid anhydride such as acetic anhydride and propionic anhydride, a cyclic acid anhydride such as succinic anhydride, maleic anhydride, glutaric anhydride, itaconic anhydride, 3-sulfo-propionic anhydride,
(E) Diisocyanate compounds such as 1,4-diisocyanatobutane, 1,5-diisocyanatopentane, 1,6-diisocyanatohexane, 1,7-diisocyanatoheptane,
One type or two or more types selected from among these are preferably mentioned.

上記の(a)〜(e)の添加剤の含有量は、非水電解液中に0.001〜5質量%が好ましい。この範囲では、被膜が厚くなり過ぎずに十分に形成され、蓄電デバイスのサイクル特性および充電保存特性の改善効果が高まる。該含有量は、非水電解液中に0.005質量%以上がより好ましく、0.01質量%以上が更に好ましく、0.03質量%以上が特に好ましく、その上限は、3質量%以下がより好ましく、2質量%以下が更に好ましく、1.5質量%以下が特に好ましい。   The content of the additives (a) to (e) is preferably 0.001 to 5% by mass in the non-aqueous electrolyte. In this range, the coating film is sufficiently formed without becoming too thick, and the effect of improving the cycle characteristics and charge storage characteristics of the electricity storage device is enhanced. The content is more preferably 0.005% by mass or more, more preferably 0.01% by mass or more, particularly preferably 0.03% by mass or more in the non-aqueous electrolyte, and the upper limit is 3% by mass or less. More preferred is 2% by mass or less, and particularly preferred is 1.5% by mass or less.

上記の中でも、リン酸エステル、ニトリル、及びジイソシアナト化合物の少なくとも一種を含むと一段と蓄電デバイスのサイクル特性および充電保存特性が向上するので好ましい。リン酸エステルの中では、エチル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、及び2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテートから選ばれる一種又は二種以上がより好ましい。ニトリルの中では、スクシノニトリル、2−エチルスクシノニトリル、グルタロニトリル、3−メチルグルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリルから選ばれる一種又は二種以上がより好ましい。また、ジイソシアナト化合物の中では、1,5−ジイソシアナトペンタン、1,6−ジイソシアナトヘキサン、1,7−ジイソシアナトヘプタンがより好ましい。   Among the above, it is preferable to include at least one of a phosphate ester, a nitrile, and a diisocyanate compound because the cycle characteristics and charge storage characteristics of the electricity storage device are further improved. Among phosphate esters, one or more selected from ethyl 2- (diethoxyphosphoryl) acetate and 2-propynyl 2- (diethoxyphosphoryl) acetate are more preferable. Among nitriles, one or more selected from succinonitrile, 2-ethylsuccinonitrile, glutaronitrile, 3-methylglutaronitrile, adiponitrile, and pimelonitrile are more preferable. Among the diisocyanate compounds, 1,5-diisocyanatopentane, 1,6-diisocyanatohexane, and 1,7-diisocyanatoheptane are more preferable.

〔電解質塩〕
本発明に使用される電解質塩としては、下記のリチウム塩が好適に挙げられる。
[Electrolyte salt]
Preferred examples of the electrolyte salt used in the present invention include the following lithium salts.

(リチウム塩)
リチウム塩としては、LiPF、LiBF、LiClO等の無機リチウム塩、LiN(SOF)、LiN(SOCF、LiN(SO、LiCFSO、LiC(SOCF、LiPF(CF、LiPF(C、LiPF(CF、LiPF(iso−C7、LiPF(iso−C7)等の鎖状のフッ化アルキル基を含有するリチウム塩や、(CF(SONLi、(CF(SONLi等の環状のフッ化アルキレン鎖を有するリチウム塩、リチウム ビス(オキサラト)ボレート(LiBOB)、リチウム テトラフルオロ(オキサラト)ホスフェート(LiTFOP)、及びリチウム ジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート(LiDFOP)から選ばれる少なくとも1種のシュウ酸骨格を有するリチウム塩等、LiPOやLiPOF等から選ばれる少なくとも1種のリン酸骨格を有するリチウム塩、リチウム トリフルオロ((メタンスルホニル)オキシ)ボレート(LiTFMSB)、リチウム ペンタフルオロ((メタンスルホニル)オキシ)ホスフェート(LiPFMSP)、及びFSOLiから選ばれる少なくとも1種のスルホン酸骨格を有するリチウム塩等が好適に挙げられ、これらの中から選ばれる少なくとも1種のリチウム塩が好適に挙げられ、これらの一種又は二種以上を混合して使用することができる。
これらの中でも、LiPF、LiBF、LiN(SOCF、LiN(SO、LiN(SOF)、リチウム ビス(オキサラト)ボレート(LiBOB)、リチウム テトラフルオロ(オキサラト)ホスフェート(LiTFOP)、リチウム ジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート(LiDFOP)、LiPO、LiPOF、リチウム トリフルオロ((メタンスルホニル)オキシ)ボレート(LiTFMSB)、リチウム ペンタフルオロ((メタンスルホニル)オキシ)ホスフェート(LiPFMSP)、及びFSOLiから選ばれる一種又は二種以上が好ましく、LiPF、LiBF、LiN(SOCF、LiN(SOF)、リチウム ビス(オキサラト)ボレート(LiBOB)、リチウム テトラフルオロ(オキサラト)ホスフェート(LiTFOP)、リチウム ジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート(LiDFOP)、LiPO、リチウム トリフルオロ((メタンスルホニル)オキシ)ボレート(LiTFMSB)、リチウム ペンタフルオロ((メタンスルホニル)オキシ)ホスフェート(LiPFMSP)、及びFSOLiから選ばれる一種又は二種以上が更に好ましく、LiPFを用いることがもっとも好ましい。リチウム塩の濃度は、前記の非水溶媒に対して、通常0.3M以上が好ましく、0.7M以上がより好ましく、1.1M以上が更に好ましい。またその上限は、2.5M以下が好ましく、2.0M以下がより好ましく、1.6M以下が更に好ましい。
また、これらのリチウム塩の好適な組み合わせとしては、LiPFを含み、更にLiBF、LiN(SOCF、LiN(SOF)、リチウム ビス(オキサラト)ボレート(LiBOB)、リチウム テトラフルオロ(オキサラト)ホスフェート(LiTFOP)、リチウム ジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート(LiDFOP)、LiPO、リチウム トリフルオロ((メタンスルホニル)オキシ)ボレート(LiTFMSB)、リチウム ペンタフルオロ((メタンスルホニル)オキシ)ホスフェート(LiPFMSP)、及びFSOLiから選ばれる少なくとも1種のリチウム塩が非水電解液中に含まれている場合が好ましく、LiPF以外のリチウム塩が非水溶媒中に占める割合は、0.001M以上であると、蓄電デバイスのサイクル特性および充電保存特性の向上効果が発揮されやすく、0.005M以下であると蓄電デバイスのサイクル特性および充電保存特性向上効果が低下する懸念が少ないので好ましい。好ましくは0.01M以上、特に好ましくは0.03M以上、最も好ましくは0.04M以上である。その上限は、好ましくは0.4M以下、特に好ましくは0.2M以下である。
(Lithium salt)
Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , and LiClO 4 , LiN (SO 2 F) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , LiPF 3 (CF 3 ) 3 , LiPF 3 (iso-C 3 F 7 ) 3 , LiPF 5 (iso-C 3 F 7 ) and other lithium salts containing a chain-like fluorinated alkyl group, (CF 2 ) 2 (SO 2 ) 2 NLi, (CF 2 ) 3 (SO 2 ) 2 NLi, etc. A lithium salt having a cyclic fluorinated alkylene chain, lithium bis (oxalato) borate (LiBOB), lithium tetrafluoro (oxalato) phosphate (LiTFOP), and Lithium salts having at least one oxalic acid skeleton selected from lithium difluoro (oxalato) phosphate (LiDFOP), lithium having at least one phosphate backbone selected from LiPO 2 F 2 and Li 2 PO 3 F, etc. Lithium salt having at least one sulfonic acid skeleton selected from a salt, lithium trifluoro ((methanesulfonyl) oxy) borate (LiTFMSB), lithium pentafluoro ((methanesulfonyl) oxy) phosphate (LiPFMSP), and FSO 3 Li Preferably, at least one lithium salt selected from these is preferably used, and one or two or more of these can be mixed and used.
Among these, LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 F) 2 , lithium bis (oxalato) borate (LiBOB), lithium tetra Fluoro (oxalato) phosphate (LiTFOP), Lithium difluorobis (oxalato) phosphate (LiDFOP), LiPO 2 F 2 , Li 2 PO 3 F, Lithium trifluoro ((methanesulfonyl) oxy) borate (LiTFMSB), Lithium pentafluoro ( One or more selected from (methanesulfonyl) oxy) phosphate (LiPFMSP) and FSO 3 Li are preferred, and LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 F) 2 , lithium Screw (Oxalato) borate (LiBOB), lithium tetrafluoro (oxalato) phosphate (LiTFOP), lithium difluorobis (oxalato) phosphate (LiDFOP), LiPO 2 F 2 , lithium trifluoro ((methanesulfonyl) oxy) borate (LiTFMSB), One or more selected from lithium pentafluoro ((methanesulfonyl) oxy) phosphate (LiPFMSP) and FSO 3 Li are more preferable, and LiPF 6 is most preferable. The concentration of the lithium salt is usually preferably 0.3 M or more, more preferably 0.7 M or more, and further preferably 1.1 M or more with respect to the non-aqueous solvent. Moreover, the upper limit is preferably 2.5M or less, more preferably 2.0M or less, and still more preferably 1.6M or less.
Moreover, as a suitable combination of these lithium salts, LiPF 6 is included, and LiBF 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 F) 2 , lithium bis (oxalato) borate (LiBOB), lithium Tetrafluoro (oxalato) phosphate (LiTFOP), lithium difluorobis (oxalato) phosphate (LiDFOP), LiPO 2 F 2 , lithium trifluoro ((methanesulfonyl) oxy) borate (LiTFMSB), lithium pentafluoro ((methanesulfonyl) oxy ) It is preferable that at least one lithium salt selected from phosphate (LiPFMSP) and FSO 3 Li is contained in the non-aqueous electrolyte, and the proportion of the lithium salt other than LiPF 6 in the non-aqueous solvent is 0. When it is 001 M or more, the effect of improving the cycle characteristics and charge storage characteristics of the electricity storage device is easily exhibited, and when it is 0.005 M or less, there is less concern that the effect of improving the cycle characteristics and charge storage characteristics of the electricity storage device is reduced. Preferably it is 0.01M or more, Especially preferably, it is 0.03M or more, Most preferably, it is 0.04M or more. The upper limit is preferably 0.4M or less, particularly preferably 0.2M or less.

〔非水電解液の製造〕
本発明に使用される非水電解液は、例えば、前記の非水溶媒を混合し、これに前記の電解質塩及び該非水電解液に対して所定の添加剤を添加することにより得ることができる。
この際、用いる非水溶媒及び非水電解液に加える化合物は、生産性を著しく低下させない範囲内で、予め精製して、不純物が極力少ないものを用いることが好ましい。
[Production of non-aqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte used in the present invention can be obtained, for example, by mixing the non-aqueous solvent and adding a predetermined additive to the electrolyte salt and the non-aqueous electrolyte. .
At this time, it is preferable that the compound added to the non-aqueous solvent and the non-aqueous electrolyte to be used is one that is purified in advance and has as few impurities as possible within a range that does not significantly reduce the productivity.

本発明に使用される非水電解液は、下記の第1及び第2の蓄電デバイスに使用することができ、非水電解質として、液体状のものだけでなくゲル化されているものも使用し得る。更に本発明に使用される非水電解液は固体高分子電解質用としても使用できる。中でも電解質塩にリチウム塩を使用する第1の蓄電デバイス用(即ち、リチウム電池用)又は第2の蓄電デバイス用(即ち、リチウムイオンキャパシタ用)として用いることが好ましく、リチウム電池用として用いることが更に好ましく、リチウム二次電池用として用いることが最も適している。   The non-aqueous electrolyte used in the present invention can be used in the following first and second electricity storage devices, and as the non-aqueous electrolyte, not only a liquid but also a gelled one is used. obtain. Furthermore, the non-aqueous electrolyte used in the present invention can also be used for a solid polymer electrolyte. In particular, it is preferably used for a first electricity storage device (ie, for a lithium battery) or a second electricity storage device (ie, for a lithium ion capacitor) using a lithium salt as an electrolyte salt, and is used for a lithium battery. More preferably, it is most suitable for use as a lithium secondary battery.

〔第1の蓄電デバイス(リチウム電池)〕
本発明のリチウム電池は、リチウム一次電池及びリチウム二次電池を総称する。また、本明細書において、リチウム二次電池という用語は、いわゆるリチウムイオン二次電池も含む概念として用いる。本発明のリチウム電池は、正極、負極、および非水溶媒に電解質塩が溶解されている前記非水電解液を備え、負極として、少なくとも態様1の負極活物質を含むもの、あるいは、態様2の負極シートを用いたものである。
例えば、リチウム二次電池用正極活物質としては、コバルト、マンガン及びニッケルから選ばれる一種又は二種以上を含有するリチウムとの複合金属酸化物が使用される。これらの正極活物質は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
このようなリチウム複合金属酸化物としては、例えば、LiCoO、LiMn、LiNiO、LiCo1−xNi(0.01<x<1)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、LiNi1/2Mn3/2、及びLiCo0.98Mg0.02から選ばれる一種又は二種以上が挙げられる。また、LiCoOとLiMn、LiCoOとLiNiO、LiMnとLiNiOのように併用してもよい。
[First power storage device (lithium battery)]
The lithium battery of the present invention is a generic term for a lithium primary battery and a lithium secondary battery. In this specification, the term lithium secondary battery is used as a concept including a so-called lithium ion secondary battery. A lithium battery according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and the non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent. The negative electrode includes at least the negative electrode active material of Aspect 1, or Aspect 2 A negative electrode sheet is used.
For example, as the positive electrode active material for a lithium secondary battery, a composite metal oxide with lithium containing one or more selected from cobalt, manganese and nickel is used. These positive electrode active materials can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
Examples of such a lithium composite metal oxide include LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiCo 1-x Ni x O 2 (0.01 <x <1), LiCo 1/3 Ni 1/3. One type or two or more types selected from Mn 1/3 O 2 , LiNi 1/2 Mn 3/2 O 4 , and LiCo 0.98 Mg 0.02 O 2 may be mentioned. Moreover, LiCoO 2 and LiMn 2 O 4, LiCoO 2 and LiNiO 2, may be used in combination as LiMn 2 O 4 and LiNiO 2.

また、過充電時の安全性やサイクル特性を向上したり、Li基準で4.3V以上の充電電位での使用を可能にするために、リチウム複合金属酸化物の一部は他元素で置換してもよい。例えば、コバルト、マンガン、ニッケルの一部をSn、Mg、Fe、Ti、Al、Zr、Cr、V、Ga、Zn、Cu、Bi、Mo、La等の少なくとも一種以上の元素で置換したり、Oの一部をSやFで置換したり、又はこれらの他元素を含有する化合物を被覆することもできる。
これらの中では、LiCoO、LiMn、LiNiOのような満充電状態における正極の充電電位がLi基準で4.3V以上で使用可能なリチウム複合金属酸化物が好ましく、LiCo1−x(但し、MはSn、Mg、Fe、Ti、Al、Zr、Cr、V、Ga、Zn、及びCuから選ばれる一種又は二種以上の元素、0.001≦x≦0.05)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、LiNi0.5Mn0.3Co0.2、LiNi0.85Co0.10Al0.05、LiNi1/2Mn3/2、LiMnOとLiMO(Mは、Co、Ni、Mn、Fe等の遷移金属)との固溶体のような4.4V以上で使用可能なリチウム複合金属酸化物がより好ましい。高充電電圧で動作するリチウム複合金属酸化物を使用すると、充電時における電解液との反応によりサイクル特性および充電保存特性が低下しやすいが、本発明に係るリチウム二次電池ではこれらの電気化学特性の低下を抑制することができる。
特にMnを含む正極の場合に正極からのMnイオンの溶出に伴い電池の抵抗が増加しやすい傾向にあるため、サイクル特性および充電保存特性が低下しやすい傾向にあるが、本発明に係るリチウム二次電池ではこれらの電気化学特性の低下を抑制することができるので好ましい。
In addition, in order to improve safety and cycle characteristics during overcharge, and to enable use at a charging potential of 4.3 V or higher with respect to Li, a part of the lithium composite metal oxide is replaced with another element. May be. For example, a part of cobalt, manganese, nickel is replaced with at least one element such as Sn, Mg, Fe, Ti, Al, Zr, Cr, V, Ga, Zn, Cu, Bi, Mo, La, A part of O can be substituted with S or F, or a compound containing these other elements can be coated.
Among these, lithium composite metal oxides such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , and LiNiO 2 that can be used at a charged potential of the positive electrode in a fully charged state of 4.3 V or more on the basis of Li are preferable, and LiCo 1-x M x O 2 (where M is one or more elements selected from Sn, Mg, Fe, Ti, Al, Zr, Cr, V, Ga, Zn, and Cu, 0.001 ≦ x ≦ 0. 05), LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 , LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 , LiNi 1 / 2 Mn 3/2 O 4 , Li 2 MnO 3 and LiMO 2 (M is a transition metal such as Co, Ni, Mn, Fe, etc.) Lithium composite metal oxide usable at 4.4 V or higher like a solid solution Things are more preferred . When a lithium composite metal oxide that operates at a high charging voltage is used, cycle characteristics and charge storage characteristics are likely to deteriorate due to reaction with the electrolyte during charging, but the lithium secondary battery according to the present invention has these electrochemical characteristics. Can be suppressed.
In particular, in the case of a positive electrode containing Mn, since the battery resistance tends to increase with the elution of Mn ions from the positive electrode, the cycle characteristics and the charge storage characteristics tend to be deteriorated. The secondary battery is preferable because it can suppress the deterioration of the electrochemical characteristics.

更に、正極活物質として、リチウム含有オリビン型リン酸塩を用いることもできる。特に鉄、コバルト、ニッケル及びマンガンから選ばれる一種又は二種以上を含有するリチウム含有オリビン型リン酸塩が好ましい。その具体例としては、LiFePO、LiCoPO、LiNiPO、及びLiMnPOから選ばれる一種又は二種以上が挙げられる。
これらのリチウム含有オリビン型リン酸塩の一部は他元素で置換してもよく、鉄、コバルト、ニッケル、マンガンの一部をCo、Mn、Ni、Mg、Al、B、Ti、V、Nb、Cu、Zn、Mo、Ca、Sr、W、及びZr等から選ばれる一種又は二種以上の元素で置換したり、又はこれらの他元素を含有する化合物や炭素材料で被覆することもできる。これらの中では、LiFePO又はLiMnPOが好ましい。
また、リチウム含有オリビン型リン酸塩は、例えば前記の正極活物質と混合して用いることもできる。
Furthermore, lithium-containing olivine-type phosphate can also be used as the positive electrode active material. In particular, lithium-containing olivine-type phosphate containing one or more selected from iron, cobalt, nickel and manganese is preferable. Specific examples thereof include one or more selected from LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , and LiMnPO 4 .
Some of these lithium-containing olivine-type phosphates may be substituted with other elements, and some of iron, cobalt, nickel, and manganese are replaced with Co, Mn, Ni, Mg, Al, B, Ti, V, and Nb. , Cu, Zn, Mo, Ca, Sr, W, Zr and the like, or may be substituted with one or two or more elements selected from these, or may be coated with a compound or carbon material containing these other elements. Among these, LiFePO 4 or LiMnPO 4 is preferable.
Moreover, lithium containing olivine type | mold phosphate can also be mixed with the said positive electrode active material, for example, and can be used.

また、リチウム一次電池用正極としては、CuO、CuO、AgO、AgCrO、CuS、CuSO、TiO、TiS、SiO、SnO、V、V12、VO、Nb、Bi、BiPb,Sb、CrO、Cr、MoO、WO、SeO、MnO、Mn、Fe、FeO、Fe、Ni、NiO、CoO、又はCoO等の、一種又は二種以上の金属元素の酸化物又はカルコゲン化合物、SO、SOCl等の硫黄化合物、一般式(CFnで表されるフッ化炭素(フッ化黒鉛)等が挙げられる。これらの中でも、MnO、V、フッ化黒鉛等が好ましい。As the positive electrode for lithium primary battery, CuO, Cu 2 O, Ag 2 O, Ag 2 CrO 4, CuS, CuSO 4, TiO 2, TiS 2, SiO 2, SnO, V 2 O 5, V 6 O 12 , VO x , Nb 2 O 5 , Bi 2 O 3 , Bi 2 Pb 2 O 5 , Sb 2 O 3 , CrO 3 , Cr 2 O 3 , MoO 3 , WO 3 , SeO 2 , MnO 2 , Mn 2 O 3 , Fe 2 O 3 , FeO, Fe 3 O 4 , Ni 2 O 3 , NiO, CoO 3 , or CoO, one or more metal element oxides or chalcogen compounds, SO 2 , SOCl 2, etc. Examples thereof include sulfur compounds, and fluorocarbons (fluorinated graphite) represented by the general formula (CF x ) n . Among these, MnO 2, V 2 O 5 , fluorinated graphite and the like are preferable.

上記の正極活物質10gを蒸留水100mlに分散させた時の上澄み液のpHとしては10.0〜12.5である場合、一段とサイクル特性および充電保存特性の改善効果が得られやすいので好ましく、更に10.5〜12.0である場合が好ましい。
また、正極中に元素としてNiが含まれる場合、正極活物質中のLiOH等の不純物が増える傾向があるため、一段とサイクル特性および充電保存特性の改善効果が得られやすいので好ましく、正極活物質中のNiの原子濃度が5〜25atomic%である場合が更に好ましく、8〜21atomic%である場合が特に好ましい。
The pH of the supernatant liquid when 10 g of the positive electrode active material is dispersed in 100 ml of distilled water is preferably 10.0 to 12.5 because the effect of improving the cycle characteristics and the charge storage characteristics can be easily obtained. Furthermore, the case where it is 10.5-12.0 is preferable.
Further, when Ni is contained as an element in the positive electrode, since there is a tendency that impurities such as LiOH in the positive electrode active material tend to increase, the effect of improving the cycle characteristics and the charge storage characteristics is more easily obtained. The case where the atomic concentration of Ni is 5 to 25 atomic% is more preferable, and the case where it is 8 to 21 atomic% is particularly preferable.

正極の導電剤は、化学変化を起こさない電子伝導材料であれば特に制限はない。例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等のグラファイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、及びサーマルブラックから選ばれる一種又は二種以上のカーボンブラック等が挙げられる。また、グラファイトとカーボンブラックを適宜混合して用いてもよい。導電剤の正極合剤への添加量は、1〜10質量%が好ましく、特に2〜5質量%が好ましい。   The conductive agent for the positive electrode is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not cause a chemical change. For example, graphite such as natural graphite (scaly graphite, etc.), graphite such as artificial graphite, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and one or more carbon blacks selected from thermal black It is done. Further, graphite and carbon black may be appropriately mixed and used. 1-10 mass% is preferable and, as for the addition amount to the positive mix of a electrically conductive agent, 2-5 mass% is especially preferable.

正極は、前記の正極活物質をアセチレンブラック、カーボンブラック等の導電剤、及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンとブタジエンの共重合体(SBR)、アクリロニトリルとブタジエンの共重合体(NBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、エチレンプロピレンジエンターポリマー等の結着剤と混合し、これに1−メチル−2−ピロリドン等の高沸点溶剤を加えて混練して正極合剤とした後、この正極合剤を集電体のアルミニウム箔やステンレス製のラス板等に塗布して、乾燥、加圧成型した後、50℃〜250℃程度の温度で2時間程度真空下で加熱処理することにより作製することができる。
正極の集電体を除く部分の密度は、通常は1.5g/cm以上であり、電池の容量をさらに高めるため、好ましくは2g/cm以上であり、より好ましくは3g/cm以上であり、更に好ましくは3.6g/cm以上である。なお、その上限としては、4g/cm以下が好ましい。
The positive electrode is composed of a conductive agent such as acetylene black and carbon black, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), a copolymer of styrene and butadiene (SBR), acrylonitrile and butadiene. Mixing with a binder such as copolymer (NBR), carboxymethyl cellulose (CMC), ethylene propylene diene terpolymer, etc., and adding a high boiling point solvent such as 1-methyl-2-pyrrolidone to knead and mix Then, this positive electrode mixture was applied to a current collector aluminum foil, a stainless steel lath plate, etc., dried and pressure-molded, and then subjected to vacuum at a temperature of about 50 ° C. to 250 ° C. for about 2 hours. It can be manufactured by heat treatment.
The density of the part except the collector of the positive electrode is usually at 1.5 g / cm 3 or more, for further increasing the capacity of the battery, is preferably 2 g / cm 3 or more, more preferably 3 g / cm 3 or more More preferably, it is 3.6 g / cm 3 or more. The upper limit is preferably 4 g / cm 3 or less.

リチウム電池の構造には特に限定はなく、単層又は複層のセパレータを有するコイン型電池、円筒型電池、角型電池、ラミネート電池等を適用できる。
電池用セパレータとしては、特に制限はされないが、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンの単層又は積層の微多孔性フィルム、織布、不織布等を使用できる。
The structure of the lithium battery is not particularly limited, and a coin-type battery, a cylindrical battery, a square battery, a laminated battery, or the like having a single-layer or multi-layer separator can be applied.
Although it does not restrict | limit especially as a separator for batteries, The single layer or laminated | stacked microporous film, woven fabric, a nonwoven fabric, etc. of polyolefin, such as a polypropylene and polyethylene, can be used.

本発明におけるリチウム二次電池は、リチウム金属に対する正極の充電終止電圧が4.2V以上、特に4.3V以上の場合にも電気化学特性に優れ、更に、4.4V以上においても特性は良好である。電流値については特に限定されないが、通常0.1〜30Cの範囲で使用される。また、本発明におけるリチウム電池は、−40〜100℃、好ましくは−10〜80℃で充放電することができる。   The lithium secondary battery according to the present invention has excellent electrochemical characteristics even when the end-of-charge voltage of the positive electrode with respect to lithium metal is 4.2 V or higher, particularly 4.3 V or higher, and further has excellent characteristics even at 4.4 V or higher. is there. Although it does not specifically limit about an electric current value, Usually, it uses in the range of 0.1-30C. Moreover, the lithium battery in this invention can be charged / discharged at -40-100 degreeC, Preferably it is -10-80 degreeC.

本発明においては、リチウム電池の内圧上昇の対策として、電池蓋に安全弁を設けたり、電池缶やガスケット等の部材に切り込みを入れる方法も採用することができる。また、過充電防止の安全対策として、電池の内圧を感知して電流を遮断する電流遮断機構を電池蓋に設けることができる。   In the present invention, as a countermeasure against an increase in the internal pressure of the lithium battery, a method of providing a safety valve on the battery lid or cutting a member such as a battery can or a gasket can be employed. Further, as a safety measure for preventing overcharge, the battery lid can be provided with a current interruption mechanism that senses the internal pressure of the battery and interrupts the current.

〔第2の蓄電デバイス(リチウムイオンキャパシタ)〕
第2の蓄電デバイスは、負極であるグラファイト等の炭素材料へのリチウムイオンのインターカレーションを利用してエネルギーを貯蔵する蓄電デバイスである。リチウムイオンキャパシタ(LIC)と呼ばれる。本願発明の第2の蓄電デバイスは、この負極に態様1の負極活物質を含有するものである。正極は、例えば活性炭電極と電解液との間の電気二重層を利用したものや、π共役高分子電極のドープ/脱ドープ反応を利用したもの等が挙げられる。電解液には少なくともLiPF6等のリチウム塩が含まれる。
[Second power storage device (lithium ion capacitor)]
A 2nd electrical storage device is an electrical storage device which stores energy using the lithium ion intercalation to carbon materials, such as a graphite which is a negative electrode. It is called a lithium ion capacitor (LIC). The 2nd electrical storage device of this invention contains the negative electrode active material of aspect 1 in this negative electrode. Examples of the positive electrode include those using an electric double layer between an activated carbon electrode and an electrolytic solution, and those using a π-conjugated polymer electrode doping / dedoping reaction. The electrolyte contains at least a lithium salt such as LiPF 6 .

実施例1〜25、比較例1〜2
〔ケイ素−銅合金負極活物質の作製〕
実施例1〜25および比較例1〜2に用いたケイ素−銅合金(A−1〜A−25、C−1、C−2)はケイ素−銅合金の原料インゴットを所定の比で混合し、それをアルゴンガス雰囲気下(酸素濃度1ppm未満)もしくはアルゴンガスに僅かに酸素を導入した雰囲気(酸素濃度1ppm〜3000ppm程度)において高周波誘導加熱により溶解させ溶湯を得る。次いで、この溶湯をアルゴンガス雰囲気下(酸素濃度1ppm未満)もしくはアルゴンガスに僅かに酸素を導入(酸素濃度1ppm〜3000ppm程度)した雰囲気下のタンクに噴射する一方、噴霧中の試料に向けてアルゴンガス(酸素濃度1ppm未満)もしくは僅かに酸素を導入したアルゴンガス(酸素濃度1ppm〜3000ppm程度)を噴出して、ケイ素−銅合金粉末を得る。その後、必要に応じて分級することにより、作製した。
なお、酸素分配パラメターx/yは、各工程の酸素濃度に濃淡をつけることにより調整した。具体的には、主として、溶湯をタンクに噴射する工程において導入するガスのガス中の酸素濃度と、噴霧中の試料に向けて噴射するガスのガス中の酸素濃度とを適宜調整することにより、酸素分配パラメターx/yを調整した。また、アトマイズのノズルの径や噴霧中の試料に向けて噴出するアルゴンガスの噴出圧力などを調整したり、酸素濃度を適宜調整したり、アトマイズ後適宜篩掛けしたり、適宜粉砕処理することにより、負極活物質粉体の二次粒子の平均粒子径や相(A)の平均粒径をコントロールした。作製後の各ケイ素−銅合金の諸物性を表1に示す。
これらのケイ素−銅合金をXRDで測定した結果、何れもケイ素単体およびSiCuの回折ピーク位置と一致する回折ピークを有するものであった。
〔リチウムイオン二次電池の作製〕
LiNi1/3Mn1/3Co1/3(正極活物質、正極活物質10gを蒸留水100mlに分散させた時の上澄み液のpHは10.8);94質量%、アセチレンブラック(導電剤);3質量%を混合し、予めPVDF(結着剤);3質量%を1−メチル−2−ピロリドンに溶解させておいた溶液に加えて混合し、正極合剤ペーストを調製した。この正極合剤ペーストをアルミニウム箔(集電体)上の片面に塗布し、乾燥、加圧処理して所定の大きさに打ち抜き、正極シートを作製した。正極の集電体を除く部分の密度は3.6g/cmであった。
また、上記の方法で作製したケイ素−銅合金;15質量%、人造黒鉛(d002=0.335nm、D50=19μm);70質量%、アセチレンブラック(導電剤);10質量%を、予めPVDF(結着剤)5質量%を1−メチル−2−ピロリドンに溶解させておいた溶液に加えて混合し、負極合剤ペーストを調製した。この負極合剤ペーストを銅箔(集電体)上の片面に塗布し、乾燥、加圧処理して所定の大きさに打ち抜き負極シートを作製した。この電極シートを用いてX線回折測定した結果、黒鉛結晶の(110)面のピーク強度I(110)と(004)面のピーク強度I(004)の比〔I(110)/I(004)〕は0.1であった。
そして、正極シート、微多孔性ポリエチレンフィルム製セパレータ、負極シートの順に積層し、電解液として1M LiPFを溶解させたEC/FEC/VC/MEC/DEC(25/3/2/30/40体積比)の非水電解液を加えて、2032型コイン電池を作製した。蓄電デバイス特性を表1に示す。
Examples 1-25, Comparative Examples 1-2
[Production of silicon-copper alloy negative electrode active material]
The silicon-copper alloys (A-1 to A-25, C-1, and C-2) used in Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 and 2 were prepared by mixing raw material ingots of silicon-copper alloys at a predetermined ratio. Then, it is melted by high frequency induction heating in an argon gas atmosphere (oxygen concentration of less than 1 ppm) or in an atmosphere in which oxygen is slightly introduced into the argon gas (oxygen concentration of about 1 ppm to 3000 ppm) to obtain a molten metal. Next, this molten metal is injected into a tank under an argon gas atmosphere (oxygen concentration of less than 1 ppm) or an atmosphere in which oxygen is slightly introduced into the argon gas (oxygen concentration of about 1 ppm to 3000 ppm), while argon is directed toward the sample being sprayed. Gas (oxygen concentration less than 1 ppm) or argon gas (oxygen concentration of about 1 ppm to 3000 ppm) into which oxygen is slightly introduced is ejected to obtain silicon-copper alloy powder. Then, it produced by classifying as needed.
The oxygen distribution parameter x / y was adjusted by adding light and shade to the oxygen concentration in each step. Specifically, mainly by appropriately adjusting the oxygen concentration in the gas gas introduced in the step of injecting the molten metal into the tank and the oxygen concentration in the gas gas injected toward the sample being sprayed, The oxygen partition parameter x / y was adjusted. In addition, by adjusting the diameter of the atomizing nozzle and the pressure of argon gas ejected toward the sample being sprayed, adjusting the oxygen concentration, screening appropriately after atomization, or crushing appropriately The average particle diameter of the secondary particles of the negative electrode active material powder and the average particle diameter of the phase (A) were controlled. Table 1 shows the physical properties of each silicon-copper alloy after fabrication.
As a result of measuring these silicon-copper alloys by XRD, they all had diffraction peaks that coincided with the diffraction peak positions of silicon simple substance and SiCu 3 .
[Production of lithium ion secondary battery]
LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (the positive electrode active material, the pH of the supernatant liquid when 10 g of the positive electrode active material is dispersed in 100 ml of distilled water is 10.8); 94% by mass, acetylene black ( Conductive agent); 3% by mass was mixed, and PVDF (binder); 3% by mass was added to and mixed with a solution in which 3% by mass was previously dissolved in 1-methyl-2-pyrrolidone to prepare a positive electrode mixture paste. . This positive electrode mixture paste was applied to one side of an aluminum foil (current collector), dried and pressurized, punched out to a predetermined size, and a positive electrode sheet was produced. The density of the portion excluding the current collector of the positive electrode was 3.6 g / cm 3 .
Further, the silicon-copper alloy produced by the above method: 15% by mass, artificial graphite (d 002 = 0.335 nm, D50 = 19 μm); 70% by mass, acetylene black (conductive agent); (Binder) 5% by mass was added to a solution dissolved in 1-methyl-2-pyrrolidone and mixed to prepare a negative electrode mixture paste. This negative electrode mixture paste was applied to one side of a copper foil (current collector), dried and pressurized, and punched into a predetermined size to produce a negative electrode sheet. As a result of X-ray diffraction measurement using this electrode sheet, the ratio of the peak intensity I (110) of the (110) plane of the graphite crystal to the peak intensity I (004) of the (004) plane [I (110) / I (004) )] Was 0.1.
Then, EC / FEC / VC / MEC / DEC (25/3/2/30/40 volume) obtained by laminating a positive electrode sheet, a microporous polyethylene film separator, and a negative electrode sheet in this order and dissolving 1M LiPF 6 as an electrolytic solution. Ratio) non-aqueous electrolyte was added to prepare a 2032 type coin battery. The power storage device characteristics are shown in Table 1.

〔蓄電デバイス特性の測定〕
<初回充放電効率>
上記の方法で作製したコイン電池を用いて、25℃の恒温槽中、1Cの定電流及び定電圧で、終止電圧4.2Vまで3時間充電し、1Cの定電流下終止電圧2.75Vまで放電して、以下の式より初回充放電効率を求めた。
初回充放電効率(%)= 初回放電容量/初回充電容量 × 100
[Measurement of electrical storage device characteristics]
<First charge / discharge efficiency>
Using the coin battery produced by the above method, in a constant temperature bath at 25 ° C., charge at a constant current of 1C and a constant voltage for 3 hours to a final voltage of 4.2V, and to a final voltage of 2.75V under a constant current of 1C. After discharging, the initial charge / discharge efficiency was determined from the following equation.
Initial charge / discharge efficiency (%) = initial discharge capacity / initial charge capacity x 100

<100サイクル後の容量維持率>
引き続き、コイン電池を25℃の恒温槽中、1Cの定電流及び定電圧で、終止電圧4.2Vまで3時間充電し、次に1Cの定電流下終止電圧2.75Vまで放電することを1サイクルとし、これを100サイクルに達するまで繰り返した。そして、以下の式により100サイクル後の容量維持率を求めた。
容量維持率(%)=(100サイクル目の放電容量/初回放電容量)×100
<Capacity maintenance rate after 100 cycles>
Subsequently, the coin battery is charged in a constant temperature bath at 25 ° C. with a constant current and a constant voltage of 1 C for 3 hours to a final voltage of 4.2 V, and then discharged to a final voltage of 2.75 V under a constant current of 1 C. This was repeated until 100 cycles were reached. And the capacity | capacitance maintenance factor after 100 cycles was calculated | required with the following formula | equation.
Capacity retention rate (%) = (discharge capacity at 100th cycle / initial discharge capacity) × 100

<充電保存後のガス発生>
上記と同様な方法で作製した別のコイン電池を用いて、25℃の恒温槽中、1Cの定電流及び定電圧で、終止電圧4.2Vまで3時間充電し、コイン電池を開回路状態で60℃の恒温槽中に10日間保存した。その後、1Cの定電流下終止電圧2.75Vまで放電した後、アルキメデス法によりガス発生量を測定した。ガス発生量は、比較例1のガス発生量を100%としたときを基準とし、相対的なガス発生量を調べた。
蓄電デバイス特性の測定の測定結果を表1に示す。
<Gas generation after charge storage>
Using another coin battery produced by the same method as described above, in a constant temperature bath at 25 ° C., charging at a constant current of 1 C and a constant voltage for 3 hours to a final voltage of 4.2 V, the coin battery is in an open circuit state. It preserve | saved for 10 days in a 60 degreeC thermostat. Thereafter, after discharging to a final voltage of 2.75 V under a constant current of 1 C, the amount of gas generated was measured by the Archimedes method. The relative amount of gas generated was examined on the basis of the amount of gas generated in Comparative Example 1 as 100%.
Table 1 shows the measurement results of the measurement of the electricity storage device characteristics.

Figure 0006291479
Figure 0006291479

態様1の発明の負極活物質に関する実施例である実施例1〜25より、本願発明の負極活物質(A−1〜A−25)は、従来技術のケイ素−銅合金負極活物質に相当する酸素をほぼ含まない負極活物質(C−1)や過度に酸化され酸素含有量が多い負極活物質(C−2)よりも、これらの負極活物質を用いて作製した蓄電デバイスの初回充放電効率(つまり、充電エネルギーを無駄にしない程度の目安)、100サイクル後の容量維持率、充電保存後のガス抑制効果が何れも著しく改善されており、酸素は極力排除することが好ましいと考えられていた従来のケイ素−銅合金負極活物質に対する技術思想では予想しえない効果が発揮されることが判明した。   From Examples 1 to 25, which are examples relating to the negative electrode active material of the invention of aspect 1, the negative electrode active materials (A-1 to A-25) of the present invention correspond to silicon-copper alloy negative electrode active materials of the prior art. First-time charge / discharge of the electricity storage device produced using these negative electrode active materials rather than the negative electrode active material (C-1) which does not substantially contain oxygen and the negative electrode active material (C-2) which is excessively oxidized and has a high oxygen content The efficiency (that is, a measure that does not waste charging energy), the capacity maintenance rate after 100 cycles, and the gas suppression effect after storage after charging are all significantly improved, and it is considered preferable to eliminate oxygen as much as possible. It has been found that the technical idea for the conventional negative electrode active material of silicon-copper alloy exhibits an unexpected effect.

実施例26〜31、および比較例3、4
負極活物質A−3を用い、負極合剤中のケイ素−銅合金と人造黒鉛の含有量を表2に示すように変化させた以外は実施例3と同様にしてコイン電池を作製したもの(実施例26〜実施例28)、実施例3で用いた人造黒鉛(d002=0.335nm、D50=19μm)の代わりに、平均粒子径の異なる人造黒鉛(d002=0.335nm、D50=19μm)を用いた以外は実施例3と同様にしてコイン電池を作製したもの(実施例29)、導電剤のアセチレンブラックの代わりに、炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成している微細な炭素繊維粉末AMC(登録商標、宇部興産株式会社製、XRD測定によるグラファイト構造のd002は0.3437nm、TEM画像解析による微細な炭素繊維を構成する釣鐘状構造単位及びその集合体の寸法に関するパラメータは、D=12nm、d=7nm、L=114nm、L/D=9.5、θの平均値は約3°、集合体を形成する釣鐘状構造単位の積層数は約10程度)を用いた以外は実施例3と同様にしてコイン電池を作製したもの(実施例30)、結着剤のPVDFの代わりに芳香族テトラカルボン酸とジアミン化合物とから得られたポリアミック酸の1−メチル−2−ピロリドン溶液(ポリイミドの前駆体)であるU−ワニス−A(登録商標、宇部興産株式会社製)を用いた以外は実施例30と同様にしてコイン電池を作製したもの(実施例31)、負極活物質A−3の代わりに負極活物質C−1を用いた以外は実施例30、実施例31と同様にしてコイン電池を作製したもの(比較例3、比較例4)、を用いて蓄電デバイス特性を測定した結果を表2に示す。なお、表2中においては、上述した実施例3、比較例1,2の結果も併せて示した。
Examples 26 to 31 and Comparative Examples 3 and 4
A coin battery was manufactured in the same manner as in Example 3 except that the negative electrode active material A-3 was used and the contents of the silicon-copper alloy and the artificial graphite in the negative electrode mixture were changed as shown in Table 2 ( Example 26 to Example 28), instead of artificial graphite (d 002 = 0.335 nm, D50 = 19 μm) used in Example 3, artificial graphite having different average particle diameters (d 002 = 0.335 nm, D50 = 19 μm) except that a coin battery was manufactured in the same manner as in Example 3 (Example 29). Instead of the conductive agent acetylene black, a graphite mesh surface composed only of carbon atoms was closed head. Forming a bell-shaped structural unit having a top portion and a body portion having an open bottom; the bell-shaped structural unit is stacked by sharing 2 to 30 pieces sharing a central axis; Head-to-Tai Fine carbon fiber powder AMC (registered trademark, manufactured by Ube Industries, Ltd., d002 of graphite structure by XRD measurement is 0.3437 nm, fine carbon fiber by TEM image analysis) Parameters relating to the size of the bell-shaped structural unit and its assembly are D = 12 nm, d = 7 nm, L = 114 nm, L / D = 9.5, the average value of θ is about 3 °, and an assembly is formed. A coin battery was prepared in the same manner as in Example 3 except that the number of bell-shaped structural units was about 10) (Example 30). Instead of PVDF as a binder, aromatic tetracarboxylic acid and U-Varnish-A (registered trademark, manufactured by Ube Industries, Ltd.) which is a 1-methyl-2-pyrrolidone solution of polyamic acid obtained from a diamine compound (a precursor of polyimide) A coin battery was prepared in the same manner as in Example 30 (Example 31) except that the negative electrode active material C-1 was used instead of the negative electrode active material A-3. Table 2 shows the results of measuring power storage device characteristics using coin batteries that were produced in the same manner (Comparative Example 3 and Comparative Example 4). In Table 2, the results of Example 3 and Comparative Examples 1 and 2 described above are also shown.

Figure 0006291479
Figure 0006291479

態様2の発明の負極シートおよびそれを用いた態様3の発明の蓄電デバイスに関する実施例である実施例3、26〜31より、本願発明の実施例3、26〜31の負極シートを用いた蓄電デバイスは、従来技術のケイ素−銅合金負極活物質に相当する酸素をほぼ含まない負極活物質(C−1)や過度に酸化され酸素含有量が多い負極活物質(C−2)を用いて作製した負極シートによる蓄電デバイスに比べ、蓄電デバイスの初回充放電効率(つまり、充電エネルギーを無駄にしない程度の目安)、100サイクル後の容量維持率、充電保存後のガス抑制効果が何れも著しく改善されており、酸素は極力排除することが好ましいと考えられていた従来のケイ素−銅合金を用いた負極シートではみられない著しい相乗効果が発揮されることが判明した。   Electricity storage using the negative electrode sheet of Examples 3 and 26 to 31 of the present invention from Examples 3 and 26 to 31 which are examples relating to the negative electrode sheet of the invention of aspect 2 and the electricity storage device of the invention of aspect 3 using the same The device uses a negative electrode active material (C-1) substantially free of oxygen corresponding to the silicon-copper alloy negative electrode active material of the prior art or a negative electrode active material (C-2) that is excessively oxidized and has a high oxygen content. Compared with the electricity storage device using the produced negative electrode sheet, the initial charge / discharge efficiency of the electricity storage device (that is, a measure that does not waste the charging energy), the capacity retention rate after 100 cycles, and the gas suppression effect after charge storage are all significant. It has been improved, and it turned out that a remarkable synergistic effect that is not seen in the negative electrode sheet using the conventional silicon-copper alloy, which was thought to be preferable to eliminate oxygen as much as possible, was exhibited. It was.

実施例32〜39
表3に記載の非水電解液を使用した以外は実施例3と同様にコイン電池を作製して、蓄電デバイス特性を測定した結果を同じく表3に示す。なお、表3中においては、上述した実施例3、比較例1,2の結果も併せて示した。
Examples 32-39
Table 3 also shows the results of producing a coin battery and measuring the characteristics of the electricity storage device in the same manner as in Example 3 except that the nonaqueous electrolytic solution shown in Table 3 was used. In Table 3, the results of Example 3 and Comparative Examples 1 and 2 are also shown.

Figure 0006291479
Figure 0006291479

態様3の発明の蓄電デバイスに関する実施例である実施例32〜39より、本願発明のケイ素−銅合金を用い、各種組成の非水電解液を用いた蓄電デバイスは、従来技術のケイ素−銅合金負極活物質に相当する酸素をほぼ含まない負極活物質(C−1)や過度に酸化され酸素含有量が多い負極活物質(C−2)を用いて作製した蓄電デバイスに比べ、蓄電デバイスの初回充放電効率(つまり、充電エネルギーを無駄にしない程度の目安)、100サイクル後の容量維持率、充電保存後のガス抑制効果が何れも著しく改善されており、酸素は極力排除することが好ましいと考えられていた従来のケイ素−銅合金負極活物質ではみられない著しい相乗効果が発揮されることが判明した。   From Examples 32-39 which are examples relating to the electricity storage device of the invention of aspect 3, the electricity storage device using the non-aqueous electrolyte of various compositions using the silicon-copper alloy of the present invention is a silicon-copper alloy of the prior art. Compared to the negative electrode active material (C-1) which does not substantially contain oxygen corresponding to the negative electrode active material and the negative electrode active material (C-2) which is excessively oxidized and has a high oxygen content, The initial charge / discharge efficiency (that is, a measure that does not waste charge energy), the capacity retention rate after 100 cycles, and the gas suppression effect after charge storage are all significantly improved, and it is preferable to eliminate oxygen as much as possible. It was found that a remarkable synergistic effect that is not seen in the conventional silicon-copper alloy negative electrode active material that was considered to be

本発明の非水電解液を用いたリチウム二次電池は、広い温度範囲での電気化学特性に優れたリチウム二次電池等の蓄電デバイスとして有用である。   The lithium secondary battery using the non-aqueous electrolyte of the present invention is useful as an electricity storage device such as a lithium secondary battery having excellent electrochemical characteristics in a wide temperature range.

Claims (16)

下記一般式(I)
SiCu (I)
(但し、p+q+r+s=100、s=0.01〜5、q=5〜50、r=0〜10、Mは、Be、B、Al、P、Zn、Ga、Ge、In、Sn、Sb、Y、Zr、Nb、Mo、及びWから選ばれる少なくとも一種以上の元素を表す。)
で表される微量の酸素を含有するケイ素−銅合金負極活物質であって、
XRD測定により、ケイ素単体およびSiCu の回折ピーク位置と一致する回折ピークが検出されるケイ素−銅合金負極活物質
The following general formula (I)
Si p Cu q M r O s (I)
(However, p + q + r + s = 100, s = 0.01-5, q = 5-50, r = 0-10, M is Be, B, Al, P, Zn, Ga, Ge, In, Sn, Sb, It represents at least one element selected from Y, Zr, Nb, Mo, and W.)
A silicon-copper alloy negative electrode active material containing a trace amount of oxygen represented by :
A silicon-copper alloy negative electrode active material in which a diffraction peak corresponding to the diffraction peak position of silicon simple substance and SiCu 3 is detected by XRD measurement .
前記一般式(I)で表される負極活物質が、粉体を形成し、該粉体の二次粒子の平均粒子径(D50)が、1〜40μmであることを特徴とする請求項1に記載の負極活物質。   The negative electrode active material represented by the general formula (I) forms a powder, and an average particle diameter (D50) of secondary particles of the powder is 1 to 40 µm. The negative electrode active material according to 1. 前記一般式(I)において、s=0.02〜2であることを特徴とする請求項1または2に記載の負極活物質。   In the said general formula (I), it is s = 0.2-2, The negative electrode active material of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. 前記一般式(I)で表される負極活物質が、ケイ素単体と同じ結晶構造を有するSiOを主成分とする相(A)とSiCuと同じ結晶構造を有するSiCuを主成分とする相(B)からなることを特徴とする請求項3に記載の負極活物質。
(ただし、酸素分配パラメターx/yは0.5以下である。また、前記一般式(I)で表される負極活物質が元素Mを含む場合は、原子Mは、相(A)、相(B)の何れかに含まれるか、もしくは、相(A)、相(B)以外の別の相として含まれても良い。)
Negative electrode active material represented by the general formula (I), composed mainly of SiCu 3 O y having the same crystal structure phase mainly composed of SiO x having the same crystal structure as elemental silicon (A) and SiCu 3 The negative electrode active material according to claim 3, wherein the negative electrode active material comprises a phase (B).
(However, the oxygen distribution parameter x / y is 0.5 or less. In addition, when the negative electrode active material represented by the general formula (I) includes the element M, the atom M includes the phase (A), the phase (It may be included in any of (B), or may be included as a phase other than phase (A) and phase (B).)
前記相(A)の平均結晶粒径が、0.1〜10μmであることを特徴とする請求項4に記載の負極活物質。   5. The negative electrode active material according to claim 4, wherein the average crystal grain size of the phase (A) is 0.1 to 10 μm. 前記粉体の二次粒子の体積累積粒度分布の5%径(D5)が0.2μm以上であることを特徴とする請求項に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to claim 2 , wherein a 5% diameter (D5) of a volume cumulative particle size distribution of secondary particles of the powder is 0.2 μm or more. 請求項1〜6のいずれかに記載の負極活物質、炭素材料、および、結着剤からなる負極合剤を銅集電体表面に塗布したことを特徴とする負極シート。   A negative electrode sheet, wherein the negative electrode mixture comprising the negative electrode active material according to claim 1, a carbon material, and a binder is applied to the surface of a copper current collector. 前記炭素材料が、少なくとも黒鉛粉末を含み、該黒鉛粉末の比表面積が0.5〜10m/gであり、d002が0.335〜0.337nmであり、且つ、該黒鉛粉末の負極合剤中の含有量が55〜95質量%であることを特徴とする請求項7に記載の負極シート。 The carbon material includes at least graphite powder, the specific surface area of the graphite powder is 0.5 to 10 m 2 / g, d002 is 0.335 to 0.337 nm, and the negative electrode mixture of the graphite powder Content in the inside is 55-95 mass%, The negative electrode sheet of Claim 7 characterized by the above-mentioned. 前記炭素材料が、少なくとも繊維状炭素粉末を含むことを特徴とする請求項7または8に記載の負極シート。   The negative electrode sheet according to claim 7 or 8, wherein the carbon material includes at least fibrous carbon powder. 前記繊維状炭素粉末が、炭素原子のみから構成されるグラファイト網面が、閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位を形成し、前記釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個積み重なって集合体を形成し、前記集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成している微細な炭素繊維からなることを特徴とする請求項9に記載の負極シート。   In the fibrous carbon powder, a graphite mesh surface composed of only carbon atoms forms a bell-shaped structural unit having a closed top portion and a trunk portion having an open lower portion, and the bell-shaped structural unit is a center. 2-30 pieces are stacked by sharing an axis to form an aggregate, and the aggregate is composed of fine carbon fibers that are connected to form a fiber in a head-to-tail manner at intervals. The negative electrode sheet according to claim 9. 前記繊維状炭素粉末を負極合剤中に1〜10質量%含むことを特徴とする請求項9または10に記載の負極シート。   11. The negative electrode sheet according to claim 9, wherein 1 to 10% by mass of the fibrous carbon powder is contained in the negative electrode mixture. 前記結着剤が、少なくとも、芳香族テトラカルボン酸及び/またはその誘導体とジアミン化合物とから得られたポリイミドを含むことを特徴とする請求項7〜11のいずれかに記載の負極シート。   The negative electrode sheet according to any one of claims 7 to 11, wherein the binder contains at least a polyimide obtained from an aromatic tetracarboxylic acid and / or a derivative thereof and a diamine compound. 正極、負極及び非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液を備えた蓄電デバイスにおいて、前記負極が少なくとも請求項1〜6のいずれかに記載の負極活物質を含むことを特徴とする蓄電デバイス。   An electricity storage device comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent, wherein the negative electrode includes at least the negative electrode active material according to any one of claims 1 to 6. Power storage device. 正極、負極及び非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液を備えた蓄電デバイスにおいて、前記負極が請求項7〜12のいずれかに記載の負極シートを用いたことを特徴とする蓄電デバイス。   An electricity storage device including a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent, wherein the negative electrode uses the negative electrode sheet according to any one of claims 7 to 12. Power storage device. 前記非水電解液中に、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、及び4−エチニル−1,3−ジオキソラン−2−オンから選ばれる炭素−炭素二重結合及び/または炭素−炭素三重結合を含む環状カーボネート、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、トランス又はシス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンから選ばれるフッ素原子を有する環状カーボネートの何れか一種以上を含有することを特徴とする請求項13または14に記載の蓄電デバイス。   A cyclic carbonate containing a carbon-carbon double bond and / or a carbon-carbon triple bond selected from vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, and 4-ethynyl-1,3-dioxolan-2-one in the non-aqueous electrolyte Any one or more of cyclic carbonates having a fluorine atom selected from 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, trans or cis-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one The power storage device according to claim 13 or 14, characterized in that: 前記非水電解液中に、エチル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、1,5−ジイソシアナトペンタン、1,6−ジイソシアナトヘキサン、1,7−ジイソシアナトヘプタン、スクシノニトリル、2−エチルスクシノニトリル、グルタロニトリル、3−メチルグルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリルから選ばれる少なくとも一種を0.001質量%〜5質量%含有することを特徴とする請求項13〜15のいずれかに記載の蓄電デバイス。   In the non-aqueous electrolyte, ethyl 2- (diethoxyphosphoryl) acetate, 2-propynyl 2- (diethoxyphosphoryl) acetate, 1,5-diisocyanatopentane, 1,6-diisocyanatohexane, 1, It contains 0.001% to 5% by mass of at least one selected from 7-diisocyanatoheptane, succinonitrile, 2-ethylsuccinonitrile, glutaronitrile, 3-methylglutaronitrile, adiponitrile, and pimelonitrile. The electrical storage device in any one of Claims 13-15 characterized by these.
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