JP6315998B2 - Negative electrode and non-aqueous electrolyte battery - Google Patents
Negative electrode and non-aqueous electrolyte battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP6315998B2 JP6315998B2 JP2014007106A JP2014007106A JP6315998B2 JP 6315998 B2 JP6315998 B2 JP 6315998B2 JP 2014007106 A JP2014007106 A JP 2014007106A JP 2014007106 A JP2014007106 A JP 2014007106A JP 6315998 B2 JP6315998 B2 JP 6315998B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- particles
- band
- active material
- composite oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
本発明の実施形態は、負極及び非水電解質電池に関する。 Embodiments described herein relate generally to a negative electrode and a nonaqueous electrolyte battery.
近年、Liイオンが負極と正極との間を移動することにより充放電が行われる非水電解質電池が、エネルギー問題や環境問題等の観点から、電気自動車(EV)やハイブリッド自動車(HEV)、太陽光発電などの定置型発電システム用の大型蓄電デバイスとして期待されている。 In recent years, non-aqueous electrolyte batteries that are charged and discharged by moving Li ions between a negative electrode and a positive electrode have been developed from the viewpoints of energy problems and environmental problems, such as electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HEV), solar It is expected as a large power storage device for stationary power generation systems such as photovoltaic power generation.
このような非水電解質電池は、小型の携帯電話やノートパソコン等に用いられる非水電解質電池以上に、長時間の使用に耐え得る特性や、万が一の事故時にも発火や爆発の危険性の低い性質が求められている。 Such non-aqueous electrolyte batteries are more resistant to long-term use than non-aqueous electrolyte batteries used in small mobile phones, laptop computers, etc., and are less likely to ignite or explode in the event of an accident. Properties are required.
カーボン系負極を用いた非水電解質電池では、低温での作動時や長期使用による劣化時に負極上に金属リチウム、いわゆるデンドライトが析出することが知られている。これは、カーボン負極のリチウム吸蔵及び放出電位が、0.1V vs Li/Li+付近であり、リチウムの析出電位に近いためである。デンドライトは、針状の形状である。そのため、デンドライトは、セパレータを貫通して内部短絡を引き起こすおそれがある。このような内部短絡は、電池の異常発熱を引き起こす可能性があり、危険である。 In a nonaqueous electrolyte battery using a carbon-based negative electrode, it is known that metallic lithium, so-called dendrite, is deposited on the negative electrode during operation at a low temperature or deterioration due to long-term use. This is because the lithium occlusion and release potential of the carbon negative electrode is in the vicinity of 0.1 V vs Li / Li + , which is close to the lithium deposition potential. The dendrite has a needle shape. Therefore, the dendrite may penetrate the separator and cause an internal short circuit. Such an internal short circuit may cause abnormal heat generation of the battery and is dangerous.
一方、デンドライトの析出は、リチウムの吸蔵及び放出電位がカーボン負極よりも貴な負極活物質を用いることで抑制することができる。このような活物質の例として、金属酸化物負極(例えばリチウムチタン複合酸化物)、合金系負極(例えばスズ)などが挙げられる。このうち、チタン酸リチウム、特にLi4Ti5O12はLiイオンの挿入及び脱離の際に結晶格子のサイズや構造がほとんど変化しないため、サイクル安定性が極めて高い材料として知られている。しかしながら、Li4Ti5O12の理論容量は、175mAh/gであり、カーボン負極の336mAh/gと比べ半分程度である。そのため、Li4Ti5O12を用いると、電池のエネルギー密度がカーボン系負極に比べ低下してしまうという問題がある。 On the other hand, the precipitation of dendrites can be suppressed by using a negative electrode active material that has a higher lithium insertion and release potential than the carbon negative electrode. Examples of such an active material include a metal oxide negative electrode (for example, lithium titanium composite oxide), an alloy-based negative electrode (for example, tin), and the like. Among these, lithium titanate, particularly Li 4 Ti 5 O 12, is known as a material having extremely high cycle stability because the size and structure of the crystal lattice hardly change during insertion and desorption of Li ions. However, the theoretical capacity of Li 4 Ti 5 O 12 is 175 mAh / g, which is about half that of 336 mAh / g of the carbon negative electrode. Therefore, when Li 4 Ti 5 O 12 is used, there is a problem that the energy density of the battery is lower than that of the carbon-based negative electrode.
本発明は、寿命特性及びレート特性に優れる非水電解質電池を実現できる負極と、優れた寿命特性及びレート特性を示すことができる非水電解質電池とを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the negative electrode which can implement | achieve the nonaqueous electrolyte battery excellent in a lifetime characteristic and a rate characteristic, and the nonaqueous electrolyte battery which can show the outstanding lifetime characteristic and a rate characteristic.
第1の実施形態によると、負極が提供される。この負極は負極材料層を具備する。この負極材料層は、複数の負極活物質粒子と、第2の導電助剤とを含む。複数の負極活物質粒子のそれぞれは、二次粒子と、二次粒子の表面の少なくとも一部に接した第1の導電助剤とを含む。二次粒子は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の複数の一次粒子が凝集してなる。第2の導電助剤は、第1の導電助剤に接している。第2の導電助剤は、負極活物質粒子間に配されている。第1の導電助剤は、負極材料層からラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、1300cm-1〜1400cm-1の振動数領域内に現れるDバンドと、1550cm-1〜1650cm-1の振動数領域内に現れるGバンドとを有する。また、第1の導電助剤は、このラマンスペクトルにおいて、Gバンドのピーク強度のDバンドのピーク強度に対する比が0.5〜1.3の範囲内にある。第2の導電助剤は、負極材料層からラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、1300cm-1〜1400cm-1の振動数領域内に現れるDバンドと、1550cm-1〜1650cm-1の振動数領域内に現れるGバンドとを有する。第2の導電助剤は、このラマンスペクトルにおいて、Gバンドのピーク強度のDバンドのピーク強度に対する比が1.5〜10の範囲内にある。 According to a first embodiment, a negative electrode is provided. The negative electrode includes a negative electrode material layer. The negative electrode material layer includes a plurality of negative electrode active material particles and a second conductive additive. Each of the plurality of negative electrode active material particles includes secondary particles and a first conductive additive in contact with at least a part of the surface of the secondary particles . The secondary particles are formed by aggregation of a plurality of primary particles of monoclinic niobium titanium composite oxide. The second conductive auxiliary agent is in contact with the first conductive auxiliary agent. The second conductive additive is disposed between the negative electrode active material particles. The first conductive additive, in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy of the negative electrode layer, and the D band appearing in the frequency region of 1300cm -1 ~1400cm -1, the frequency of 1550 cm -1 1650 cm -1 G band appearing in the region. In the Raman spectrum of the first conductive additive, the ratio of the peak intensity of the G band to the peak intensity of the D band is in the range of 0.5 to 1.3. The second conductive additive, in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy of the negative electrode layer, and the D band appearing in the frequency region of 1300cm -1 ~1400cm -1, the frequency of 1550 cm -1 1650 cm -1 G band appearing in the region. In the Raman spectrum, the ratio of the G band peak intensity to the D band peak intensity is in the range of 1.5 to 10.
第2の実施形態によると、非水電解質電池が提供される。この非水電解質電池は、負極と、正極と、非水電解質とを具備する。負極は、第1の実施形態に係る負極である。 According to the second embodiment, a nonaqueous electrolyte battery is provided. The nonaqueous electrolyte battery includes a negative electrode, a positive electrode, and a nonaqueous electrolyte. The negative electrode is a negative electrode according to the first embodiment.
以下に、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Each figure is a schematic diagram for promoting explanation and understanding of the embodiment, and its shape, dimensions, ratio, etc. are different from the actual device, but these are the following explanations and known techniques. The design can be changed as appropriate.
(第1の実施形態)
第1の実施形態によると、負極が提供される。この負極は負極材料層を具備する。この負極材料層は、複数の負極活物質粒子と、第2の導電助剤とを含む。複数の負極活物質粒子のそれぞれは、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子と、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面の少なくとも一部に接した第1の導電助剤とを含む。第2の導電助剤は、第1の導電助剤に接している。第2の導電助剤は、負極活物質粒子間に配されている。第1の導電助剤は、負極材料層からラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、1300cm-1〜1400cm-1の振動数領域内に現れるDバンドと、1550cm-1〜1650cm-1の振動数領域内に現れるGバンドとを有する。また、第1の導電助剤は、このラマンスペクトルにおいて、Gバンドのピーク強度のDバンドのピーク強度に対する比が0.5〜1.3の範囲内にある。第2の導電助剤は、負極材料層からラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、1300cm-1〜1400cm-1の振動数領域内に現れるDバンドと、1550cm-1〜1650cm-1の振動数領域内に現れるGバンドとを有する。第2の導電助剤は、このラマンスペクトルにおいて、Gバンドのピーク強度のDバンドのピーク強度に対する比が1.5〜10の範囲内にある。
(First embodiment)
According to a first embodiment, a negative electrode is provided. The negative electrode includes a negative electrode material layer. The negative electrode material layer includes a plurality of negative electrode active material particles and a second conductive additive. Each of the plurality of negative electrode active material particles includes monoclinic niobium titanium composite oxide particles and a first conductive auxiliary agent in contact with at least a part of the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles. The second conductive auxiliary agent is in contact with the first conductive auxiliary agent. The second conductive additive is disposed between the negative electrode active material particles. The first conductive additive, in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy of the negative electrode layer, and the D band appearing in the frequency region of 1300cm -1 ~1400cm -1, the frequency of 1550 cm -1 1650 cm -1 G band appearing in the region. In the Raman spectrum of the first conductive additive, the ratio of the peak intensity of the G band to the peak intensity of the D band is in the range of 0.5 to 1.3. The second conductive additive, in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy of the negative electrode layer, and the D band appearing in the frequency region of 1300cm -1 ~1400cm -1, the frequency of 1550 cm -1 1650 cm -1 G band appearing in the region. In the Raman spectrum, the ratio of the G band peak intensity to the D band peak intensity is in the range of 1.5 to 10.
近年、リチウムデンドライトの析出を抑制できる電位と高い充放電容量とを備えた材料として、一般式LixM(1-y)NbyNb2O(7+δ)で例えば表すことができるニオブ複合酸化物(但し、Mは、TiおよびZrから成る群から選択される少なくとも1種であり、x、yおよびδは、それぞれ0≦x≦6、0≦y≦1および−1≦δ≦1を満たす数である。)を含む電池用活物質が報告されている。特にTiNb2O7で表される単斜晶型のニオブチタン複合酸化物は、Li4Ti5O12よりも広い電位範囲でリチウムの挿入及び脱離が可能である。また、リチウムイオンの挿入可能な空間が多く存在する。さらに、リチウムイオンの挿入に伴い、結晶中のNbイオンが5価から3価へと還元されるため、例えば4価から3価へと還元されるTiと比べてより多くのリチウムイオンを挿入しても電気的中性を保つことが出来る。以上の理由により単斜晶型ニオブチタン複合酸化物は、高い充放電容量を示すことができる。 Recently, as a material having a potential and a high charge-discharge capacity can be suppressed precipitation of lithium dendrites, niobium composite capable general formula Li x M (1-y) Nb y Nb 2 O (7 + δ) represents e.g. Oxide (wherein M is at least one selected from the group consisting of Ti and Zr, and x, y and δ are 0 ≦ x ≦ 6, 0 ≦ y ≦ 1 and −1 ≦ δ ≦ 1 respectively. A battery active material is reported. In particular, a monoclinic niobium titanium composite oxide represented by TiNb 2 O 7 can insert and desorb lithium in a wider potential range than Li 4 Ti 5 O 12 . In addition, there are many spaces into which lithium ions can be inserted. Furthermore, with the insertion of lithium ions, the Nb ions in the crystal are reduced from pentavalent to trivalent, so, for example, more lithium ions are inserted compared to Ti that is reduced from tetravalent to trivalent. However, the electrical neutrality can be maintained. For the above reasons, the monoclinic niobium titanium composite oxide can exhibit a high charge / discharge capacity.
しかしながら、発明者らは、鋭意研究の結果、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物は、電池の抵抗上昇や電池の膨張を引き起こし得るという知見を得た。 However, as a result of intensive studies, the inventors have found that monoclinic niobium titanium composite oxide can cause an increase in battery resistance and battery expansion.
単斜晶型ニオブチタン複合酸化物は、Li4Ti5O12よりも卑な電位でLiの挿入及び脱離が可能であり、例えば1V(vs.Li/Li+)付近の電位までLiを挿入することができる。このような高充電状態、すなわち負極電位が卑な状態では、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物中のTi及びNbは、非常に活性となり、非水電解質の分解反応を促進する。非水電解質の分解は、電池の抵抗上昇や電池の膨張を引き起こし得る。 The monoclinic niobium titanium composite oxide can insert and desorb Li at a lower potential than Li 4 Ti 5 O 12 , for example, Li can be inserted to a potential in the vicinity of 1 V (vs. Li / Li + ). can do. In such a high charge state, that is, in a state where the negative electrode potential is low, Ti and Nb in the monoclinic niobium titanium composite oxide become very active and promote the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte. The decomposition of the non-aqueous electrolyte can cause an increase in battery resistance and battery expansion.
発明者らは、このような知見に基づいて鋭意研究した結果、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面の少なくとも一部に接するように結晶化度の低い第1の導電助剤を配し、結晶化度が高い第2の導電助剤を負極活物質粒子間に配することによって、非水電解質の分解による抵抗の上昇や電池の膨張を抑えることができると共に、低抵抗を達成できることを見出した。 As a result of diligent research based on such knowledge, the inventors have arranged the first conductive aid having a low crystallinity so as to be in contact with at least part of the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles. By arranging the second conductive additive having a high degree of crystallinity between the negative electrode active material particles, an increase in resistance due to decomposition of the nonaqueous electrolyte and expansion of the battery can be suppressed, and a low resistance can be achieved. I found it.
第1の導電助剤は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子に電子伝導性を付与することができると共に、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面に安定な被膜を形成することができる。 The first conductive auxiliary agent can impart electron conductivity to the monoclinic niobium titanium composite oxide particles and can form a stable coating on the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles. .
この第1の導電助剤は、結晶化度が低い。具体的には、第1の導電助剤は、負極材料層からラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおけるGバンドのピーク強度のDバンドのピーク強度に対する比(以下、強度比IG/IDと呼ぶ)が0.5〜1.3の範囲内にある。第1の導電助剤は、例えば、結晶化度が低いカーボン材料である。 This first conductive additive has a low crystallinity. Specifically, the first conductive additive is a ratio of the peak intensity of the G band to the peak intensity of the D band in the Raman spectrum obtained from the negative electrode material layer by Raman spectroscopy (hereinafter referred to as intensity ratio I G / ID ). Called) in the range of 0.5 to 1.3. The first conductive assistant is, for example, a carbon material having a low crystallinity.
ここで、Dバンドは、ラマンスペクトルにおいて、1300cm-1〜1400cm-1の振動数領域内に現れるバンドである。また、Gバンドは、1550cm-1〜1650cm-1の振動数領域内に現れるバンドである。Dバンドのピークは、アモルファスカーボンやグラファイトの欠陥に起因するピークである。Gバンドのピークは、グラファイト(正確には炭素原子の六角格子内振動)に起因するピークである。そのため、強度比IG/IDが大きいほど結晶化度が高く、強度比IG/IDが小さいほど結晶化度が低い。 Here, D band in the Raman spectrum is a band that appears in the frequency region of 1300cm -1 ~1400cm -1. The G band is a band that appears in the frequency region of 1550 cm −1 to 1650 cm −1 . The peak of the D band is a peak caused by defects in amorphous carbon or graphite. The peak of the G band is a peak caused by graphite (exactly, vibration in a hexagonal lattice of carbon atoms). Therefore, the greater the intensity ratio I G / ID, the higher the crystallinity, and the smaller the intensity ratio I G / ID , the lower the crystallinity.
強度比IG/IDが0.5〜1.3の範囲内にある第1の導電助剤は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面の少なくとも一部に接するように配されることで、高充電状態の単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子による非水電解質の分解によって生じた生成物から、安定な被膜を形成し、この被膜を複合酸化物粒子の表面に形成することができる。このようにして形成された被膜は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子による非水電解質の更なる分解を防ぐことができる。 The first conductive additive intensity ratio I G / I D is within a range of 0.5 to 1.3 is arranged so as to be in contact with at least a portion of the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles Thus, it is possible to form a stable coating from the product produced by the decomposition of the nonaqueous electrolyte by the monoclinic niobium titanium composite oxide particles in a highly charged state, and to form this coating on the surface of the composite oxide particles. it can. The film formed in this way can prevent further decomposition of the nonaqueous electrolyte by the monoclinic niobium titanium composite oxide particles.
一方、負極材料層において、第1の導電助剤が、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面に接しておらず、この複合酸化物粒子から離れて配置されている場合、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子による非水電解質の分解は促進されるが、複合酸化物粒子の表面に安定な被膜を形成することができない。その結果、非水電解質の分解が更に進行し、抵抗の上昇及び電池の膨張がより起こりやすくなる。 On the other hand, in the negative electrode material layer, when the first conductive additive is not in contact with the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles and is disposed away from the composite oxide particles, Although the decomposition of the non-aqueous electrolyte by the niobium titanium composite oxide particles is promoted, a stable film cannot be formed on the surface of the composite oxide particles. As a result, the decomposition of the non-aqueous electrolyte further proceeds, and the resistance increases and the battery expands more easily.
また、強度比IG/IDが0.5〜1.3の範囲内にある第1の導電助剤は、導電性に優れるため、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子に十分な電子伝導性を与えることができる。 The first conductive additive intensity ratio I G / I D is within a range of 0.5 to 1.3 is excellent in electrical conductivity, sufficient electron conductivity in the monoclinic niobium titanium composite oxide particles Can give sex.
第1の導電助剤の強度比IG/IDが0.5未満である場合、導電性が低下し、活物質に導電性を付与することが出来ない。一方、第1の導電助剤の強度比IG/IDが1.3より大きい場合、活物質表面で非水電解液溶媒を分解した後に安定な被膜を形成することができない。 When the strength ratio I G / ID of the first conductive aid is less than 0.5, the conductivity is lowered, and the conductivity cannot be imparted to the active material. On the other hand, when the strength ratio I G / ID of the first conductive additive is larger than 1.3, a stable film cannot be formed after decomposing the non-aqueous electrolyte solvent on the active material surface.
第2の導電助剤は、負極活物質粒子間の導電ネットワークを形成することができると共に、非水電解質の不純物や溶媒との副反応によるガス発生反応を抑制することができる。 The second conductive auxiliary agent can form a conductive network between the negative electrode active material particles, and can suppress a gas generation reaction due to a side reaction with impurities or a solvent of the nonaqueous electrolyte.
この第2の導電助剤は、結晶化度が高い。具体的には、第2の導電助剤は、負極材料層からラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおけるGバンドのピーク強度のDバンドのピーク強度に対する比、すなわち強度比IG/IDが1.5〜10の範囲内にある。ここで、Dバンド及びGバンドは、先に説明したとおりである。 This second conductive additive has a high degree of crystallinity. Specifically, in the second conductive additive, the ratio of the peak intensity of the G band to the peak intensity of the D band in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy from the negative electrode material layer, that is, the intensity ratio I G / ID is 1. Within the range of 5-10. Here, the D band and the G band are as described above.
第2の導電助剤の強度比IG/IDが1.5未満である場合、非水電解質の分解が促進されるが、活物質界面で被膜が形成されないため、ガス発生などが生じてしまい電池の抵抗上昇や電池の膨張が起こり得る。これは第1の導電助剤が単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面から離れて配置されている場合と同じ現象である。一方、第1の導電助剤の強度比IG/IDが10より大きい場合、電極への分散性、活物質粒子への結着性が低下するため、粒子間に配置することが困難になる。 When the strength ratio I G / ID of the second conductive auxiliary agent is less than 1.5, decomposition of the nonaqueous electrolyte is promoted, but no film is formed at the active material interface, and gas generation occurs. In other words, the resistance of the battery may increase and the battery may expand. This is the same phenomenon as the case where the first conductive auxiliary agent is arranged away from the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles. On the other hand, when the strength ratio I G / ID of the first conductive auxiliary agent is larger than 10, the dispersibility to the electrode and the binding property to the active material particles are lowered, so that it is difficult to arrange between the particles. Become.
結晶化度の低い第1の導電助剤を単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面の少なくとも一部に接するように配するのは、先に説明したように、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物による特有の現象のため、すなわち高電位状態の単斜晶型ニオブチタン複合酸化物が非水電解質を分解し得るためである。例えば、Li4Ti5O12は、Ti及びNbの活性が高くなる1V(vs.Li/Li+)付近の電位では充放電反応をほとんど起こすことができない。Li4Ti5O12による非水電解質の分解反応は起きたとしてもすぐに収束するため、Li4Ti5O12に接する導電助剤はその反応に関与し難い。言い換えると、Li4Ti5O12による非水電解質の分解反応は、その表面に接する導電助剤の結晶化度にはあまり依存しない。 As described above, the first conductive aid having a low degree of crystallinity is disposed so as to be in contact with at least a part of the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles. This is because the monoclinic niobium titanium composite oxide in a high potential state can decompose the non-aqueous electrolyte due to a phenomenon specific to the material. For example, Li 4 Ti 5 O 12 hardly causes a charge / discharge reaction at a potential in the vicinity of 1 V (vs. Li / Li + ) at which the activities of Ti and Nb increase. Even if the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte by Li 4 Ti 5 O 12 occurs, it immediately converges, so that the conductive auxiliary agent in contact with Li 4 Ti 5 O 12 is hardly involved in the reaction. In other words, the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte by Li 4 Ti 5 O 12 does not depend much on the crystallinity of the conductive additive in contact with the surface.
それに対し、第1の実施形態に係る負極は、先に説明したように、負極材料層において、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面の少なくとも一部に接するように結晶化度の低い第1の導電助剤を配することで、上記単斜晶型ニオブチタン複合酸化物による特有の現象である非水電解質の分解を敢えて利用し、この非水電解質の分解の結果得られた被膜により、更なる非水電解質の分解を抑えることができる。 In contrast, the negative electrode according to the first embodiment has a low degree of crystallinity so as to be in contact with at least part of the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles in the negative electrode material layer, as described above. By disposing the conductive assistant 1, the decomposition of the non-aqueous electrolyte, which is a unique phenomenon caused by the monoclinic niobium titanium composite oxide, is used, and the coating obtained as a result of the decomposition of the non-aqueous electrolyte Further decomposition of the nonaqueous electrolyte can be suppressed.
このように、第1の実施形態に係る負極を非水電解質電池において用いると、非水電解質の分解を抑えることができる。また、第1の実施形態に係る負極を非水電解質電池で用いると、抵抗の上昇を抑えることができると共に、第1の導電助剤及び第2の導電助剤の導電性を十分に利用することができる。これらのおかげで、第1の実施形態に係る負極は、寿命特性及びレート特性に優れる非水電解質電池を実現できる。 Thus, when the negative electrode according to the first embodiment is used in a nonaqueous electrolyte battery, decomposition of the nonaqueous electrolyte can be suppressed. In addition, when the negative electrode according to the first embodiment is used in a nonaqueous electrolyte battery, an increase in resistance can be suppressed and the conductivity of the first conductive auxiliary and the second conductive auxiliary is fully utilized. be able to. Thanks to these, the negative electrode according to the first embodiment can realize a nonaqueous electrolyte battery having excellent life characteristics and rate characteristics.
次に、第1の実施形態に係る負極をより詳細に説明する。 Next, the negative electrode according to the first embodiment will be described in more detail.
第1の実施形態に係る負極は、負極材料層を具備する。第1の実施形態に係る負極は、負極集電体を更に具備することができる。負極材料層は、負極集電体上に形成され得る。 The negative electrode according to the first embodiment includes a negative electrode material layer. The negative electrode according to the first embodiment can further include a negative electrode current collector. The negative electrode material layer can be formed on the negative electrode current collector.
負極材料層は、先に説明したように、複数の負極活物質粒子と、第2の導電助剤とを含む。負極活物質粒子のそれぞれは、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子と第1の導電助剤とを含む。 As described above, the negative electrode material layer includes a plurality of negative electrode active material particles and a second conductive additive. Each of the negative electrode active material particles includes monoclinic niobium titanium composite oxide particles and a first conductive additive.
負極活物質粒子は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の一次粒子であってもよい。この場合、この負極活物質粒子の表面の少なくとも一部に第1の導電助剤が接している。 The negative electrode active material particles may be primary particles of monoclinic niobium titanium composite oxide. In this case, the first conductive additive is in contact with at least a part of the surface of the negative electrode active material particles.
或いは、負極活物質粒子は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の一次粒子が凝集してなる二次粒子であってもよい。この場合、負極活物質粒子の表面の少なくとも一部に第1の導電助剤が存在する。例えば、負極活物質粒子は、複数の単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の一次粒子が凝集してなる二次粒子であり、各一次粒子の表面に第1の導電助剤が接しているものでもよい。又は、負極活物質粒子は、複数の単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の一次粒子が凝集してなる二次粒子であり、この二次粒子の表面の少なくとも一部に第1の導電助剤が接しているものでもよい。 Alternatively, the negative electrode active material particles may be secondary particles formed by aggregation of primary particles of monoclinic niobium titanium composite oxide. In this case, the first conductive additive is present on at least a part of the surface of the negative electrode active material particles. For example, the negative electrode active material particles are secondary particles formed by agglomerating primary particles of a plurality of monoclinic niobium titanium composite oxides, and the first conductive auxiliary agent is in contact with the surface of each primary particle. Good. Alternatively, the negative electrode active material particles are secondary particles formed by agglomerating primary particles of a plurality of monoclinic niobium titanium composite oxides, and the first conductive auxiliary agent is present on at least a part of the surface of the secondary particles. It may be in contact.
負極活物質粒子は、複数の単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の一次粒子が凝集してなる二次粒子であり、各一次粒子の表面に第1の導電助剤が接しているものであることがより好ましい。このような負極活物質粒子では、二次粒子内部において非水電解質が保持されやすいだけでなく、隣り合う一次粒子のそれぞれの表面に接する第1の導電助剤が、それぞれの単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の一次粒子の表面における非水電解質の分解を抑制する安定な被膜の形成を促進することができる。 The negative electrode active material particles are secondary particles formed by agglomerating primary particles of a plurality of monoclinic niobium titanium composite oxides, and the first conductive auxiliary agent is in contact with the surface of each primary particle. Is more preferable. In such negative electrode active material particles, not only the non-aqueous electrolyte is easily retained in the secondary particles, but also the first conductive auxiliary agent in contact with the surfaces of the adjacent primary particles is each monoclinic niobium titanium. Formation of a stable film that suppresses decomposition of the nonaqueous electrolyte on the surface of the primary particle of the composite oxide can be promoted.
単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の一次粒子は、平均粒子径が0.01μm以上10μm以下であることが好ましい。 The primary particles of the monoclinic niobium titanium composite oxide preferably have an average particle size of 0.01 μm or more and 10 μm or less.
負極活物質粒子は、平均粒子径が1μm以下で、N2ガス吸着によるBET法での比表面積が5〜50m2/gの範囲にあることが好ましい。このような平均粒子径および比表面積を有する負極活物質粒子は、その利用率が高めることができ、実質的な容量が大きくすることができる。 The negative electrode active material particles preferably have an average particle diameter of 1 μm or less and a specific surface area in the range of 5 to 50 m 2 / g according to the BET method by N 2 gas adsorption. The negative electrode active material particles having such an average particle diameter and specific surface area can increase the utilization factor and increase the substantial capacity.
負極活物質粒子が含む単斜晶型ニオブチタン複合酸化物は、例えば、一般式LixNb2TiO7で表わすことができる化合物である。ここで、添字xは、0≦x≦6の範囲内の数であり、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の充電状態により変化する。なお、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物は厳密にはリチウム元素を含まないが、この複合酸化物は、非水電解質電池において使用するとLiが挿入され、放電に供してもLiが完全に放出されないことがある。一般式LixNb2TiO7で表される化合物は、一般式一般式LixNb2TiO7±δで表される化合物も包含する。ここで、添字δは、0≦δ≦0.3の範囲内の数であり、製造プロセスに起因する酸素欠損など、様々な要因に依存する変数である。 The monoclinic niobium titanium composite oxide contained in the negative electrode active material particles is a compound that can be represented by, for example, the general formula Li x Nb 2 TiO 7 . Here, the subscript x is a number within the range of 0 ≦ x ≦ 6, and changes depending on the state of charge of the monoclinic niobium titanium composite oxide. Strictly speaking, monoclinic niobium-titanium composite oxide does not contain lithium element. However, when this composite oxide is used in a non-aqueous electrolyte battery, Li is inserted, and even when subjected to discharge, Li is not completely released. Sometimes. Compound represented by the general formula Li x Nb 2 TiO 7 also includes compounds represented by the general formula general formula Li x Nb 2 TiO 7 ± δ . Here, the subscript δ is a number within the range of 0 ≦ δ ≦ 0.3, and is a variable depending on various factors such as oxygen deficiency due to the manufacturing process.
負極活物質粒子が含む単斜晶型ニオブチタン複合酸化物は、一般式LixNb2TiO7で表わすことができる化合物以外の化合物でもよい。例えば、チタンの一部を他金属で置換した一般式Nb2Ti1-xMxO7(式中、0<x<1であり、元素MはNb,V、Ta,Bi、Sb、As、P、Cr、Mo、W、B、Na、Mg、Al及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種である)を挙げることができる。 The monoclinic niobium titanium composite oxide contained in the negative electrode active material particles may be a compound other than the compound represented by the general formula Li x Nb 2 TiO 7 . For example, a general formula Nb 2 Ti 1-x M x O 7 in which a part of titanium is substituted with another metal (where 0 <x <1 and the element M is Nb, V, Ta, Bi, Sb, As , P, Cr, Mo, W, B, Na, Mg, Al, and Si.
負極材料層は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子を含む複数の負極活物質粒子以外の1種類以上の負極活物質粒子を含むこともできる。 The negative electrode material layer can also include one or more types of negative electrode active material particles other than the plurality of negative electrode active material particles including monoclinic niobium titanium composite oxide particles.
第1の導電助剤は、先に説明したように、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面の少なくとも一部に接している。第1の導電助剤は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面の全体に接していることが好ましい。単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面の全体に接した第1の導電助剤は、非水電解質の分解の進行を抑制する安定な被膜を、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の全表面に形成することができる。その結果、より優れた寿命特性及びレート特性を達成することができる。単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面の全体に接している場合、第1の導電助剤の厚さは、0.01μm〜0.5μmの範囲内にあることが好ましい。 As described above, the first conductive additive is in contact with at least a part of the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles. The first conductive additive is preferably in contact with the entire surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles. The first conductive additive in contact with the entire surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles has a stable coating that suppresses the progress of the decomposition of the non-aqueous electrolyte, and the monoclinic niobium titanium composite oxide particles It can be formed on the surface. As a result, more excellent life characteristics and rate characteristics can be achieved. When in contact with the entire surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles, the thickness of the first conductive aid is preferably in the range of 0.01 μm to 0.5 μm.
強度比IG/IDが0.5〜1.3の範囲内にある第1の導電助剤としては、例えば、カーボン源を単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面上で炭化することによって形成されるものを挙げることができる。カーボン源としては、メタン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレンなどの炭化水素ガス、トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレン等の液体炭化水素を気化したものを用いることができる。第1の導電助剤の強度比IG/IDは、例えば、形成条件などを調節することによって制御することができる。 Intensity ratio I G / I D as the first conductive additive is in the range of 0.5 to 1.3, for example, carbonizing the carbon source on the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles Can be mentioned. As the carbon source, a gas obtained by vaporizing a hydrocarbon gas such as methane, ethane, propane, ethylene or propylene, or a liquid hydrocarbon such as toluene, benzene, xylene or mesitylene can be used. The strength ratio I G / ID of the first conductive aid can be controlled, for example, by adjusting the formation conditions.
強度比IG/IDが1.5〜10の範囲内にある第2の導電助剤としては、例えば、グラファイト、カーボンナノチューブ及びカーボンナノファイバーからなる群より選択される少なくとも1種を用いることができる。なお、理論上、純グラファイトであれば、Dバンドに対応するラマン活性を持たないため、強度比IG/IDは無限大となる。しかしながら、現実的には、負極材料層に含まれるこれらの材料は、ダイヤモンド状の不純物層などが混ざるため、Dバンドに対応するラマン活性を有する。そのため、上記材料のうち少なくとも1種を含む第2の導電助剤は、強度比IG/IDが1.5〜10の範囲内となりうる。 For example, at least one selected from the group consisting of graphite, carbon nanotubes, and carbon nanofibers is used as the second conductive additive having an intensity ratio I G / ID in the range of 1.5 to 10. Can do. In theory, pure graphite has no Raman activity corresponding to the D band, so the intensity ratio I G / I D is infinite. However, in reality, these materials included in the negative electrode material layer have a Raman activity corresponding to the D band because a diamond-like impurity layer and the like are mixed. Therefore, the second conductive additive containing at least one of the above materials can have an intensity ratio I G / ID in the range of 1.5-10.
負極材料層は、結着剤を更に含むことができる。結着剤は、負極材料層中の負極活物質粒子及び第2の導電助剤と、負極集電体とを結着させるために必要に応じて用いることができる。結着剤の例には、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)、フッ素系ゴム及びスチレンブタジエンゴムが含まれる。 The negative electrode material layer can further include a binder. The binder can be used as necessary to bind the negative electrode active material particles and the second conductive additive in the negative electrode material layer and the negative electrode current collector. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, and styrene butadiene rubber.
以上に説明した負極材料層は、負極集電体の両面又は片面に形成され得る。また、負極集電体は、表面に負極材料層が形成されていない負極材料層無担持部分を含むことができる。この負極材料層無担持部分は、負極集電タブとして働くことができる。 The negative electrode material layer described above can be formed on both sides or one side of the negative electrode current collector. In addition, the negative electrode current collector can include a non-supported portion of the negative electrode material layer on which no negative electrode material layer is formed. This non-supported portion of the negative electrode material layer can serve as a negative electrode current collecting tab.
負極集電体は、負極活物質粒子においてリチウムイオンの吸蔵及び放出が生じる電位範囲で電気化学的に安定である材料から形成されることが好ましい。そのような材料の例には、銅、ニッケル、ステンレス、アルミニウム、及びアルミニウム合金が含まれる。アルミニウム合金は、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiから選択される1種以上の元素を含むことが好ましい。 The negative electrode current collector is preferably formed from a material that is electrochemically stable in a potential range where lithium ion insertion and extraction occurs in the negative electrode active material particles. Examples of such materials include copper, nickel, stainless steel, aluminum, and aluminum alloys. The aluminum alloy preferably contains one or more elements selected from Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si.
負極集電体の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましい。これにより、負極の強度を保ちながら軽量化することができる。 The thickness of the negative electrode current collector is preferably 5 μm or more and 20 μm or less. Thereby, it can reduce in weight, maintaining the intensity | strength of a negative electrode.
第1の実施形態に係る負極は、例えば、以下の方法により製造することができる。 The negative electrode according to the first embodiment can be manufactured, for example, by the following method.
まず、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子を調製する。 First, monoclinic niobium titanium composite oxide particles are prepared.
まず、Tiを含む酸化物又は塩と、Nbを含む酸化物又は塩とを、一般式TiNb2O7で表される単斜晶型複合酸化物となるようなモル比で混合する。上記の塩は、炭酸塩及び硝酸塩のような、比較的低温で分解して酸化物を生じる塩であることが好ましい。これらの原料化合物を平均粒子径が5μm以下となるまで粉砕し、できるだけ均一になるように混合する。 First, an oxide or salt containing Ti and an oxide or salt containing Nb are mixed at a molar ratio so as to form a monoclinic complex oxide represented by the general formula TiNb 2 O 7 . The salt is preferably a salt such as carbonate and nitrate that decomposes at a relatively low temperature to produce an oxide. These raw material compounds are pulverized until the average particle size is 5 μm or less, and mixed so as to be as uniform as possible.
次いで、得られた混合物を800〜1200℃で仮焼して仮焼物を得た後、焼成する。焼成は、1100〜1500℃の温度範囲で延べ時間5〜30時間をかけて行う。焼成後、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子が得られる。 Next, the obtained mixture is calcined at 800 to 1200 ° C. to obtain a calcined product, and then calcined. Firing is performed in a temperature range of 1100 to 1500 ° C. over a total time of 5 to 30 hours. After firing, monoclinic niobium titanium composite oxide particles are obtained.
上記のように合成された単斜晶型ニオブチタン複合酸化物には、充電によりリチウムイオンが挿入される。或いは、合成原料に炭酸リチウムのようなリチウムを含む化合物を用いることにより、予めリチウムを含む単斜晶型複合酸化物を得ることもできる。 Lithium ions are inserted into the monoclinic niobium titanium composite oxide synthesized as described above by charging. Alternatively, a monoclinic complex oxide containing lithium can be obtained in advance by using a compound containing lithium such as lithium carbonate as a synthetic raw material.
次に、第1の導電助剤を、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面に接するように配する。例えば、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子を、カーボン源としての炭化水素系ガスとともに気相中で加熱することにより、第1の導電助剤を配することができる。カーボン源としては、メタン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレンなどの炭化水素ガス、トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレン等の液体炭化水素を気化したものを用いることができる。 Next, the first conductive additive is disposed so as to contact the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles. For example, the first conductive auxiliary agent can be disposed by heating monoclinic niobium titanium composite oxide particles in a gas phase together with a hydrocarbon-based gas as a carbon source. As the carbon source, a gas obtained by vaporizing a hydrocarbon gas such as methane, ethane, propane, ethylene or propylene, or a liquid hydrocarbon such as toluene, benzene, xylene or mesitylene can be used.
第1の導電助剤は、具体的には例えば以下のようにして形成することができる。まず、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子を加熱する。次いで、加熱した複合酸化物粒子に対して、上記のカーボン源を導入し、還元雰囲気中で更に加熱する。これにより、カーボン源が複合酸化物粒子の表面上で炭化し、第1の導電助剤が生成する。この方法によると、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面全体に接した第1の導電助剤を形成することができる。第1の導電助剤のラマンスペクトルにおける強度比IG/ID及び厚さなどは、例えば、処理時間、導入量、カーボン源となる炭化水素の熱分解温度と加熱温度で制御することができる。処理時間は単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面積によっても異なるが、通常、10分から5時間程度が望ましい。 Specifically, the first conductive auxiliary agent can be formed as follows, for example. First, monoclinic niobium titanium composite oxide particles are heated. Next, the above carbon source is introduced into the heated composite oxide particles and further heated in a reducing atmosphere. Thereby, the carbon source is carbonized on the surface of the composite oxide particle, and the first conductive additive is generated. According to this method, it is possible to form the first conductive additive in contact with the entire surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles. The intensity ratio I G / ID and the thickness in the Raman spectrum of the first conductive additive can be controlled by, for example, the treatment time, the amount introduced, the thermal decomposition temperature and the heating temperature of the hydrocarbon serving as the carbon source. . Although the treatment time varies depending on the surface area of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles, it is usually preferably about 10 minutes to 5 hours.
第1の導電助剤を形成したのち、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子を、任意の粒子形態となるように、更なる粉砕処理に供することができる。 After forming the first conductive auxiliary agent, the monoclinic niobium titanium composite oxide particles can be subjected to further pulverization treatment so as to have an arbitrary particle form.
次いで、表面に第1の導電助剤が配された単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子を凝集して、二次粒子にすることができる。かくして、表面に第1の導電助剤が配された単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の一次粒子又はこの一次粒子を凝集してなる二次粒子である負極活物質粒子が得られる。 Next, the monoclinic niobium titanium composite oxide particles having the first conductive auxiliary agent disposed on the surface can be aggregated into secondary particles. Thus, negative active material particles are obtained which are primary particles of monoclinic niobium titanium composite oxide particles having the first conductive aid arranged on the surface or secondary particles formed by agglomerating the primary particles.
次に、以下の手順により、このようにして得られた負極活物質粒子間に、第2の導電助剤を配する。 Next, the second conductive assistant is arranged between the negative electrode active material particles thus obtained by the following procedure.
まず、第2の導電助剤と結着剤とを、適当な溶剤において混合して、分散させる。第2の導電助剤及び結着剤としては、先に説明したものを用いることができる。溶剤としては、例えばNMPを用いることができる。この際、溶剤中に導電助剤を均一に細かく分散させることが望ましい。分散方法としては、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、SCミル、アトライタその他公知の方法を用いることができる。分散状態は、例えば、第2の導電助剤量、結着剤量、溶剤量及び分散強度により制御することができる。なお、結着剤の一部を先に分散させ、残りを負極活物質粒子投入後に混合することもできる。 First, the second conductive additive and the binder are mixed and dispersed in an appropriate solvent. As the second conductive auxiliary agent and binder, those described above can be used. For example, NMP can be used as the solvent. At this time, it is desirable to uniformly and finely disperse the conductive assistant in the solvent. As a dispersion method, a ball mill, a bead mill, a jet mill, an SC mill, an attritor, and other known methods can be used. The dispersion state can be controlled by, for example, the second conductive auxiliary agent amount, the binder agent amount, the solvent amount, and the dispersion strength. A part of the binder can be dispersed first, and the rest can be mixed after the negative electrode active material particles are added.
続いて、先に得られた負極活物質粒子を、第2の導電助剤及び結着剤が分散した溶剤中に投入して、分散させる。負極活物質粒子を第2の導電助剤及び結着剤と混合する際には、負極活物質粒子の形態を壊すことなく分散させることが望ましい。このような分散方法として、羽攪拌、自転・公転ミクサー、プラネタリミクサーその他公知の方法が用いられる。上記の方法により、負極作製用スラリーを製造することができる。 Subsequently, the previously obtained negative electrode active material particles are put into a solvent in which the second conductive auxiliary agent and the binder are dispersed and dispersed therein. When mixing the negative electrode active material particles with the second conductive additive and the binder, it is desirable to disperse the negative electrode active material particles without destroying the form of the negative electrode active material particles. As such a dispersion method, feather stirring, a rotation / revolution mixer, a planetary mixer, and other known methods are used. By the above method, a slurry for preparing a negative electrode can be produced.
負極作製用スラリーを調製する際、負極活物質、導電助剤(第1の導電助剤及び第2の導電助剤の合計)及び結着剤は、それぞれ、70重量%以上96重量%以下、2重量%以上28重量%以下、2重量%以上28重量%以下の割合で配合することが好ましい。導電助剤の含有量が2重量%以上であると、負極材料層の集電性能を向上させることができる。また、結着剤の含有量が2重量%以上であると、負極材料層と集電体との間の結着性を十分に得ることができる。そのため、上記配合によると、サイクル特性を更に向上させることができる。一方、容量を大きくする観点から、導電助剤及び結着剤はそれぞれ28重量%以下にすることが好ましい。 When preparing the slurry for preparing the negative electrode, the negative electrode active material, the conductive auxiliary (total of the first conductive auxiliary and the second conductive auxiliary) and the binder are 70% by weight or more and 96% by weight or less, It is preferable to blend at a ratio of 2% to 28% by weight and 2% to 28% by weight. When the content of the conductive auxiliary is 2% by weight or more, the current collecting performance of the negative electrode material layer can be improved. Further, when the content of the binder is 2% by weight or more, the binding property between the negative electrode material layer and the current collector can be sufficiently obtained. Therefore, according to the above formulation, cycle characteristics can be further improved. On the other hand, from the viewpoint of increasing the capacity, it is preferable that the conductive aid and the binder are each 28% by weight or less.
次に、このようにして作製した負極作製用スラリーを、負極集電体の表面に塗布する。この際、負極集電体に負極作製用スラリーを塗布しない部分を作ることにより、先に説明した負極材料層無担持部分を作ることができる。 Next, the negative electrode preparation slurry thus prepared is applied to the surface of the negative electrode current collector. Under the present circumstances, the negative electrode material layer unsupported part demonstrated previously can be made by making the part which does not apply | coat the slurry for negative electrode preparation to a negative electrode collector.
次いで、塗布した塗膜を乾燥させて、負極材料層を得る。この負極材料層をプレスすることによって、第1の実施形態に係る負極を得ることができる。 次に、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子と、第1の導電助剤と、第2の導電助剤との位置関係を確認する方法、並びに第1の導電助剤及び第2の導電助剤の結晶化度の確認方法について、説明する。 Next, the coated film is dried to obtain a negative electrode material layer. By pressing this negative electrode material layer, the negative electrode according to the first embodiment can be obtained. Next, a method for confirming the positional relationship among the monoclinic niobium titanium composite oxide particles, the first conductive auxiliary agent, and the second conductive auxiliary agent, and the first conductive auxiliary agent and the second conductive auxiliary agent. A method for confirming the crystallinity of the agent will be described.
単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子と、第1の導電助剤と、第2の導電助剤との位置関係、並びに第1の導電助剤及び第2の導電助剤の結晶化度は、例えば、顕微ラマン分光測定により確認することができる。 The positional relationship between the monoclinic niobium titanium composite oxide particles, the first conductive aid, and the second conductive aid, and the crystallinity of the first conductive aid and the second conductive aid are: For example, it can be confirmed by micro Raman spectroscopy.
顕微ラマン分光測定では、対象となる視野内を分割してスペクトルを取得することができる。従って、顕微ラマン分光測定では、目的とする測定箇所のラマンスペクトルを判断することができる。 In the microscopic Raman spectroscopic measurement, the spectrum can be acquired by dividing the target visual field. Therefore, in the micro Raman spectroscopy measurement, the Raman spectrum of the target measurement location can be determined.
更に、顕微ラマン分光測定では、レーザー強度を調整しながら、深さ方向に対して表面組成変動を測定することができる。例えば、負極活物質粒子の表面がカーボンコートされている場合、レーザー強度を強くしていくことで、コート下の活物質のスペクトルが出現するようになり、コートの状態を視覚的に確認することができる。 Further, in micro Raman spectroscopy, surface composition fluctuations can be measured in the depth direction while adjusting the laser intensity. For example, if the surface of the negative electrode active material particles is carbon coated, increasing the laser intensity will cause the spectrum of the active material under the coat to appear and visually check the state of the coat. Can do.
更に、顕微鏡により、電極表面画像の中から任意の範囲を選択し、ラマンスペクトルを取得することができる。これにより、負極中の単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の1次粒子、負極活物質粒子間などの場所別のスペクトル情報が得られ、カーボン結晶化度と配置との関係を確認することができる。 Furthermore, a Raman spectrum can be acquired by selecting an arbitrary range from the electrode surface image with a microscope. As a result, spectral information by location such as between primary particles of monoclinic niobium titanium composite oxide particles in the negative electrode and between the negative electrode active material particles can be obtained, and the relationship between carbon crystallinity and arrangement can be confirmed. it can.
非水電解質電池が具備した負極における単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面に接した第1の導電剤、及び、負極活物質粒子間に配された第2の導電剤は、例えば、以下の方法によって測定することができる。 The first conductive agent in contact with the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles in the negative electrode provided in the nonaqueous electrolyte battery and the second conductive agent disposed between the negative electrode active material particles are, for example, It can be measured by the method.
まず、検査対象の非水電解質電池を用意する。対象の非水電解質電池の充電状態はいずれの状態であっても構わない。 First, a non-aqueous electrolyte battery to be inspected is prepared. The state of charge of the target nonaqueous electrolyte battery may be any state.
次に、不活性ガス雰囲気内で、電池を解体し、負極の一部を採取する。例えば、アルゴンガス雰囲気のグローブボックス内で、電池を解体し、電解液を抜き取り、電極群中の負極を切り取る。 Next, the battery is disassembled in an inert gas atmosphere, and a part of the negative electrode is collected. For example, in a glove box in an argon gas atmosphere, the battery is disassembled, the electrolytic solution is extracted, and the negative electrode in the electrode group is cut out.
次いで、切り取った負極を溶媒で洗浄する。溶媒としては、鎖状カーボネート(ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなど)やアセトニトリルを用いることができる。洗浄後、不活性ガス雰囲気を保ったまま真空状態にし、負極を乾燥させる。負極の乾燥は、例えば、50℃の真空下で10時間行うことができる。 Next, the cut negative electrode is washed with a solvent. As the solvent, chain carbonate (dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, etc.) or acetonitrile can be used. After cleaning, a vacuum state is maintained while maintaining an inert gas atmosphere, and the negative electrode is dried. The negative electrode can be dried, for example, under a vacuum of 50 ° C. for 10 hours.
次いで、乾燥させた負極を顕微ラマン分光測定装置内(例えばレニショー製、inViaラマンマイクロスコープ)にセットし、ラマンスペクトルを測定する。具体的には、顕微鏡を操作し、観察を行なう範囲、例えば50μm四方の視野内で測定を行って、表面画像を得る。このようにして得られた表面画像から、負極活物質粒子の存在を視認することができる。 Next, the dried negative electrode is set in a microscopic Raman spectroscopic measurement device (for example, inVia Raman microscope manufactured by Renishaw), and a Raman spectrum is measured. Specifically, the surface image is obtained by operating the microscope and performing the measurement within the observation range, for example, within a 50 μm square field of view. From the surface image thus obtained, the presence of the negative electrode active material particles can be visually confirmed.
次いで、観察範囲内を任意のステップで分割してセグメントを生成し、各セグメントについて、ラマンスペクトルを採取する。ラマンスペクトルは、例えば波長532nmのYAGレーザーを照射して取得することができる。レーザー強度は照射強度の0.1%以上20%以内の範囲が好ましい。測定視野にレーザーを照射し、1秒から30秒間程度ラマンスペクトルを測定すると良い。 Next, the observation range is divided by arbitrary steps to generate segments, and a Raman spectrum is collected for each segment. The Raman spectrum can be acquired by irradiating a YAG laser having a wavelength of 532 nm, for example. The laser intensity is preferably in the range of 0.1% to 20% of the irradiation intensity. It is preferable to irradiate the measurement field with a laser and measure the Raman spectrum for about 1 to 30 seconds.
第1の実施形態に係る負極の負極材料層に対して顕微ラマン分光測定を行った場合、以下のような結果が得られる。 When microscopic Raman spectroscopy is performed on the negative electrode material layer of the negative electrode according to the first embodiment, the following results are obtained.
まず、第1の実施形態に係る負極の負極材料層に対して顕微ラマン分光測定を行って得られるラマンスペクトル上に現れ得る各ピークの帰属について説明する。 First, the attribution of each peak that can appear on the Raman spectrum obtained by performing microscopic Raman spectroscopic measurement on the negative electrode material layer of the negative electrode according to the first embodiment will be described.
得られたラマンスペクトル上の1550cm-1〜1650cm-1の振動数領域(Gバンド)に現れるピークは、先に説明したように、グラファイト(正確には炭素原子の六角格子内振動)に起因するピークである。また、1300cm-1〜1400cm-1の振動数領域(Dバンド)に現れるピークは、先に説明したように、アモルファスカーボンやグラファイトの欠陥に起因するピークである。ここで、Gバンドのピークのピーク強度をIGとし、Dバンドのピークのピーク強度をIDとする。そして、強度IGを強度IDで除したものを強度比IG/IDとする。この強度比IG/IDが0.5〜1.3の範囲内にある場合、上記Dバンド及び上記Gバンドのピークを第1の導電助剤由来のピークと帰属する。この強度比IG/IDが1.5〜10の範囲内にある場合、上記Dバンド及び上記Gバンドのピークを第2の導電助剤由来のピークと帰属する。ラマンスペクトルを測定した箇所に第1の導電助剤及び第2の導電助剤が共存していた場合、それぞれの単体でのスペクトル情報を元に、共存スペクトルを多変量解析するなどにより、第1の導電助剤由来のピーク及び第2の導電助剤由来のピークに分離することができる。 The resulting peaks appearing in the frequency domain (G band) of 1550 cm -1 1650 cm -1 on the Raman spectra, as described above, the graphite (to be exact hexagonal lattice in the vibration of carbon atoms) due to the It is a peak. Further, the peak appearing in the frequency region (D band) of 1300 cm −1 to 1400 cm −1 is a peak due to amorphous carbon or graphite defects as described above. Here, the peak intensity of the peak of G-band and I G, the peak intensity of the peak of the D band and I D. The intensity ratio I G / ID is obtained by dividing the intensity I G by the intensity I D. When the intensity ratio I G / ID is in the range of 0.5 to 1.3, the peak of the D band and the G band is attributed to the peak derived from the first conductive aid. When the intensity ratio I G / ID is in the range of 1.5 to 10, the peak of the D band and the G band is attributed to the peak derived from the second conductive additive. When the first conductive assistant and the second conductive assistant coexist at the place where the Raman spectrum was measured, the first coexistence spectrum is analyzed by multivariate analysis based on the spectrum information of each simple substance. It can be separated into a peak derived from the second conductive assistant and a peak derived from the second conductive assistant.
また、ラマンスペクトルのうち、100cm-1〜200cm-1、250cm-1〜300cm-1及び600cm-1〜700cm-1の振動数領域に現れる複数のピークをTiNb2O7由来のピークと帰属する。 Also, of the Raman spectrum, 100cm -1 ~200cm -1, attributed the peak derived from TiNb 2 O 7 a plurality of peaks appearing in the frequency domain of the 250cm -1 ~300cm -1 and 600cm -1 ~700cm -1 .
さて、第1の実施形態に係る負極の負極材料層に対する顕微ラマン分光で得られた表面画像から負極活物質粒子の存在を確認し、その負極活物質粒子の近傍でラマンスペクトルを取得すると、例えば一般式TiNb2O7で表される単斜晶型複合酸化物に帰属される上記複数のピークと、第1の導電助剤に帰属される上記Gバンド及び上記Dバンドのピークとが同時に表れる。 Now, confirming the presence of the negative electrode active material particles from the surface image obtained by micro-Raman spectroscopy on the negative electrode material layer of the negative electrode according to the first embodiment, and acquiring a Raman spectrum in the vicinity of the negative electrode active material particles, for example, The plurality of peaks attributed to the monoclinic complex oxide represented by the general formula TiNb 2 O 7 and the peaks of the G band and the D band attributed to the first conductive additive appear simultaneously. .
また、レーザー強度を変化させることで、TiNb2O7に帰属されるピークと、第1の導電助剤に帰属されるピークとが相対的に変化する。その例については、以下に詳細に説明する。 Further, by changing the laser intensity, the peak attributed to TiNb 2 O 7 and the peak attributed to the first conductive additive change relatively. Examples thereof will be described in detail below.
一方、負極活物質粒子間に位置する箇所のラマンスペクトルを取得すると、第2の導電助剤に帰属される上記Gバンド及び上記Dバンドのピークが検出され得るが、例えばNb2TiO7で表される単斜晶型複合酸化物に帰属されるピークは検出されない。なお、負極活物質粒子間の全てに第2の導電助剤が存在している必要はない。そのため、負極活物質粒子間に位置する箇所のラマンスペクトルは複数個所について取得する必要がある。 On the other hand, when the Raman spectrum of the part located between the negative electrode active material particles is acquired, the peak of the G band and the D band attributed to the second conductive additive can be detected. For example, the peak is represented by Nb 2 TiO 7 . The peak attributed to the monoclinic complex oxide is not detected. In addition, the 2nd conductive support agent does not need to exist in all between negative electrode active material particles. Therefore, it is necessary to acquire the Raman spectrum of the part located between negative electrode active material particles about several places.
このように、負極に対して顕微ラマン分光測定を行うことにより、負極の単斜晶型複合酸化物、第1の導電助剤及び第2の導電助剤の位置関係を把握することができる。 Thus, by performing microscopic Raman spectroscopic measurement on the negative electrode, it is possible to grasp the positional relationship among the monoclinic complex oxide, the first conductive auxiliary agent, and the second conductive auxiliary agent of the negative electrode.
ここで、第1の実施形態に係る一例の負極の負極材料層における負極活物質粒子の近傍から得られるラマンスペクトルの例を説明する。 Here, an example of a Raman spectrum obtained from the vicinity of the negative electrode active material particles in the negative electrode material layer of the negative electrode of the example according to the first embodiment will be described.
図1に、第1の実施形態に係る一例の負極の負極材料層の一部分のラマンスペクトルを示す。図1に示した3つのスペクトルは、顕微ラマン表面画像から分割した同一の箇所において、照射レーザーの強度を段階的に変化させて取得したスペクトルである。 FIG. 1 shows a Raman spectrum of a part of the negative electrode material layer of the negative electrode of the example according to the first embodiment. The three spectra shown in FIG. 1 are spectra obtained by changing the intensity of the irradiation laser stepwise at the same location divided from the microscopic Raman surface image.
図1の上段に示したスペクトル(A)は、強度の低いレーザーを照射して得たスペクトルである。スペクトル(A)には、1550cm-1〜1650cm-1の振動数領域にGバンドのピークが表れており、1300cm-1〜1400cm-1の振動数領域にDバンドのピークが表れている。スペクトル(A)において、強度比IG/IDは1.2である。すなわち、スペクトル(A)におけるGバンド及びDバンドのピークは、第1の導電助剤に帰属されるピークである。一方、スペクトル(A)には、100〜1000cm-1の低振動数領域にピークが表れていない。すなわち、スペクトル(A)には、TiNb2O7由来のピークは表れていない。 The spectrum (A) shown in the upper part of FIG. 1 is a spectrum obtained by irradiating a low intensity laser. The spectrum (A) has appeared a peak of G-band to the frequency region of 1550 cm -1 1650 cm -1, which appears a peak of D-band frequency region of 1300cm -1 ~1400cm -1. In the spectrum (A), the intensity ratio I G / ID is 1.2. That is, the peaks of the G band and D band in the spectrum (A) are peaks attributed to the first conductive additive. On the other hand, in the spectrum (A), no peak appears in the low frequency region of 100 to 1000 cm −1 . That is, the peak derived from TiNb 2 O 7 does not appear in spectrum (A).
図1の中段に示したスペクトル(B)は、中程度の強度のレーザーを照射して得たスペクトルである。スペクトル(B)にも、スペクトル(A)と同様に、1550cm-1〜1650cm-1の振動数領域にGバンドのピークが表れており、1300cm-1〜1400cm-1の振動数領域にDバンドのピークが表れている。スペクトル(B)において、強度比IG/IDは1.1である。すなわち、スペクトル(B)におけるGバンド及びDバンドのピークは、第1の導電助剤に帰属されるピークである。しかしながら、スペクトル(B)におけるGバンドのピーク及びDバンドのピークは、スペクトル(A)におけるそれらに比べて強度が低い。一方、スペクトル(B)には、100〜1000cm-1の低振動数領域に、TiNb2O7由来のピークが表れている。 The spectrum (B) shown in the middle of FIG. 1 is a spectrum obtained by irradiating a medium intensity laser. Also in the spectrum (B), similarly to the spectrum (A), the frequency region of 1550 cm -1 1650 cm -1 and appear a peak of G-band, D band frequency region of 1300cm -1 ~1400cm -1 The peak appears. In the spectrum (B), the intensity ratio I G / ID is 1.1. That is, the peaks of the G band and D band in the spectrum (B) are peaks attributed to the first conductive additive. However, the G band peak and the D band peak in the spectrum (B) are lower in intensity than those in the spectrum (A). On the other hand, in the spectrum (B), a peak derived from TiNb 2 O 7 appears in a low frequency region of 100 to 1000 cm −1 .
図1の下段に示したスペクトル(C)は、強度の高いレーザーを照射して得たスペクトルである。このスペクトル(C)には、1550cm-1〜1650cm-1の振動数領域にも、1300cm-1〜1400cm-1の振動数領域にも、ピークは表れていない。一方、スペクトル(C)には、100〜1000cm-1の低振動数領域に、TiNb2O7由来のピークが表れており、その強度は、スペクトル(B)のそれよりも大きい。 The spectrum (C) shown in the lower part of FIG. 1 is a spectrum obtained by irradiating a high-intensity laser. This spectrum (C) is also frequency region of 1550 cm -1 1650 cm -1, in the frequency region of 1300cm -1 ~1400cm -1, the peak does not appear. On the other hand, in the spectrum (C), a peak derived from TiNb 2 O 7 appears in the low frequency region of 100 to 1000 cm −1 , and its intensity is larger than that of the spectrum (B).
図1に示した3つのラマンスペクトル(A)〜(C)から、これらのスペクトルが得られた箇所では、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物TiNb2O7粒子の表面上に第1の導電助剤が接していることが分かる。 From the three Raman spectra (A) to (C) shown in FIG. 1, the first conductive assistant is formed on the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide TiNb 2 O 7 particles at the places where these spectra are obtained. It can be seen that the agent is in contact.
負極活物質粒子に含まれている単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の組成は、先に説明したラマン分光法で確認することができるが、例えば誘導発光プラズマ分光法(ICP)やX線回折法(XRD)によっても確認することができる。 The composition of the monoclinic niobium titanium composite oxide contained in the negative electrode active material particles can be confirmed by the Raman spectroscopy described above. For example, induced emission plasma spectroscopy (ICP) or X-ray diffraction method It can also be confirmed by (XRD).
負極活物質粒子の比表面積は、例えば島津製作所株式会社のマイクロメリテックスASPA−2010を使用し、吸着ガスとしてN2を使用して測定することができる。 The specific surface area of the negative electrode active material particles can be measured using, for example, Micromeritex ASPA-2010 manufactured by Shimadzu Corporation and using N 2 as an adsorbed gas.
負極活物質粒子の平均粒径は、例えばレーザー回折式粒度分布測定法で測定することができる。負極活物質粒子が単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の一次粒子からなる二次粒子である場合、一次粒子の平均粒径は走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)像を観察し100〜1000以上の一次粒子の粒子径を数え、平均を算出することで測定することができる。 The average particle diameter of the negative electrode active material particles can be measured, for example, by a laser diffraction particle size distribution measurement method. When the negative electrode active material particles are secondary particles composed of primary particles of monoclinic niobium titanium composite oxide, the average particle size of the primary particles is 100 to 1000 by observing a scanning electron microscope (SEM) image. It can be measured by counting the particle diameter of the above primary particles and calculating the average.
第1の導電助剤が単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面の全体に接している場合、第1の導電助剤の厚さは例えば透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)像によって測定することができる。 When the first conductive auxiliary agent is in contact with the entire surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles, the thickness of the first conductive auxiliary agent is determined by, for example, a transmission electron microscope (TEM) image. Can be measured.
次に、第1の実施形態に係る負極が具備する負極材料層の例を図面を参照しながら説明する。 Next, an example of the negative electrode material layer included in the negative electrode according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
図2は、第1の実施形態に係る一例の負極材料層が含む、ニオブチタン複合酸化物粒子と、第1の導電助剤と、第2の導電助剤との位置関係を示す概略断面図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a positional relationship among the niobium titanium composite oxide particles, the first conductive auxiliary agent, and the second conductive auxiliary agent included in the negative electrode material layer of the example according to the first embodiment. is there.
図2にその一部を示す負極材料層5bは、複数の負極活物質粒子53を含む。それぞれの負極活物質粒子53は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子50の一次粒子が凝集してなる二次粒子である。単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子50のそれぞれの表面には、第1の導電助剤51が接している。具体的には、第1の導電助剤51は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子50の表面の全体に接している。すなわち、図2に示す負極活物質粒子53は、その表面の全体に接した第1の導電助剤51を含む、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子50の一次粒子が凝集してなる二次粒子の形態にある。 A negative electrode material layer 5 b, part of which is shown in FIG. 2, includes a plurality of negative electrode active material particles 53. Each negative electrode active material particle 53 is a secondary particle formed by agglomerating primary particles of monoclinic niobium titanium composite oxide particles 50. The first conductive auxiliary agent 51 is in contact with each surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles 50. Specifically, the first conductive additive 51 is in contact with the entire surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles 50. That is, the negative electrode active material particles 53 shown in FIG. 2 are secondary particles formed by agglomeration of primary particles of monoclinic niobium titanium composite oxide particles 50 including the first conductive auxiliary agent 51 in contact with the entire surface. In the form of particles.
図2に示すように、負極活物質粒子53の間には、第2の導電助剤52が配されている。また、図2に示すように、第2の導電助剤52は、第1の導電助剤51に接している。 As shown in FIG. 2, a second conductive auxiliary agent 52 is disposed between the negative electrode active material particles 53. Further, as shown in FIG. 2, the second conductive auxiliary agent 52 is in contact with the first conductive auxiliary agent 51.
第1の実施形態によると、負極が提供される。この負極の負極材料層において、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の少なくとも一部の表面に結晶化度が低い第1の導電助剤が接している。また、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子を含む負極活物質粒子間に、結晶化度が高い第2の導電助剤が配されている。そのおかげで、第1の実施形態に係る負極は、非水電解質電池において使用した際、非水電解質の分解を抑制できると共に、低抵抗を達成することができる。その結果、第1の実施形態に係る負極は、寿命特性及びレート特性に優れる非水電解質電池を実現できる。 According to a first embodiment, a negative electrode is provided. In the negative electrode material layer of the negative electrode, the first conductive additive having a low crystallinity is in contact with at least a part of the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles. A second conductive additive having a high degree of crystallinity is disposed between the negative electrode active material particles containing monoclinic niobium titanium composite oxide particles. Thanks to this, when used in a nonaqueous electrolyte battery, the negative electrode according to the first embodiment can suppress decomposition of the nonaqueous electrolyte and achieve low resistance. As a result, the negative electrode according to the first embodiment can realize a nonaqueous electrolyte battery having excellent life characteristics and rate characteristics.
(第2の実施形態)
第2の実施形態によると、非水電解質電池が提供される。この非水電解質電池は、負極と、正極と、非水電解質とを具備する。負極は、第1の実施形態に係る負極である。
(Second Embodiment)
According to the second embodiment, a nonaqueous electrolyte battery is provided. The nonaqueous electrolyte battery includes a negative electrode, a positive electrode, and a nonaqueous electrolyte. The negative electrode is a negative electrode according to the first embodiment.
以下、第2の実施形態に係る非水電解質電池を詳細に説明する。 Hereinafter, the nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment will be described in detail.
第2の実施形態に係る非水電解質電池は、第1の実施形態に係る負極と、正極と、非水電解質とを具備する。 The nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment includes the negative electrode according to the first embodiment, a positive electrode, and a nonaqueous electrolyte.
正極は、正極集電体と、この正極集電体上に形成された正極材料層とを備えることができる。正極材料層は、正極集電体の両面に形成されていてもよいし、又は片面に形成されていてもよい。 The positive electrode can include a positive electrode current collector and a positive electrode material layer formed on the positive electrode current collector. The positive electrode material layer may be formed on both sides of the positive electrode current collector, or may be formed on one side.
正極材料層は、正極活物質並びに任意に導電剤及び結着剤を含むことができる。 The positive electrode material layer can include a positive electrode active material and optionally a conductive agent and a binder.
正極集電体は、表面に正極材料層が形成されていない正極材料層無担持部分を含むことができる。正極材料層無担持部分は、正極集電タブとして働くことができる。 The positive electrode current collector can include a non-supported portion of the positive electrode material layer in which the positive electrode material layer is not formed on the surface. The portion not carrying the positive electrode material layer can serve as a positive electrode current collecting tab.
正極及び負極は、正極材料層と負極材料層とが対向するように配置されて、電極群を構成することができる。正極材料層と負極材料層との間には、リチウムイオンは透過させるが電気を通さない部材、例えばセパレータを配置することができる。 The positive electrode and the negative electrode can be arranged such that the positive electrode material layer and the negative electrode material layer face each other to constitute an electrode group. Between the positive electrode material layer and the negative electrode material layer, a member that transmits lithium ions but does not conduct electricity, such as a separator, can be disposed.
電極群は、様々な構造を有することができる。電極群は、スタック型構造を有していても良いし、又は捲回型構造を有していても良い。スタック型構造は、例えば、複数の負極及び複数の正極を、負極と正極との間にセパレータを挟んで積層させた構造を有する。捲回型構造の電極群は、例えば、負極及び正極をこれらの間にセパレータを挟んで積層させたものを捲回した缶型構造体でも良いし、又はこの缶型構造体をプレスすることによって得られる扁平型構造体でも良い。 The electrode group can have various structures. The electrode group may have a stacked structure or a wound structure. The stack type structure has, for example, a structure in which a plurality of negative electrodes and a plurality of positive electrodes are stacked with a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode. The electrode group having a wound structure may be, for example, a can-type structure in which a negative electrode and a positive electrode are laminated with a separator interposed therebetween, or by pressing the can-type structure. The resulting flat structure may be used.
正極集電タブは、正極端子に電気的に接続することができる。同様に、負極集電タブは、負極端子に電気的に接続することができる。正極端子及び負極端子は、電極群から延出することができる。 The positive electrode current collecting tab can be electrically connected to the positive electrode terminal. Similarly, the negative electrode current collecting tab can be electrically connected to the negative electrode terminal. The positive electrode terminal and the negative electrode terminal can extend from the electrode group.
電極群は、外装部材に収納され得る。外装部材は、正極端子及び負極端子をその外側に延出させることができるような構造を有していてもよい。或いは、外装部材は、2つの外部端子を具備し、これらのそれぞれが正極端子及び負極端子のそれぞれに電気的に接続されるように構成されていてもよい。 The electrode group can be housed in the exterior member. The exterior member may have a structure that allows the positive electrode terminal and the negative electrode terminal to extend outward. Alternatively, the exterior member may include two external terminals, each of which is electrically connected to each of the positive terminal and the negative terminal.
非水電解質は、外装部材内に収納され、電極群に含浸され得る。 The nonaqueous electrolyte can be housed in the exterior member and impregnated in the electrode group.
以下、第2の実施形態に係る非水電解質電池において用いることができる各部材の材料について説明する。 Hereinafter, the material of each member that can be used in the nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment will be described.
1.負極
負極の各材料としては、第1の実施形態の説明で述べたものを用いることができる。
1. As each material of the negative electrode, those described in the description of the first embodiment can be used.
2.正極
正極活物質としては、例えば、酸化物、硫化物、又はポリマーを用いることができる。酸化物及び硫化物の例には、リチウムを吸蔵する二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えば、LixMn2O4またはLixMnO2)、リチウムニッケル複合酸化物(例えば、LixNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(例えば、LixCoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えば、LiNi1-yCoyO2)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えば、LixMnyCo1-yO2)、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えば、LixMn2-yNiyO4)、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物(例えば、LixFePO4、LixFe1-yMnyPO4、LixCoPO4)、硫酸鉄[Fe2(SO4)3]、バナジウム酸化物(例えば、V2O5)、及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物が含まれる。ここで、0<x≦1であり、0<y≦1である。活物質として、これらの化合物を単独で用いてもよく、或いは、複数の化合物を組合せて用いてもよい。
2. Positive electrode As a positive electrode active material, an oxide, sulfide, or a polymer can be used, for example. Examples of oxides and sulfides include manganese dioxide (MnO 2 ) that occludes lithium, iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium manganese composite oxide (eg, Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ). , Lithium nickel composite oxide (for example, Li x NiO 2 ), lithium cobalt composite oxide (for example, Li x CoO 2 ), lithium nickel cobalt composite oxide (for example, LiNi 1-y Co y O 2 ), lithium manganese cobalt composite oxide (e.g., Li x Mn y Co 1- y O 2), lithium manganese nickel complex oxide having a spinel structure (e.g., Li x Mn 2-y Ni y O 4), lithium phosphorus having an olivine structure oxides (e.g., Li x FePO 4, Li x Fe 1-y Mn y PO 4, Li x CoPO 4), iron sulfate [Fe 2 (SO 4) 3 ], vanadium Oxides (e.g., V 2 O 5), and includes a lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide. Here, 0 <x ≦ 1 and 0 <y ≦ 1. As the active material, these compounds may be used alone, or a plurality of compounds may be used in combination.
ポリマーの例としては、ポリアニリン及びポリピロールのような導電性ポリマー材料、又はジスルフィド系ポリマー材料が挙げられる。 Examples of the polymer include conductive polymer materials such as polyaniline and polypyrrole, or disulfide-based polymer materials.
また、イオウ(S)又はフッ化カーボンも正極活物質として使用できる。 Also, sulfur (S) or carbon fluoride can be used as the positive electrode active material.
より好ましい正極活物質の例としては、正極電圧が高いリチウムマンガン複合酸化物(LixMn2O4)、リチウムニッケル複合酸化物(LixNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(LixCoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(LiNi1-yCoyO2)、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(LixMn2-yNiyO4)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(LixMnyCo1-yO2)、リチウムリン酸鉄(LixFePO4)、及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物が含まれる。ここで、0<x≦1であり、0<y≦1である。 Examples of more preferable positive electrode active materials include lithium manganese composite oxide (Li x Mn 2 O 4 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), and lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ) having a high positive electrode voltage. ), Lithium nickel cobalt composite oxide (LiNi 1-y Co y O 2 ), lithium manganese nickel composite oxide having a spinel structure (Li x Mn 2-y Ni y O 4 ), lithium manganese cobalt composite oxide (Li x Mn y Co 1-y O 2), lithium iron phosphate (Li x FePO 4), and includes a lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide. Here, 0 <x ≦ 1 and 0 <y ≦ 1.
非水電解質電池の非水電解質として常温溶融塩を用いる場合に好ましい正極活物質の例としては、リチウムリン酸鉄、LixVPO4F(0≦x≦1)、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、及び、リチウムニッケルコバルト複合酸化物が挙げられる。これらの化合物は常温溶融塩との反応性が低いため、非水電解質電池のサイクル特性を向上させることができる。 Examples of preferable positive electrode active materials when a room temperature molten salt is used as a nonaqueous electrolyte of a nonaqueous electrolyte battery include lithium iron phosphate, Li x VPO 4 F (0 ≦ x ≦ 1), lithium manganese composite oxide, lithium A nickel composite oxide and a lithium nickel cobalt composite oxide are mentioned. Since these compounds have low reactivity with the room temperature molten salt, the cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte battery can be improved.
正極活物質の比表面積は、0.1m2/g以上10m2/g以下の範囲内にあることが好ましい。0.1m2/g以上の比表面積を有する正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出サイトを十分に確保できる。10m2/g以下の比表面積を有する正極活物質は、工業生産の上で取り扱い易く、かつ良好な充放電サイクル性能を確保できる。 The specific surface area of the positive electrode active material is preferably in the range of 0.1 m 2 / g to 10 m 2 / g. A positive electrode active material having a specific surface area of 0.1 m 2 / g or more can sufficiently ensure the occlusion and release sites of lithium ions. The positive electrode active material having a specific surface area of 10 m 2 / g or less is easy to handle in industrial production and can ensure good charge / discharge cycle performance.
導電剤は、集電性能を高め、且つ正極活物質と正極集電体との接触抵抗を抑えるために必要に応じて配合される。導電剤の例には、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛のような炭素質物が含まれる。 The conductive agent is blended as necessary in order to enhance the current collecting performance and suppress the contact resistance between the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Examples of the conductive agent include carbonaceous materials such as acetylene black, carbon black, and graphite.
結着剤は、正極活物質と正極集電体とを結着させる働きを有する。結着剤の例には、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)、フッ素系ゴムが含まれる。 The binder has a function of binding the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and fluorine-based rubber.
正極集電体は、アルミニウム箔、又は、Mg、Ti、Zn、Ni、Cr、Mn、Fe、Cu及びSiから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。 The positive electrode current collector is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil containing one or more elements selected from Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu, and Si.
アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の厚さは、5μm以上20μm以下、より好ましくは15μm以下にすることが望ましい。アルミニウム箔の純度は99重量%以上が好ましい。アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔に含まれる鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は、1重量%以下にすることが好ましい。 The thickness of the aluminum foil or aluminum alloy foil is desirably 5 μm or more and 20 μm or less, more preferably 15 μm or less. The purity of the aluminum foil is preferably 99% by weight or more. The content of transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium contained in the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably 1% by weight or less.
正極は、例えば正極活物質、結着剤及び必要に応じて配合される導電剤を適当な溶媒に懸濁して正極作製用スラリーを調製し、このスラリーを正極集電体に塗布し、乾燥して正極材料層を形成した後、プレスを施すことにより作製される。また、正極は、活物質、結着剤及び必要に応じて配合される導電剤をペレット状に形成して正極材料層とし、これを集電体上に形成することにより作製することもできる。 For the positive electrode, for example, a positive electrode active material, a binder, and a conductive agent blended as necessary are suspended in an appropriate solvent to prepare a slurry for preparing a positive electrode, and this slurry is applied to a positive electrode current collector and dried. Then, after forming the positive electrode material layer, it is produced by pressing. Moreover, a positive electrode can also be produced by forming an active material, a binder, and a conductive agent blended as necessary into a pellet shape to form a positive electrode material layer, and forming this on a current collector.
正極作製用スラリーの調製に際し、正極活物質及び結着剤はそれぞれ80重量%以上98重量%以下、2重量%以上20重量%以下の割合で配合することが好ましい。結着剤は、2重量%以上の量にすることにより十分な電極強度が得られる。また、20重量%以下にすることにより電極の絶縁体の配合量を減少させ、それにより、非水電解質電池の内部抵抗を減少させることができる。 In preparing the positive electrode preparation slurry, the positive electrode active material and the binder are preferably blended in a proportion of 80% by weight to 98% by weight and 2% by weight to 20% by weight, respectively. Sufficient electrode strength can be obtained by setting the binder to an amount of 2% by weight or more. Moreover, the compounding quantity of the insulator of an electrode can be reduced by setting it as 20 weight% or less, and, thereby, the internal resistance of a nonaqueous electrolyte battery can be reduced.
導電剤を加える場合には、正極活物質、結着剤及び導電剤はそれぞれ77重量%以上95重量%以下、2重量%以上20重量%以下、及び3重量%以上15重量%以下の割合で配合することが好ましい。導電剤は、3重量%以上の量にすることにより上述した効果を発揮することができる。また、15重量%以下にすることにより、高温保存下での正極導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。 When a conductive agent is added, the positive electrode active material, the binder, and the conductive agent are in a proportion of 77% to 95% by weight, 2% to 20% by weight, and 3% to 15% by weight, respectively. It is preferable to mix. The conductive agent can exert the above-described effects by setting the amount to 3% by weight or more. Moreover, by setting it as 15 weight% or less, decomposition | disassembly of the nonaqueous electrolyte on the surface of the positive electrode conductive agent under high temperature storage can be reduced.
3.セパレータ
セパレータは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルム、または、合成樹脂製不織布から形成されてよい。ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムは、一定温度において溶融して、電流を遮断することが可能である。よって、それらのフィルムを用いる非水電解質電池は、安全性を更に向上できる。
3. Separator The separator may be formed of, for example, a porous film containing polyethylene, polypropylene, cellulose, or polyvinylidene fluoride (PVdF), or a synthetic resin nonwoven fabric. A porous film formed from polyethylene or polypropylene can be melted at a constant temperature to interrupt the current. Therefore, the nonaqueous electrolyte battery using those films can further improve safety.
4.外装部材
外装部材として、ラミネートフィルム製容器又は金属製容器を用いることができる。外装部材の形状は、扁平型(薄型)、角型、円筒型、コイン型、ボタン型、シート型、又は積層型であってよい。外装部材の形状及び大きさは電池寸法に応じて任意に設計できる。例えば、携帯用電子機器等に積載される小型電池用外装部材、又は、二輪乃至四輪の自動車等に積載される大型電池用外装部材が使用される。
4). Exterior Member A laminate film container or a metal container can be used as the exterior member. The shape of the exterior member may be a flat type (thin type), a square type, a cylindrical type, a coin type, a button type, a sheet type, or a laminated type. The shape and size of the exterior member can be arbitrarily designed according to the battery size. For example, a small battery exterior member loaded on a portable electronic device or a large battery exterior member loaded on a two-wheel or four-wheel automobile or the like is used.
ラミネートフィルムは、金属層と該金属層を被覆する樹脂層とからなる多層フィルムである。金属層は、アルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔であることが好ましい。これにより、電池の重量を減少させることができる。樹脂層は金属層を補強することができる。樹脂層は、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、又はポリエチレンテレフタレート(PET)などの高分子から形成されてよい。外装部材を形成するラミネートフィルムの厚さは、0.5mm以下であることが好ましく、0.2mm以下であることがより好ましい。ラミネートフィルムは、熱融着することにより所望の形状に成形することができる。 The laminate film is a multilayer film composed of a metal layer and a resin layer covering the metal layer. The metal layer is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil. Thereby, the weight of the battery can be reduced. The resin layer can reinforce the metal layer. The resin layer may be formed of a polymer such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, or polyethylene terephthalate (PET). The thickness of the laminate film forming the exterior member is preferably 0.5 mm or less, and more preferably 0.2 mm or less. The laminate film can be formed into a desired shape by heat-sealing.
金属製容器は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などから形成されてよい。アルミニウム合金は、Mg、Zn又はSiなどの元素を含むことが好ましい。合金中にFe、Cu、Ni又はCrなどの遷移金属が含有される場合、その含有量は1重量%以下であることが好ましい。これにより、高温環境下での長期信頼性、放熱性を飛躍的に向上させることができる。金属製容器を形成する金属板の厚さは1mm以下であることが好ましく、0.5mm以下であることがより好ましく、0.2mm以下であることがさらに好ましい。 The metal container may be formed from aluminum or an aluminum alloy. The aluminum alloy preferably contains an element such as Mg, Zn, or Si. When a transition metal such as Fe, Cu, Ni or Cr is contained in the alloy, the content is preferably 1% by weight or less. Thereby, long-term reliability and heat dissipation in a high temperature environment can be dramatically improved. The thickness of the metal plate forming the metal container is preferably 1 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, and even more preferably 0.2 mm or less.
5.負極端子
負極端子は、アルミニウム、又は、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、又はSiから選択される少なくとも一つの元素を含有するアルミニウム合金から形成することができる。負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極端子は負極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
5. Negative electrode terminal The negative electrode terminal can be formed from aluminum or an aluminum alloy containing at least one element selected from Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, or Si. In order to reduce the contact resistance with the negative electrode current collector, the negative electrode terminal is preferably formed from the same material as the negative electrode current collector.
6.正極端子
正極端子は、アルミニウム、又は、Mg、Ti、Zn、Ni、Cr、Mn、Fe、Cu、又はSiから選択される少なくとも一つの元素を含有するアルミニウム合金から形成されることが好ましい。正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極端子は正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
6). Positive electrode terminal The positive electrode terminal is preferably formed of aluminum or an aluminum alloy containing at least one element selected from Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu, or Si. In order to reduce the contact resistance with the positive electrode current collector, the positive electrode terminal is preferably formed of the same material as the positive electrode current collector.
7.非水電解質
非水電解質としては、液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いることができる。液状非水電解質は、電解質を非水溶媒中に溶解させることにより調製される。ゲル状非水電解質は、液状電解質と高分子材料とを複合化することにより調製される。
7). Nonaqueous electrolyte As the nonaqueous electrolyte, a liquid nonaqueous electrolyte or a gelled nonaqueous electrolyte can be used. The liquid non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving the electrolyte in a non-aqueous solvent. The gel-like nonaqueous electrolyte is prepared by combining a liquid electrolyte and a polymer material.
非水溶媒は、の例には、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート;ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)などの鎖状カーボネート;テトラヒドロフラン(THF)、2メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)、ジオキソラン(DOX)などの環状エーテル;ジメトキシエタン(DME)、ジエトキシエタン(DEE)などの鎖状エーテル;γ-ブチロラクトン(GBL)、アセトニトリル(AN)、及びスルホラン(SL)が含まれる。非水溶媒は、これらの有機溶媒を単独又は組み合わせて含むことができる。 Examples of the non-aqueous solvent include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), cyclic carbonate such as vinylene carbonate; chain such as diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and methyl ethyl carbonate (MEC). Cyclic carbonates; cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF), dioxolane (DOX); chain ethers such as dimethoxyethane (DME) and diethoxyethane (DEE); γ-butyrolactone (GBL), acetonitrile (AN), and sulfolane (SL). The non-aqueous solvent can contain these organic solvents alone or in combination.
液状非水電解質中の電解質の濃度は、0.5mol/L以上2.5mol/L以下であることが好ましい。 The concentration of the electrolyte in the liquid non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 mol / L or more and 2.5 mol / L or less.
電解質としては、例には、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、及びビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CF3SO2)2]などのリチウム塩、及び、これらの混合物が含まれる。 Examples of the electrolyte include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenide (LiAsF 6 ), tri Lithium salts such as lithium fluorometasulfonate (LiCF 3 SO 3 ) and lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ] and mixtures thereof are included.
高分子材料の例には、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)及びポリエチレンオキサイド(PEO)が含まれる。 Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), and polyethylene oxide (PEO).
次に、第2の実施形態に係る非水電解質電池の例を、図面を参照しながらより詳細に説明する。 Next, an example of the nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment will be described in more detail with reference to the drawings.
図3は、第2の実施形態に係る一例の非水電解質電池の断面図である。図4は、図3のA部の拡大断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of an example nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment. 4 is an enlarged cross-sectional view of a portion A in FIG.
図3に示すように、電池1は、外装部材2と、外装部材2に収容された電極群3とを含む。ここでは、電極群3として捲回電極群を用いている。外装部材2は、袋状の形状を有する。外装部材2の内部には、さらに非水電解質(図示せず)が含まれている。非水電解質は、電極群3に含浸されている。 As shown in FIG. 3, the battery 1 includes an exterior member 2 and an electrode group 3 accommodated in the exterior member 2. Here, a wound electrode group is used as the electrode group 3. The exterior member 2 has a bag shape. The exterior member 2 further includes a nonaqueous electrolyte (not shown). The nonaqueous electrolyte is impregnated in the electrode group 3.
電極群3は、図4に示すように、正極4と、負極5と、複数枚のセパレータ6とを含む。電極群3は積層体が渦巻き状に捲回された構成を有する。この積層体は、セパレータ6、正極4、セパレータ6、及び負極5をこの順で重ねた構成を有する。扁平状の捲回電極群3は、このような積層体を負極が最外周に位置するように渦巻き状に捲回し、次いで加熱しながらプレスすることにより作製される。 As shown in FIG. 4, the electrode group 3 includes a positive electrode 4, a negative electrode 5, and a plurality of separators 6. The electrode group 3 has a configuration in which the laminated body is wound in a spiral shape. This laminate has a configuration in which a separator 6, a positive electrode 4, a separator 6, and a negative electrode 5 are stacked in this order. The flat wound electrode group 3 is produced by winding such a laminated body in a spiral shape so that the negative electrode is located on the outermost periphery, and then pressing it while heating.
正極4は、正極集電体4aと、正極集電体4aの両面に形成された正極材料層4bとを含む。正極材料層4bは、正極活物質と、結着剤と、導電剤とを含んでいる。 The positive electrode 4 includes a positive electrode current collector 4a and a positive electrode material layer 4b formed on both surfaces of the positive electrode current collector 4a. The positive electrode material layer 4b includes a positive electrode active material, a binder, and a conductive agent.
負極5は、負極集電体5aと、負極集電体5aの両面に形成された負極材料層5bとを含む。但し、電極群3の最外周に位置する部分においては、図4に示すように、負極集電体5aの内面側のみに負極材料層5bが形成されている。 The negative electrode 5 includes a negative electrode current collector 5a and a negative electrode material layer 5b formed on both surfaces of the negative electrode current collector 5a. However, in the portion located on the outermost periphery of the electrode group 3, as shown in FIG. 4, the negative electrode material layer 5b is formed only on the inner surface side of the negative electrode current collector 5a.
図3に示すように、電極群3の外周端近傍において、正極端子7が正極集電体4aに接続されている。また、電極群3の最外周において、負極端子8が負極集電体5aに接続されている。正極端子7及び負極端子8はそれぞれ、外装部材2の開口部から外部に延出されている。 As shown in FIG. 3, in the vicinity of the outer peripheral end of the electrode group 3, the positive electrode terminal 7 is connected to the positive electrode current collector 4a. Further, on the outermost periphery of the electrode group 3, the negative electrode terminal 8 is connected to the negative electrode current collector 5a. Each of the positive electrode terminal 7 and the negative electrode terminal 8 extends outward from the opening of the exterior member 2.
第2の実施形態に係る非水電解質電池は、第1の実施形態に係る負極を具備する。そのため、第2の実施形態に係る非水電解質電池は、優れた寿命特性及びレート特性を示すことができる。 The nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment includes the negative electrode according to the first embodiment. Therefore, the nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment can exhibit excellent life characteristics and rate characteristics.
[実施例]
以下、実施例に基づいて上記実施形態をさらに詳細に説明する。
[Example]
Hereinafter, based on an Example, the said embodiment is described in detail.
(実施例1)
実施例1では、図3及び図4に示す非水電解質電池1を以下のようにして製造した。
Example 1
In Example 1, the nonaqueous electrolyte battery 1 shown in FIGS. 3 and 4 was manufactured as follows.
<負極5の作製>
まず、一般式Lix M1M22O7±δ(0≦x≦5、0≦δ≦0.3)で表される単斜晶型複合酸化物のうち、x=0、M1=Ti、M2=NbであるTiNb2O7を合成し
た。
<Preparation of negative electrode 5>
First, among monoclinic complex oxides represented by the general formula Li x M1M2 2 O 7 ± δ (0 ≦ x ≦ 5, 0 ≦ δ ≦ 0.3), x = 0, M1 = Ti, M2 = Nb TiNb 2 O 7 was synthesized.
出発原料として、市販の酸化物試薬Nb2O5とTiO2とを用いた。これらの原料酸化物を、モル比で1:1になるように秤量し、乳鉢で混合した。次に、電気炉に入れ、800℃で12時間仮焼きをしたのち、1400℃でのべ20時間焼成した。焼成後、生成物粒子50を得た。 As starting materials, commercially available oxide reagents Nb 2 O 5 and TiO 2 were used. These raw material oxides were weighed to a molar ratio of 1: 1 and mixed in a mortar. Next, it was placed in an electric furnace, calcined at 800 ° C. for 12 hours, and then fired at 1400 ° C. for a total of 20 hours. After firing, product particles 50 were obtained.
生成物粒子の組成をICP法により分析し、目的物である単斜晶型ニオブチタン複合酸化物TiNb2O7が得られていることを確認した。 The composition of the product particles was analyzed by the ICP method, and it was confirmed that the target monoclinic niobium titanium complex oxide TiNb 2 O 7 was obtained.
レーザー回折式粒度分布測定とSEM観察により、得られた単斜晶型ニオブチタン複合酸化物は平均粒子径0.5μmの一次粒子からなる、平均粒子径20μmの二次粒子であることを確認した。 It was confirmed by laser diffraction particle size distribution measurement and SEM observation that the obtained monoclinic niobium titanium composite oxide was composed of primary particles having an average particle size of 0.5 μm and secondary particles having an average particle size of 20 μm.
上記で合成したTiNb2O7二次粒子50を雰囲気制御が可能なロータリーキルン炉に入れ、炉を回転させながらプロパンガスを100mL/minで導入した。 The TiNb 2 O 7 secondary particles 50 synthesized above were placed in a rotary kiln furnace capable of controlling the atmosphere, and propane gas was introduced at 100 mL / min while rotating the furnace.
焼成温度を700℃として、2時間加熱を行った。熱分解によってプロパンガスを炭化させて得られた炭素51を、TiNb2O7二次粒子50の表面および内部にコーティングした。このようにして、負極活物質粒子53を得た
熱分解重量法によって、負極活物質粒子53中の炭素51の含有量は、TiNb2O7粒子50の重量100部に対し、3.4部であることを確認した。
Heating was performed for 2 hours at a baking temperature of 700 ° C. Carbon 51 obtained by carbonizing propane gas by pyrolysis was coated on the surface and inside of the TiNb 2 O 7 secondary particles 50. In this way, by pyrolysis gravimetric method to obtain a negative electrode active material particles 53, the content of carbon 51 in the anode active material particles 53, relative to 100 parts by weight of TiNb 2 O 7 particles 50, 3.4 parts of It was confirmed that.
次に、負極活物質粒子53の重量100に対し、第2の導電助材52として鱗片状のグラファイト10重量%を秤量し、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%を秤量した。 Next, with respect to the weight 100 of the negative electrode active material particles 53, 10% by weight of scaly graphite was weighed as the second conductive additive 52, and 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) was weighed as the binder.
秤量したグラファイトとPVdFとをN−メチルピロリドン(NMP)に加え、ビーズミルを用いて分散処理を行なった。回転は2000rpmで行い、50mL/minの流速で滞留時間が5分間となるよう分散を行なった。 Weighed graphite and PVdF were added to N-methylpyrrolidone (NMP) and dispersed using a bead mill. The rotation was performed at 2000 rpm, and dispersion was performed at a flow rate of 50 mL / min so that the residence time was 5 minutes.
上記分散により得られたグラファイトとPVdFとの分散液中に負極活物質粒子53を投入し、羽拡散により分散させて、負極作製用スラリーを作製した。 Negative electrode active material particles 53 were put into a dispersion of graphite and PVdF obtained by the above dispersion and dispersed by feather diffusion to prepare a slurry for preparing a negative electrode.
この負極作製用スラリーを厚さ15μmのアルミ箔(負極集電体5a)に塗布した。この際、負極集電体5aに、表面に負極作製用スラリーが塗布されていない部分を残した。次に、負極作製用スラリーを塗布した負極集電体5aを乾燥させ、次いでこれをプレス処理に供した。かくして、負極集電体5aと、負極集電体5a上に形成された負極材料層5bとを含む負極5が得られた。 This negative electrode preparation slurry was applied to an aluminum foil (negative electrode current collector 5a) having a thickness of 15 μm. At this time, a portion of the negative electrode current collector 5a where the negative electrode preparation slurry was not applied was left on the surface. Next, the negative electrode current collector 5a coated with the negative electrode preparation slurry was dried, and then subjected to press treatment. Thus, the negative electrode 5 including the negative electrode current collector 5a and the negative electrode material layer 5b formed on the negative electrode current collector 5a was obtained.
次に、このようにして得られた負極5のうち表面に負極材料層5bが形成されていない部分に負極端子8を接続した。 Next, the negative electrode terminal 8 was connected to the portion of the negative electrode 5 obtained in this way where the negative electrode material layer 5b was not formed on the surface.
<正極4の作製>
正極活物質としてリチウムニッケルコバルト酸化物(LiNi0.8Co0.2O2)の粉末を用いた。この正極活物質を91重量%の割合で含み、アセチレンブラックを2.5重量%及びグラファイトを3重量%の割合で含み且つポリフッ化ビニリデン(PVdF)を3.5重量%の割合で含む正極合剤を調製した。この正極合剤をNMPに加えて、正極作製用スラリーを調製した。
<Preparation of positive electrode 4>
Lithium nickel cobalt oxide (LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 ) powder was used as the positive electrode active material. A positive electrode composite containing 91% by weight of this positive electrode active material, 2.5% by weight of acetylene black and 3% by weight of graphite and 3.5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF). An agent was prepared. This positive electrode mixture was added to NMP to prepare a slurry for preparing a positive electrode.
この正極作製用スラリーを厚さ15μmのアルミ箔(正極集電体4a)に塗布した。この際、正極集電体4aに、表面に正極作製用スラリーが塗布されていない部分を残した。次に、正極作製用スラリーを塗布した正極集電体4aを乾燥させ、次いでこれをプレス処理に供した。かくして、正極集電体4aと、正極集電体4a上に形成された正極材料層4bとを含む正極4が得られた。 This positive electrode preparation slurry was applied to an aluminum foil (positive electrode current collector 4a) having a thickness of 15 μm. At this time, a portion of the positive electrode current collector 4a where the positive electrode preparation slurry was not applied was left on the surface. Next, the positive electrode current collector 4a coated with the positive electrode preparation slurry was dried, and then subjected to press treatment. Thus, the positive electrode 4 including the positive electrode current collector 4a and the positive electrode material layer 4b formed on the positive electrode current collector 4a was obtained.
次に、このようにして得られた正極4のうち表面に正極材料層4bが形成されていない部分に正極端子7を接続した。 Next, the positive electrode terminal 7 was connected to the portion of the positive electrode 4 obtained in this manner where the positive electrode material layer 4b was not formed on the surface.
<電極群3の作製>
上記のように作製した正極4と、厚さ20μmのポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータ6と、上記のように作製した負極5と、もう一枚のセパレータ6とをこの順序で積層させて、積層体を得た。この際、図2に示すように、正極4の正極材料層4aと負極5の負極材料層5aとが、セパレータ6を介して対向するように積層させた。この積層体を、負極5が最外周に位置するように渦巻き状に捲回して電極群アセンブリを作製した。これを90℃で加熱プレスすることにより、図3に示すような、幅38mm、高さ78mm、厚さ2.0mmの偏平状電極群3を作製した。
<Preparation of electrode group 3>
The positive electrode 4 produced as described above, a separator 6 made of a polyethylene porous film having a thickness of 20 μm, the negative electrode 5 produced as described above, and another separator 6 were laminated in this order, A laminate was obtained. At this time, as shown in FIG. 2, the positive electrode material layer 4 a of the positive electrode 4 and the negative electrode material layer 5 a of the negative electrode 5 were laminated so as to face each other with the separator 6 interposed therebetween. This laminated body was wound in a spiral shape so that the negative electrode 5 was located on the outermost periphery, thereby preparing an electrode assembly. The flat electrode group 3 having a width of 38 mm, a height of 78 mm, and a thickness of 2.0 mm as shown in FIG.
<外装部材2への収容>
次に、ラミネートフィルムからなる外装部材2を用意した。ラミネートフィルムは、厚さが40μmのアルミニウム箔とその両面に形成されたポリプロピレン層とで構成され、厚さは0.1mmであった。
<Accommodation in exterior member 2>
Next, an exterior member 2 made of a laminate film was prepared. The laminate film was composed of an aluminum foil having a thickness of 40 μm and a polypropylene layer formed on both sides thereof, and the thickness was 0.1 mm.
この外装部材2内に、上記のようにして得られた電極群3を収容した。この際、正極端子7及び負極端子8を外装部材2の開口部から外部に延出させた。収容後、外装部材2内を、80℃で24時間真空乾燥した。 The electrode group 3 obtained as described above was accommodated in the exterior member 2. At this time, the positive electrode terminal 7 and the negative electrode terminal 8 were extended to the outside from the opening of the exterior member 2. After housing, the inside of the exterior member 2 was vacuum dried at 80 ° C. for 24 hours.
<非水電解質の調製>
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート溶媒(EMC)とを1:2の体積比となるよう混合し、混合溶媒を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
Ethylene carbonate (EC) and methyl ethyl carbonate solvent (EMC) were mixed at a volume ratio of 1: 2 to prepare a mixed solvent.
このようにして調製した非水溶媒に六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0mol/Lの濃度で溶解させて、非水電解質を得た。 Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved in the non-aqueous solvent thus prepared at a concentration of 1.0 mol / L to obtain a non-aqueous electrolyte.
<非水電解質の注入>
電極群3を収容した外装部材2内に、上記のように調製した非水電解液を注入して封入した。かくして、電池ユニット1を作製した。
<Injection of non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte prepared as described above was injected and sealed in the exterior member 2 that accommodated the electrode group 3. Thus, the battery unit 1 was produced.
<初回充放電容量及び充放電効率の測定>
電池ユニット1を、0.2Cレートで電池電圧が3.2Vになるまで充電し、そのまま3.2Vで3時間放置した。このときの状態の電池ユニット1の充電率を100%、すなわち満充電とした。また、そのときの充電容量を初回充電容量とした。その後、非水電解質電池1を0.2Cレートで電池電圧が1.2Vになるまで放電した。この時の放電容量を初回放電容量とした。更に初回放電容量を初回充電容量で除したものを初回充放電効率とした。その後、再度充電して充電率を50%に調整し、非水電解質電池1を完成させた。
<Measurement of initial charge / discharge capacity and charge / discharge efficiency>
The battery unit 1 was charged at a 0.2 C rate until the battery voltage became 3.2 V, and left as it was at 3.2 V for 3 hours. The charging rate of the battery unit 1 in this state is 100%, that is, full charge. The charging capacity at that time was defined as the initial charging capacity. Thereafter, the nonaqueous electrolyte battery 1 was discharged at a 0.2 C rate until the battery voltage became 1.2V. The discharge capacity at this time was defined as the initial discharge capacity. Further, the initial charge capacity divided by the initial charge capacity was defined as the initial charge / discharge efficiency. Then, it charged again and the charge rate was adjusted to 50%, and the nonaqueous electrolyte battery 1 was completed.
<レート特性評価>
初回放電容量を測定後、非水電解質電池1を30℃環境で、満充電になるまで充電した。電池を30分間放置し、5Cレートで1.2Vになるまで放電した。この時の放電容量を初回放電容量で除したものをレート特性とした。
<Rate characteristics evaluation>
After measuring the initial discharge capacity, the nonaqueous electrolyte battery 1 was charged in a 30 ° C. environment until it was fully charged. The battery was left for 30 minutes and discharged to 1.2V at a 5C rate. The rate characteristic was obtained by dividing the discharge capacity at this time by the initial discharge capacity.
<寿命試験>
レート特性を評価後、非水電解質電池1を30℃環境で、充放電を繰り返しサイクル特性を測定した。充電は1Cレートで3.2Vになるまで充電し、そのまま3.2Vで1時間放置した。その後、30分間放置し、1Cレートで電池電圧が1.2Vになるまで放電を行なった。30分間放置し再び充電を繰り返した。以上の充放電を50回繰り返した後、再び0.2Cレートで電池電圧が3.2Vになるまで充電し、そのまま3.2Vで3時間放置した。その後、非水電解質電池1を0.2Cレートで電池電圧が1.2Vになるまで放電した。この時の放電容量を初回放電容量で除したものをサイクル後の容量維持率とした。
<Life test>
After evaluating the rate characteristics, the nonaqueous electrolyte battery 1 was repeatedly charged and discharged in a 30 ° C. environment to measure cycle characteristics. The battery was charged at a 1C rate until it reached 3.2 V, and was left as it was at 3.2 V for 1 hour. Thereafter, the battery was left for 30 minutes, and discharged at a 1C rate until the battery voltage became 1.2V. The battery was left for 30 minutes and charged again. After repeating the above charging and discharging 50 times, the battery was charged again at a rate of 0.2 C until the battery voltage became 3.2 V, and left as it was at 3.2 V for 3 hours. Thereafter, the nonaqueous electrolyte battery 1 was discharged at a 0.2 C rate until the battery voltage became 1.2V. The capacity retention rate after the cycle was obtained by dividing the discharge capacity at this time by the initial discharge capacity.
<ラマンスペクトルの測定>
実施例1の非水電解質電池1から、先に説明したように負極5を取り出した。
<Measurement of Raman spectrum>
As described above, the negative electrode 5 was taken out from the nonaqueous electrolyte battery 1 of Example 1.
取り出した負極5に対して、以下の手順により、ラマンスペクトル測定を行った。 Raman spectrum measurement was performed on the extracted negative electrode 5 by the following procedure.
まず、取り出した負極5を5cm四方に切り取って試料とし、この試料を装置内にセットした。この試料をCCDカメラで100倍に拡大して観察した画像の中から、負極活物質粒子53が視認できる箇所を測定視野として決定した。測定視野として決定した画像を図5に示す。 First, the taken-out negative electrode 5 was cut out to 5 cm square, and it was set as the sample, and this sample was set in the apparatus. From the image observed by magnifying the sample 100 times with a CCD camera, a portion where the negative electrode active material particles 53 can be visually recognized was determined as a measurement visual field. The image determined as the measurement field is shown in FIG.
次に、測定視野内を縦及び横それぞれ40分割となるように設定し、それぞれのセグメントについて、波長532nmのYAGレーザーを用いて測定されるラマンスペクトルを測定した。ピークの帰属は、先に説明したようにして行った。 Next, the measurement visual field was set to be divided into 40 parts in the vertical and horizontal directions, and the Raman spectrum measured using a YAG laser with a wavelength of 532 nm was measured for each segment. Peak assignment was performed as previously described.
図5のBで示すセグメントにおいては、負極活物質粒子53の存在を視認できる。図6は、図5のBで示すこのセグメントについてのラマンスペクトルを示している。 In the segment indicated by B in FIG. 5, the presence of the negative electrode active material particles 53 can be visually recognized. FIG. 6 shows the Raman spectrum for this segment indicated by B in FIG.
図6から明らかなように、図5のBのセグメントから得られたラマンスペクトルにおいては、TiNb2O7に帰属される振動数領域のピークと、炭素に帰属されるGバンド及びDバンドのピークとが現れている。図6に示したスペクトルにおいて強度比IG/IDを算出したところ、1.2であった。 As is clear from FIG. 6, in the Raman spectrum obtained from the segment B in FIG. 5, the peak in the frequency region attributed to TiNb 2 O 7 and the G and D band peaks attributed to carbon. And appear. The intensity ratio I G / ID calculated in the spectrum shown in FIG. 6 was 1.2.
図5のCで示すセグメントにおいては、負極活物質粒子53の存在を視認できなかった。図7は、図5のCで示すこのセグメントについてのラマンスペクトルを示している。 In the segment indicated by C in FIG. 5, the presence of the negative electrode active material particles 53 could not be visually recognized. FIG. 7 shows the Raman spectrum for this segment indicated by C in FIG.
図7から明らかなように、図5のCのセグメントから得られたラマンスペクトルにおいては、炭素に帰属されるGバンド及びDバンドのピークは現れているが、TiNb2O7に帰属される振動数領域のピークは表れていない。図7に示したスペクトルにおいて強度比IG/IDを算出したところ、1.8であった。 As is clear from FIG. 7, in the Raman spectrum obtained from the segment C in FIG. 5, the peaks of the G band and D band attributed to carbon appear, but the vibrations attributed to TiNb 2 O 7. There are no peaks in several regions. The intensity ratio I G / ID calculated in the spectrum shown in FIG. 7 was 1.8.
(実施例2)
実施例2では、第2の導電助剤52として、カーボンナノチューブを用いた以外は実施例1と同様にして、非水電解質電池1を作製した。
(Example 2)
In Example 2, a nonaqueous electrolyte battery 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that carbon nanotubes were used as the second conductive auxiliary agent 52.
(実施例3)
実施例3では、TiNb2O7粒子へのカーボンコートを行なう際に焼成温度を850℃にした以外は実施例1と同様にして、非水電解質電池1を作製した。
(Example 3)
In Example 3, a nonaqueous electrolyte battery 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the firing temperature was changed to 850 ° C. when performing carbon coating on TiNb 2 O 7 particles.
(比較例1)
比較例1では、第2の導電助剤としてカーボンブラックを用いた以外は実施例1と同様にして、非水電解質電池を作製した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that carbon black was used as the second conductive additive.
(比較例2)
TiNb2O7粒子へのカーボンコートを行わなかった以外は実施例1と同様にして、非水電解質電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the carbon coating was not performed on the TiNb 2 O 7 particles.
(比較例3)
負極活物質粒子としてチタン酸リチウムLi4Ti5O12を用いた以外は実施例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。なお、比較例3では、偏平状電極群3の大きさを実施例1と同じになるように調整した。
(Comparative Example 3)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that lithium titanate Li 4 Ti 5 O 12 was used as the negative electrode active material particles. In Comparative Example 3, the size of the flat electrode group 3 was adjusted to be the same as that in Example 1.
(比較例4)
チタン酸リチウム粒子へのカーボンコートを行わなかった以外は比較例3と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。
(Comparative Example 4)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 3 except that carbon coating was not performed on the lithium titanate particles.
<評価>
実施例2及び3並びに比較例1〜3の非水電解質電池に対して、実施例1の非水電解質電池と同様にして、初回放電容量の測定、初回充放電効率測定、寿命試験、レート特性評価及びラマンスペクトルの測定を行った。その結果を、実施例1の結果と合わせて、以下の表1に示す。
For the nonaqueous electrolyte batteries of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 3, in the same manner as the nonaqueous electrolyte battery of Example 1, measurement of initial discharge capacity, initial charge / discharge efficiency measurement, life test, rate characteristics Evaluation and measurement of Raman spectra were performed. The results are shown in Table 1 below together with the results of Example 1.
なお、表1において、比較例2の第1の導電助剤の強度比IG/IDに1.6を記入しているが、これは第1の導電助剤の強度比ではなく、TiNb2O7粒子に接した第2の導電助剤の強度比IG/IDである。 In Table 1, 1.6 is written in the strength ratio I G / ID of the first conductive aid of Comparative Example 2, but this is not the strength ratio of the first conductive aid but TiNb. The strength ratio I G / ID of the second conductive additive in contact with the 2 O 7 particles.
表1に示す結果から明らかなように、実施例1〜3の非水電解質電池1は、比較例1及び2の非水電解質と比較して、初回放電容量、初回充放電効率、50サイクル後の容量維持率及びレート特性に優れていることが分かる。 As is clear from the results shown in Table 1, the nonaqueous electrolyte batteries 1 of Examples 1 to 3 were compared with the nonaqueous electrolytes of Comparative Examples 1 and 2 in the initial discharge capacity, initial charge / discharge efficiency, and after 50 cycles. It can be seen that the capacity retention rate and the rate characteristics are excellent.
実施例1及び2の結果から、第2の導電助剤52の種類が異なっても、第2の導電助剤52に帰属されるDバンド及びGバンドの強度比IG/IDが1.5〜10の範囲内にあれば、優れた特性を示す非水電解質電池を実現できることが分かる。 From the results of Examples 1 and 2, the intensity ratio I G / ID of the D band and G band attributed to the second conductive auxiliary agent 52 is 1 even though the type of the second conductive auxiliary agent 52 is different. If it exists in the range of 5-10, it turns out that the nonaqueous electrolyte battery which shows the outstanding characteristic is realizable.
また、実施例1及び3の結果から、第1の導電助剤51に帰属されるDバンド及びGバンドの強度比IG/IDが0.5〜1.3の範囲内にあれば、優れた特性を示す非水電解質電池を実現できることが分かる。 Further, from the results of Examples 1 and 3, the intensity ratio I G / I D of D band and G band attributed to a first conductive additive 51 if in the range of 0.5 to 1.3, It turns out that the nonaqueous electrolyte battery which shows the outstanding characteristic is realizable.
一方、比較例1の非水電解質電池では、表1に示すように50サイクル後の容量維持率が低下したと共に、ガス発生によるセル体積の膨張が確認された。これは、第2の導電助剤として混合された強度比IG/IDが小さい、すなわち結晶化度が低いカーボンブラック付近で電解液が分解し、ガス発生を生じた結果、容量が劣化したと考えられる。 On the other hand, in the nonaqueous electrolyte battery of Comparative Example 1, as shown in Table 1, the capacity retention rate after 50 cycles was reduced, and expansion of the cell volume due to gas generation was confirmed. This is because the electrolytic solution was decomposed in the vicinity of carbon black having a small strength ratio I G / ID mixed as the second conductive additive, that is, low crystallinity, resulting in gas generation, resulting in a deterioration in capacity. it is conceivable that.
比較例2の非水電解質電池では、第1の導電助財が活物質近傍に接していなかったために、充放電に必要な導電性を確保することが出来ずにレート特性が低下したと考えられる。一方で、比較例2の非水電解質電池では、第2の導電助剤に結晶化度が高いカーボンを用いていることでガス発生を抑えることができた。しかしながら、比較例2の非水電解質電池では、負極活物質粒子の表面に接する第1の導電助剤が存在していなかったために、負極活物質粒子と非水電解質との界面で副反応を抑制する被膜を形成することができず、非水電解質の分解反応が進行してしまったために、容量劣化が大きくなったと考えられる。 In the nonaqueous electrolyte battery of Comparative Example 2, since the first conductive aid was not in contact with the vicinity of the active material, it was considered that the conductivity required for charging / discharging could not be ensured and the rate characteristics were deteriorated. . On the other hand, in the nonaqueous electrolyte battery of Comparative Example 2, gas generation could be suppressed by using carbon having a high degree of crystallinity as the second conductive additive. However, in the nonaqueous electrolyte battery of Comparative Example 2, since the first conductive auxiliary agent in contact with the surface of the negative electrode active material particles did not exist, side reactions were suppressed at the interface between the negative electrode active material particles and the nonaqueous electrolyte. It is considered that the capacity deterioration was increased because the coating film to be formed could not be formed and the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte had progressed.
比較例3の非水電解質電池は、初回放電容量が、実施例1〜3並びに比較例1及び2の非水電解質電池と比べて、著しく劣っていた。これは、負極活物質自体のエネルギー密度が小さく、同一体積当たりの非水電解質電池の容量が小さくなったためである。 The nonaqueous electrolyte battery of Comparative Example 3 was significantly inferior in initial discharge capacity as compared with the nonaqueous electrolyte batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. This is because the energy density of the negative electrode active material itself is small, and the capacity of the nonaqueous electrolyte battery per volume is reduced.
また、比較例3及び比較例4の結果を比較すると、50サイクル後の容量維持率に大きな変化はなかった。この結果から、負極活物質としてチタン酸リチウム粒子を用いた非水電解質電池の寿命特性は、チタン酸リチウム粒子表面に接する導電助剤の結晶化度にはあまり依存しないことが分かる。 Moreover, when the results of Comparative Example 3 and Comparative Example 4 were compared, there was no significant change in the capacity retention rate after 50 cycles. From this result, it can be seen that the life characteristics of the nonaqueous electrolyte battery using lithium titanate particles as the negative electrode active material do not depend much on the crystallinity of the conductive additive in contact with the surface of the lithium titanate particles.
以上に説明した少なくとも1つの実施形態及び実施例によると、負極が提供される。この負極の負極材料層において、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の少なくとも一部の表面に結晶化度が低い第1の導電助剤が接している。また、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子を含む負極活物質粒子間に、結晶化度が高い第2の導電助剤が配されている。そのおかげで、この負極は、非水電解質電池において使用した際、非水電解質の分解を抑制できると共に、低抵抗を達成することができる。その結果、第1の実施形態に係る負極は、寿命特性及びレート特性に優れる非水電解質電池を実現できる。 According to at least one embodiment and example described above, a negative electrode is provided. In the negative electrode material layer of the negative electrode, the first conductive additive having a low crystallinity is in contact with at least a part of the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles. A second conductive additive having a high degree of crystallinity is disposed between the negative electrode active material particles containing monoclinic niobium titanium composite oxide particles. Thanks to this, when this negative electrode is used in a non-aqueous electrolyte battery, it can suppress decomposition of the non-aqueous electrolyte and achieve low resistance. As a result, the negative electrode according to the first embodiment can realize a nonaqueous electrolyte battery having excellent life characteristics and rate characteristics.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
[1]複数の負極活物質粒子であって、それぞれが、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子と、前記単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面の少なくとも一部に接した第1の導電助剤とを含む負極活物質粒子と、前記第1の導電助剤に接し且つ前記負極活物質粒子間に配された第2の導電助剤とを含む負極材料層を具備し、前記第1の導電助剤は、前記負極材料層からラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、1300cm -1 〜1400cm -1 の振動数領域内に現れるDバンドと、1550cm -1 〜1650cm -1 の振動数領域内に現れるGバンドとを有し、前記Gバンドのピーク強度の前記Dバンドのピーク強度に対する比が0.5〜1.3の範囲内にあり、前記第2の導電助剤は、前記負極材料層からラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、1300cm -1 〜1400cm -1 の振動数領域内に現れるDバンドと、1550cm -1 〜1650cm -1 の振動数領域内に現れるGバンドとを有し、前記Gバンドのピーク強度の前記Dバンドのピーク強度に対する比が1.5〜10の範囲内にあることを特徴とする負極。
[2]前記第1の導電助剤は、前記単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子の表面の全体に接していることを特徴とする[1]に記載の負極。
[3]前記第2の導電助剤が、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、及びグラファイトからなる群より選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする[2]に記載の負極。
[4]複数の前記負極活物質粒子は、それぞれ、複数の前記単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子が凝集してなる二次粒子であり、複数の前記負極活物質粒子のそれぞれの表面の少なくとも一部に前記第1の導電助剤が存在していることを特徴とする[1]に記載の負極。
[5][2]に記載の負極と、正極と、非水電解質とを具備することを特徴とする非水電解質電池。
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
The invention described in the claims at the beginning of the filing of the present application will be appended.
[1] A plurality of negative electrode active material particles, each of which is monoclinic niobium titanium composite oxide particles and a first conductive material in contact with at least part of the surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles. A negative electrode material layer comprising negative active material particles containing an auxiliary agent and a second conductive auxiliary agent in contact with the first conductive auxiliary agent and disposed between the negative electrode active material particles; conductive auxiliary agent, the Raman spectrum obtained from the negative electrode material layer by Raman spectroscopy, the D band appearing in the frequency region of 1300cm -1 ~1400cm -1, the frequency region of 1550 cm -1 1650 cm -1 And the ratio of the peak intensity of the G band to the peak intensity of the D band is in the range of 0.5 to 1.3, and the second conductive additive is the negative electrode. Raman spectroscopy from material layers In a more resulting Raman spectrum has a D band appearing in the frequency region of 1300cm -1 ~1400cm -1, and a G band appearing at frequency region of 1550 cm -1 1650 cm -1, of the G-band A negative electrode having a ratio of peak intensity to peak intensity of the D band in a range of 1.5 to 10.
[2] The negative electrode according to [1], wherein the first conductive additive is in contact with the entire surface of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles.
[3] The negative electrode according to [2], wherein the second conductive additive includes at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon nanofibers, and graphite.
[4] Each of the plurality of negative electrode active material particles is a secondary particle obtained by agglomerating the plurality of monoclinic niobium titanium composite oxide particles, and at least a surface of each of the plurality of negative electrode active material particles. [1] The negative electrode according to [1], wherein the first conductive additive is partially present.
[5] A nonaqueous electrolyte battery comprising the negative electrode according to [2], a positive electrode, and a nonaqueous electrolyte.
1…電池、2…外装部材、3…電極群、4…正極、4a…正極集電体、4b…正極活物質含有層(正極材料層)、5…負極、5a…負極集電体、5b…負極活物質含有層(負極材料層)、6…セパレータ、7…正極端子、8…負極端子、50…単斜晶型ニオブチタン複合酸化物粒子、51…第1の導電助剤、52…第2の導電助剤、53…負極活物質粒子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery, 2 ... Exterior member, 3 ... Electrode group, 4 ... Positive electrode, 4a ... Positive electrode collector, 4b ... Positive electrode active material containing layer (positive electrode material layer), 5 ... Negative electrode, 5a ... Negative electrode collector, 5b ... negative electrode active material-containing layer (negative electrode material layer), 6 ... separator, 7 ... positive electrode terminal, 8 ... negative electrode terminal, 50 ... monoclinic niobium titanium complex oxide particles, 51 ... first conductive additive, 52 ... first 2 conductive auxiliary agent, 53 ... negative electrode active material particle.
Claims (5)
前記第1の導電助剤に接し且つ前記負極活物質粒子間に配された第2の導電助剤と
を含む負極材料層を具備し、
前記第1の導電助剤は、前記負極材料層からラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、1300cm-1〜1400cm-1の振動数領域内に現れるDバンドと、1550cm-1〜1650cm-1の振動数領域内に現れるGバンドとを有し、前記Gバンドのピーク強度の前記Dバンドのピーク強度に対する比が0.5〜1.3の範囲内にあり、
前記第2の導電助剤は、前記負極材料層からラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、1300cm-1〜1400cm-1の振動数領域内に現れるDバンドと、1550cm-1〜1650cm-1の振動数領域内に現れるGバンドとを有し、前記Gバンドのピーク強度の前記Dバンドのピーク強度に対する比が1.5〜10の範囲内にある負極。 A plurality of negative electrode active material particles, each of which is a secondary particle formed by agglomerating a plurality of primary particles of monoclinic niobium titanium composite oxide, and a second particle in contact with at least a part of the surface of the secondary particle. Negative electrode active material particles comprising one conductive additive;
A negative electrode material layer comprising a second conductive auxiliary agent in contact with the first conductive auxiliary agent and disposed between the negative electrode active material particles;
Said first conductive additive, wherein in the Raman spectrum obtained from the negative electrode material layer by Raman spectroscopy, the D band appearing in the frequency region of 1300cm -1 ~1400cm -1, of 1550 cm -1 1650 cm -1 A G band appearing in the frequency region, and a ratio of a peak intensity of the G band to a peak intensity of the D band is in a range of 0.5 to 1.3;
Said second conductive additive, wherein in the Raman spectrum obtained from the negative electrode material layer by Raman spectroscopy, the D band appearing in the frequency region of 1300cm -1 ~1400cm -1, of 1550 cm -1 1650 cm -1 A negative electrode having a G band appearing in a frequency region and a ratio of a peak intensity of the G band to a peak intensity of the D band being in a range of 1.5 to 10.
正極と、
非水電解質と
を具備する非水電解質電池。 The negative electrode according to any one of claims 1 to 4,
A positive electrode;
A non-aqueous electrolyte battery comprising a non-aqueous electrolyte.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014007106A JP6315998B2 (en) | 2014-01-17 | 2014-01-17 | Negative electrode and non-aqueous electrolyte battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014007106A JP6315998B2 (en) | 2014-01-17 | 2014-01-17 | Negative electrode and non-aqueous electrolyte battery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015135770A JP2015135770A (en) | 2015-07-27 |
JP6315998B2 true JP6315998B2 (en) | 2018-04-25 |
Family
ID=53767485
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014007106A Active JP6315998B2 (en) | 2014-01-17 | 2014-01-17 | Negative electrode and non-aqueous electrolyte battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6315998B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6933600B2 (en) * | 2018-03-26 | 2021-09-08 | 株式会社東芝 | Active material composites, electrodes, rechargeable batteries, battery packs and vehicles |
JP6845176B2 (en) * | 2018-03-26 | 2021-03-17 | 株式会社東芝 | Electrodes, rechargeable batteries, battery packs and vehicles |
CN111727519B (en) | 2018-03-30 | 2023-07-14 | 株式会社东芝 | Electrode, battery and battery pack |
JP7258607B2 (en) * | 2019-03-13 | 2023-04-17 | 株式会社東芝 | Active materials, electrodes, secondary batteries, battery packs and vehicles |
CN118591901A (en) * | 2022-01-26 | 2024-09-03 | 松下新能源株式会社 | Positive electrode for secondary battery and secondary battery |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10302765A (en) * | 1997-04-30 | 1998-11-13 | Matsushita Denchi Kogyo Kk | Lithium secondary battery |
JP4159954B2 (en) * | 2003-09-24 | 2008-10-01 | 株式会社東芝 | Non-aqueous electrolyte battery |
JP2010287496A (en) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Mitsubishi Chemicals Corp | Negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery, negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery using it |
CA2810191C (en) * | 2010-07-30 | 2018-06-12 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Niobium oxide compositions and methods for using same |
JP5230713B2 (en) * | 2010-10-29 | 2013-07-10 | 株式会社東芝 | Battery active material, non-aqueous electrolyte battery and battery pack |
WO2013008525A1 (en) * | 2011-07-14 | 2013-01-17 | Necエナジーデバイス株式会社 | Lithium-ion battery |
JP5793442B2 (en) * | 2012-02-09 | 2015-10-14 | 株式会社東芝 | Battery active material, non-aqueous electrolyte battery and battery pack |
US9806338B2 (en) * | 2013-08-23 | 2017-10-31 | Ut-Battele, Llc | Nanoporous titanium niobium oxide and titanium tantalum oxide compositions and their use in anodes of lithium ion batteries |
-
2014
- 2014-01-17 JP JP2014007106A patent/JP6315998B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015135770A (en) | 2015-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6524158B2 (en) | Negative electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, negative electrode, non-aqueous electrolyte secondary battery, battery pack and vehicle | |
JP6396243B2 (en) | Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, negative electrode, lithium ion secondary battery, battery pack, and vehicle | |
JP6076928B2 (en) | Battery active material, non-aqueous electrolyte battery, battery pack and automobile | |
JP5793442B2 (en) | Battery active material, non-aqueous electrolyte battery and battery pack | |
JP6289995B2 (en) | Negative electrode, negative electrode manufacturing method, and nonaqueous electrolyte battery | |
JP5908649B2 (en) | Battery active material, non-aqueous electrolyte battery and battery pack | |
US20160276663A1 (en) | Electrode, nonaqueous electrolyte battery, and battery pack | |
JP5908650B2 (en) | Battery active material, non-aqueous electrolyte battery and battery pack | |
JP6523113B2 (en) | Electrode, non-aqueous electrolyte battery, battery pack, and automobile | |
JP6092466B2 (en) | Battery active materials, non-aqueous electrolyte batteries, assembled batteries, battery packs and automobiles | |
JP6767100B2 (en) | Active materials for batteries, electrodes, non-aqueous electrolyte batteries, battery packs, and automobiles | |
JP5155498B2 (en) | Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery | |
CN108352564B (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2017059398A (en) | Active material for battery, nonaqueous electrolyte battery, and battery pack | |
JP2012038534A (en) | Positive electrode material for lithium secondary battery, lithium secondary battery and secondary battery module using the same | |
JP2014209442A (en) | Active material for battery use, nonaqueous electrolyte battery, battery pack, and method for manufacturing active material for battery use | |
JP2016171011A (en) | Active material for battery, nonaqueous electrolyte battery, assembled battery, battery pack, and automobile | |
JP6315998B2 (en) | Negative electrode and non-aqueous electrolyte battery | |
WO2019193691A1 (en) | Positive electrode, electrode group and nonaqueous electrolyte battery | |
He et al. | Spinel-layered integrate structured nanorods with both high capacity and superior high-rate capability as cathode material for lithium-ion batteries | |
JP2016171023A (en) | Active material for battery, nonaqueous electrolyte battery, and battery pack | |
JP6325678B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery and battery pack provided with the same | |
KR101832090B1 (en) | Active meterial, nonaqueous electrolyte battery, battery pack and vehicle | |
JP7024386B2 (en) | Method for manufacturing negative electrode active material, negative electrode, non-aqueous electrolyte storage element, and non-aqueous electrolyte storage element | |
JP6132945B2 (en) | Battery pack and automobile |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161208 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20170904 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20170905 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170911 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171017 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171206 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180109 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180209 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180227 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180327 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6315998 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |