JP6678446B2 - Battery active material, battery electrode, non-aqueous electrolyte battery, battery pack, and vehicle using the same - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、電池用活物質、電池用電極、非水電解質電池、電池パック及びこれを用いた車に関する。
An embodiment of the present invention relates to a battery active material, a battery electrode, a nonaqueous electrolyte battery, a battery pack, and a vehicle using the same .

近年、急速なエレクトロニクス機器の小型化技術の発達により、種々の携帯電子機器が普及しつつある。そして、これら携帯電子機器の電源である電池にも小型化が求められており、高エネルギー密度を持つ非水電解質二次電池が注目を集めている。   2. Description of the Related Art In recent years, various portable electronic devices have been spreading due to rapid development of technology for miniaturizing electronic devices. In addition, there is a demand for miniaturization of a battery as a power source of these portable electronic devices, and a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high energy density has attracted attention.

金属リチウムを負極活物質として用いた非水電解質二次電池は、非常に高いエネルギー密度を持つが、充電時にデンドライトと呼ばれる樹枝状の結晶が負極上に析出するため電池寿命が短く、またデンドライトが成長して正極に達し内部短絡を引き起こす等、安全性にも問題があった。そこでリチウム金属に替わる負極活物質として、リチウムを吸蔵・脱離する炭素材料、特に黒鉛質炭素が用いられるようになった。   Non-aqueous electrolyte secondary batteries that use metallic lithium as the negative electrode active material have a very high energy density, but have a short battery life because dendrites called dendrites precipitate on the negative electrode during charging. There was also a problem in safety, such as growth and reaching the positive electrode, causing an internal short circuit. Therefore, as a negative electrode active material instead of lithium metal, a carbon material capable of inserting and extracting lithium, particularly graphitic carbon, has come to be used.

また、更なる高エネルギー密度を追求した負極活物質として、特に、シリコン、スズなどのリチウムと合金化する元素、非晶質カルコゲン化合物などリチウム吸蔵容量が大きく、密度の高い物質を用いる試みがなされてきた。中でもシリコンはシリコン原子1に対してリチウム原子を4.4の比率までリチウムを吸蔵することが可能であり、質量あたりの負極容量は黒鉛質炭素の約10倍となる。しかし、シリコンは、充放電サイクルにおけるリチウムの挿入脱離に伴う体積の変化が大きく活物質粒子の微粉化などサイクル寿命に問題があった。     Attempts have been made to use materials having a large lithium storage capacity and a high density, such as elements that alloy with lithium, such as silicon and tin, as well as amorphous chalcogen compounds, as negative electrode active materials pursuing higher energy density. Have been. Above all, silicon can store lithium up to a ratio of 4.4 lithium atoms to one silicon atom, and the negative electrode capacity per mass is about ten times that of graphite carbon. However, silicon has a large change in volume due to insertion and desorption of lithium in a charge and discharge cycle, and has a problem in cycle life such as pulverization of active material particles.

前記課題を解決するために、ケイ素含有粒子と炭素質物とを複合化した活物質を用い、高容量化およびサイクル特性の向上を図ることが検討されている。しかしながら、このような活物質においても高容量化とサイクル特性の両立が不充分であり、さらなる高容量化およびサイクル特性の両立および向上が求められている。   In order to solve the above-mentioned problems, it has been studied to increase the capacity and improve the cycle characteristics by using an active material in which silicon-containing particles and a carbonaceous material are combined. However, even with such an active material, compatibility between high capacity and cycle characteristics is insufficient, and further improvement in capacity and compatibility with cycle characteristics are required.

特開2004−119176号公報JP 2004-119176 A

実施形態は、非水電解質電池に用いた場合に、サイクル寿命に優れた非水電解質電池を得ることができる電池用活物質を提供することを目的とする。   An object of the embodiment is to provide an active material for a battery that can obtain a nonaqueous electrolyte battery having excellent cycle life when used in a nonaqueous electrolyte battery.

本発明者らは、従来検討されているケイ素含有粒子と炭素質物とを複合化した活物質における炭素質物の性質が寿命特性に大きな影響を及ぼすという考えにいたり、炭素質物の特徴とサイクル特性の関係を検討した。   The present inventors have thought that the properties of the carbonaceous material in the active material in which the silicon-containing particles and the carbonaceous material have been conventionally studied are greatly affected by the life characteristics, and the characteristics of the carbonaceous material and the cycle characteristics Considered the relationship.

実施形態にかかる電池用活物質は、炭素質物、及び前記炭素質物中に分散されたSiである金属あるいは前記金属の酸化物からなる活物質であり、前記活物質の断面より観察される空孔の面積率が2%以上16%以下であり、かつ前記空孔の重心間距離の標準偏差を前記空孔の重心間距離の平均で割った値である分散度が0.7以下であり、前記空孔の平均空孔径が200nm以下である。
The active material for a battery according to the embodiment is an active material including a carbonaceous material and a metal or an oxide of the metal, which is Si dispersed in the carbonaceous material, and pores observed from a cross section of the active material. Has an area ratio of not less than 2% and not more than 16%, and has a dispersity of 0.7 or less , which is a value obtained by dividing a standard deviation of a distance between centers of gravity of the holes by an average of distances between centers of gravity of the holes . The average pore diameter of the pores is 200 nm or less .

第2実施形態の非水電解質電池用電極の概念図である。It is a key map of the electrode for nonaqueous electrolyte batteries of a 2nd embodiment. 第3実施形態に係る非水電解質電池の概念図である。It is a key map of a nonaqueous electrolyte battery concerning a 3rd embodiment. 第4実施形態に係る非水電解質電池の拡大概念図である。It is an expansion conceptual diagram of the nonaqueous electrolyte battery concerning a 4th embodiment. 第4実施形態に係る電池パックの概念図である。It is a key map of a battery pack concerning a 4th embodiment. 第4実施形態に係る電池パックの電気回路を示すブロック図である。It is a block diagram showing the electric circuit of the battery pack concerning a 4th embodiment. 実施例2に係る活物質の断面電子顕微鏡画像である。9 is a cross-sectional electron microscope image of the active material according to Example 2. 比較例2に係る活物質の断面電子顕微鏡画像である。9 is a cross-sectional electron microscope image of the active material according to Comparative Example 2.

以下、実施の形態について、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. Note that the same reference numerals are given to the same components throughout the embodiments, and redundant description will be omitted. In addition, each drawing is a schematic diagram for promoting the explanation and understanding of the embodiment, and the shape, dimensions, ratio, and the like are different from those of an actual device. In consideration of the above, the design can be appropriately changed.

(第1実施形態)
第1実施形態に係る電池用活物質(以下「活物質」という場合もある)は、炭素質物、及び前記炭素質物中に分散される金属あるいは前記金属の酸化物からなる活物質であり、前記活物質の断面より観察される空孔の面積率が2%以上16%以下であり、かつ前記空孔の重心間距離の標準偏差を前記空孔の重心間距離の平均で割った値である分散度が0.7以下である。
(1st Embodiment)
The battery active material according to the first embodiment (hereinafter also referred to as “active material”) is a carbonaceous material and an active material composed of a metal or an oxide of the metal dispersed in the carbonaceous material. The area ratio of pores observed from the cross section of the active material is 2% or more and 16% or less, and is a value obtained by dividing the standard deviation of the distance between the centers of gravity of the holes by the average of the distance between the centers of gravity of the holes. The degree of dispersion is 0.7 or less.

以下、実施形態の説明として、非水電解質電池の負極の活物質合剤層に用いる活物質として説明するが、実施形態の活物質は正極の活物質合剤層に用いる活物質にも用いることができる。 実施形態で用いられる金属は、リチウムの挿入脱離を行うものであり、Si、Sn、Al、In、Ga、Pb、Ti、Ni、Mg、W、Mo、およびFeから選択される少なくとも1種の元素を用いることができる。これらは、1種類でもよく、また2種類以上の金属の合金であっても良い。さらには、この金属又は合金の酸化物であっても金属又は金属の合金と同様に用いることができる。これら金属、合金、金属酸化物、金属合金酸化物を選択する理由は、Liの吸蔵量が多く、高容量化が可能なためである。これら元素の中でも、特にSi(ケイ素)が好ましい。   Hereinafter, as an explanation of the embodiment, an active material used for an active material mixture layer of a negative electrode of a nonaqueous electrolyte battery will be described. However, the active material of the embodiment is also used for an active material used for an active material mixture layer of a positive electrode. Can be. The metal used in the embodiment performs insertion and desorption of lithium, and is at least one selected from Si, Sn, Al, In, Ga, Pb, Ti, Ni, Mg, W, Mo, and Fe. Can be used. These may be one kind or an alloy of two or more kinds of metals. Further, even an oxide of this metal or metal alloy can be used in the same manner as a metal or metal alloy. The reason why these metals, alloys, metal oxides, and metal alloy oxides are selected is that the amount of occluded Li is large and the capacity can be increased. Among these elements, Si (silicon) is particularly preferable.

以下、金属元素として、ケイ素を例に挙げ説明する。   Hereinafter, silicon will be described as an example of the metal element.

ケイ素は、結晶性のケイ素を含む。具体的な電池用活物質の例としては、炭素質物中に、酸化ケイ素物相と、酸化ケイ素相中に結晶性ケイ素を有するケイ素相と、を有する複合体粒子が挙げられる。電池用活物質の酸化ケイ素相は、炭素質物中に分散して存在し、炭素質物と複合化されている。また、ケイ素相は、酸化ケイ素相中に分散し、酸化ケイ素相と複合化されている。   Silicon includes crystalline silicon. Specific examples of the active material for a battery include composite particles having a silicon oxide phase in a carbonaceous substance and a silicon phase having crystalline silicon in the silicon oxide phase. The silicon oxide phase of the active material for a battery is dispersed in a carbonaceous material, and is composited with the carbonaceous material. Further, the silicon phase is dispersed in the silicon oxide phase and is composited with the silicon oxide phase.

活物質の平均一次粒径は例えば0.5μm以上100μm以下で、BET比表面積は0.5m/g以上40m/g以下の粒子である。活物質の粒径および比表面積はリチウムの挿入脱離反応の速度に影響し、負極特性に大きな影響をもつが、この範囲の値であれば安定して特性を発揮することができるためである。活物質の平均一次粒径はさらに0.5μm以上50μm以下が好ましく、さらに好ましくは1μm以上30μm以下である。また、BET比表面積はさらに0.5m/g以上30m/g以下が好ましく、さらに好ましくは1m/g以上15m/g以下である。BET比表面積はBET(Brunauer−Emmett−Teller)法により測定される。 The average primary particle size of the active material is, for example, 0.5 μm or more and 100 μm or less, and the BET specific surface area is 0.5 m 2 / g or more and 40 m 2 / g or less. The particle size and specific surface area of the active material affect the speed of the lithium insertion / desorption reaction and have a large effect on the negative electrode characteristics. However, if the value is within this range, the characteristics can be exhibited stably. . The average primary particle size of the active material is preferably 0.5 μm or more and 50 μm or less, more preferably 1 μm or more and 30 μm or less. Further, the BET specific surface area is preferably from 0.5 m 2 / g to 30 m 2 / g, more preferably from 1 m 2 / g to 15 m 2 / g. The BET specific surface area is measured by a BET (Brunauer-Emmett-Teller) method.

負極活物質のケイ素相はリチウムを吸蔵放出する際の膨張収縮が大きく、この応力を緩和するためにできるだけ微細化されて分散されていることが好ましい。具体的な一例としては、平均直径が数nmのクラスターから、大きくても200nm以下の粒子サイズにて分散されていることが好ましい。   The silicon phase of the negative electrode active material has a large expansion and contraction when occluding and releasing lithium, and it is preferable that the silicon phase is dispersed as finely as possible in order to reduce the stress. As a specific example, it is preferable that the particles are dispersed with a particle size of 200 nm or less at most from a cluster having an average diameter of several nm.

炭素質物中に、酸化ケイ素物相と、酸化ケイ素相中に結晶性ケイ素を有するケイ素相と、を有する複合体粒子の場合、酸化ケイ素相は非晶質、結晶質などの構造とるが、ケイ素相に結合しこれを包含または保持する形で活物質粒子中に偏りなく分散されていることが好ましい。しかしながら、この酸化ケイ素に保持された微結晶ケイ素は、充放電時にリチウムを吸蔵放出して体積変化を繰り返すうちに互いに結合して結晶子サイズ成長が進み、容量低下および初回充放電効率の原因となる。そこで本発明では酸化ケイ素相のサイズを小さくかつ均一にすることで、微結晶ケイ素の結晶子サイズの成長を阻害できる為、充放電サイクルによる容量劣化を抑制し、寿命特性が向上されている。この酸化ケイ素相の好ましい平均直径サイズは、50nm以上1000nm以下の範囲である。この範囲より大きいと微結晶ケイ素のサイズ成長の抑制効果が得られない。また、この範囲より小さい場合には活物質作製の際に酸化ケイ素相の分散が難しくなるとともに、活物質としての導電性の低下によるレート特性の低下や初回充放電容量効率の低下等の問題が生じる。さらに好ましくは、50nm以上500nm未満であり、さらに好ましくは50nm以上200nm以下である。この範囲であると特に良好な寿命特性を得ることが出来る。 During the carbonaceous material, and a silicon oxide phase, when the composite particles having a silicon phase, the having crystalline silicon in the silicon oxide phase, silicon oxide phase amorphous, but have a structure such as crystalline, It is preferable that the silicon phase is uniformly dispersed in the active material particles in a form of binding to and containing or retaining the silicon phase. However, the microcrystalline silicon held in silicon oxide, the charge and discharge during the growth of crystallite size advances combined with each other lithium after repeated volume change with storage and release, the capacity decrease and cause the initial charge and discharge efficiency Becomes Therefore, in the present invention, the growth of the crystallite size of microcrystalline silicon can be inhibited by making the size of the silicon oxide phase small and uniform, so that capacity deterioration due to charge / discharge cycles is suppressed, and the life characteristics are improved. The preferred average diameter size of the silicon oxide phase is in the range of 50 nm or more and 1000 nm or less. If it is larger than this range, the effect of suppressing the size growth of microcrystalline silicon cannot be obtained. In addition, when it is smaller than this range, it becomes difficult to disperse the silicon oxide phase during the preparation of the active material, and problems such as a decrease in rate characteristics and a decrease in initial charge / discharge capacity efficiency due to a decrease in conductivity as the active material are caused. Occurs. More preferably, it is 50 nm or more and less than 500 nm, and further preferably 50 nm or more and 200 nm or less. Within this range, particularly good life characteristics can be obtained.

また、活物質全体として良好な特性を得るためには、酸化ケイ素相のサイズは均一であることが好ましく、体積分での16%累積径をd16%、84%累積径をd84%としたときに(d84%−d16%)/2で表される標準偏差に対して、(標準偏差/平均サイズ)の値が1.0以下であることが好ましく、さらに0.5以下であると優れた寿命特性をえることができる。   In order to obtain good characteristics as the whole active material, the size of the silicon oxide phase is preferably uniform. When the 16% cumulative diameter in the volume is d16% and the 84% cumulative diameter is d84%. The value of (standard deviation / average size) is preferably 1.0 or less with respect to the standard deviation represented by (d84% -d16%) / 2, and more preferably 0.5 or less. Lifetime characteristics can be obtained.

ケイ素相、酸化ケイ素相、炭素質物相の比率は、ケイ素相と酸化ケイ素相の合計のケイ素と炭素のモル比が0.2≦Si原子数/炭素原子数≦2の範囲であることが好ましい。ケイ素相と酸化ケイ素相のケイ素原子数の量的関係はモル比が0.6≦ケイ素相のケイ素原子数/酸化ケイ素相のケイ素原子数≦1.5であることが、負極活物質として大きな容量と良好なサイクル特性を得ることができるため望ましい。   The ratio of the silicon phase, the silicon oxide phase, and the carbonaceous material phase is preferably such that the total molar ratio of silicon and carbon in the silicon phase and the silicon oxide phase is in the range of 0.2 ≦ Si atoms / carbon atoms ≦ 2. . The quantitative relationship between the number of silicon atoms in the silicon phase and the number of silicon atoms in the silicon oxide phase is such that the molar ratio is 0.6 ≦ the number of silicon atoms in the silicon phase / the number of silicon atoms in the silicon oxide phase ≦ 1.5. This is desirable because capacity and good cycle characteristics can be obtained.

酸化ケイ素であることは、実施形態の活物質を具備する負極を製造し、作製した負極をイオンミリング法で薄片化した後、TEM−EDX法(TEM:Transmission Electron Microscope(透過型電子顕微鏡)、EDX:Energy Dispersive X−ray Spectrometry(エネルギー分散型X線分光法))を用いることにより確認できる。   Being silicon oxide means that a negative electrode including the active material of the embodiment is manufactured, and the prepared negative electrode is sliced by an ion milling method, and then a TEM-EDX method (TEM: Transmission Electron Microscope (transmission electron microscope)). EDX can be confirmed by using Energy Dispersive X-ray Spectrometry (energy dispersive X-ray spectroscopy).

具体的には、TEMによる活物質内部の観察で酸化ケイ素粒子と酸化ケイ素粒子以外の部分を把握し、EDXにより酸化ケイ素粒子の部分に対し点分析での元素組成分析を行う。このような方法により、前記酸化ケイ素が非晶質であっても確認が可能である。分析条件は、たとえば加速電圧が200kV、ビーム径は約1nmが適している。1つの珪素酸化物粒子に対する10か所以上の点分析において、SiとOが検出され、かつSiに対するOのモル比の平均が0より大きく2以下であれば、この粒子は組成式SiOx(0<x≦2)で表される酸化ケイ素粒子であると判定する。点分析を行う10か所は辺縁部を含めランダムに選ばれ、たとえばケイ素粒子の表面が酸化され酸化ケイ素の被覆層を形成している形態の場合にケイ素の部分のみを選ぶことがないようにする。このような酸化ケイ素粒子の粒径は、上記のようにTEMにより活物質を観察し、得られた画像で無作為に選んだ10以上の酸化ケイ素粒子のそれぞれに対し、無作為に選んだ10の方向のサイズの平均値を算出したものである。ただし、電池性能に影響を及ぼさない程度で、この粒径範囲から外れるケイ素含有粒子が含まれることは許容される。   Specifically, silicon oxide particles and portions other than the silicon oxide particles are grasped by observing the inside of the active material with a TEM, and the element composition analysis of the silicon oxide particles is performed by point analysis using EDX. By such a method, it is possible to confirm even if the silicon oxide is amorphous. Suitable analysis conditions are, for example, an acceleration voltage of 200 kV and a beam diameter of about 1 nm. If Si and O are detected in ten or more point analyzes on one silicon oxide particle and the average of the molar ratio of O to Si is greater than 0 and 2 or less, the particle has the composition formula SiOx (0 It is determined that the particles are silicon oxide particles represented by <x ≦ 2). Ten points for performing the point analysis are randomly selected including the peripheral portion. For example, in a case where the surface of the silicon particles is oxidized to form a coating layer of silicon oxide, only the silicon portion is selected. To The particle size of such silicon oxide particles is determined by observing the active material by TEM as described above, and selecting at least 10 randomly selected silicon oxide particles from the obtained images. The average value of the sizes in the directions of is calculated. However, it is permissible to include silicon-containing particles outside of this particle size range to the extent that battery performance is not affected.

酸化ケイ素粒子中に珪素が含まれる場合は結晶質であることが望ましく、ケイ素粒子の粒径は1nm以上80nm以下であることが望ましい。結晶質が望ましいのはリチウムの挿入脱離が進みやすいからである。1nmより小さければ、充放電サイクルで他の結晶ケイ素と結合し粒成長するためサイクル特性が下がりやすくなり、80nmより大きければ、リチウムの吸蔵放出が結晶ケイ素全体では起きにくくなる。このような結晶ケイ素の粒径は、上記のようにTEMにより活物質を観察し、ケイ素含有粒子の中で珪素の結晶格子が見られる部分を結晶珪素とし、得られた画像で無作為に選んだ10以上の結晶珪素のそれぞれに対し、無作為に選んだ10の方向のサイズの平均値を算出したものである。ただし、電池性能に影響を及ぼさない程度で、この粒径範囲から外れる結晶珪素が含まれることは許容される。   When silicon is contained in the silicon oxide particles, the particles are preferably crystalline, and the particle diameter of the silicon particles is preferably 1 nm or more and 80 nm or less. Crystallinity is desirable because lithium insertion and desorption easily proceed. If it is smaller than 1 nm, it is likely to combine with other crystalline silicon in a charge / discharge cycle to grow grains, so that the cycle characteristics are likely to be deteriorated. If it is larger than 80 nm, lithium storage and release hardly occur in the entire crystalline silicon. The particle size of such crystalline silicon is determined by observing the active material by TEM as described above, and defining a portion of the silicon-containing particles where the crystal lattice of silicon is seen as crystalline silicon, and randomly selecting the obtained image. The average value of the sizes in 10 directions randomly selected for each of the 10 or more crystalline silicons is calculated. However, it is permissible to include crystalline silicon outside this particle size range to the extent that it does not affect battery performance.

活物質の粉末X線回折測定におけるSi(220)面の回折ピークの半値幅は、1.5°以上8.0°以下であることが好ましい。Si(220)面の回折ピーク半値幅はケイ素相の結晶粒が成長するほど小さくなり、ケイ素相の結晶粒が大きく成長するとリチウムの挿入脱離に伴う膨張収縮に伴い活物質粒子に割れ等を生じやすくなるが、このため半値幅が1.5°以上8.0°以下の範囲内であればこの様な問題が表面化することを避けられる。   The half width of the diffraction peak of the Si (220) plane in the powder X-ray diffraction measurement of the active material is preferably 1.5 ° or more and 8.0 ° or less. The half value width of the diffraction peak of the Si (220) plane becomes smaller as the crystal grains of the silicon phase grow, and when the crystal grains of the silicon phase grow larger, the active material particles may crack due to expansion and contraction accompanying insertion and desorption of lithium. However, if the half width is in the range of 1.5 ° or more and 8.0 ° or less, such a problem can be avoided from being surfaced.

ケイ素相は、リチウムの挿入脱離に伴い、膨張と収縮を行う。この膨張収縮に伴い、相が結合し相の大きさが粗大となるとサイクル特性が低下しやすいという性質がある。サイクル特性の低下を防ぐために、上記以外に、立方晶ジルコニア添加などの手段を講じても良い。   The silicon phase expands and contracts as lithium is inserted and desorbed. With the expansion and contraction, when the phases are combined and the size of the phase becomes coarse, the cycle characteristics tend to deteriorate. In addition to the above, measures such as addition of cubic zirconia may be taken in order to prevent a decrease in cycle characteristics.

本発明の第1実施形態の酸化ケイ素相は、ケイ素相の膨張収縮を緩和する。酸化ケイ素相としては、非晶質、低晶質、結晶質などの構造とるSiO(1<x≦2)の化学式で表される化合物が挙げられる。 The silicon oxide phase of the first embodiment of the present invention reduces expansion and contraction of the silicon phase. Examples of the silicon oxide phase include a compound represented by a chemical formula of SiO x (1 <x ≦ 2) having a structure such as amorphous, low crystalline, and crystalline.

また、LiSiOなどのリチウムシリケートが、酸化ケイ素相の表面または内部に分散されていてもよい。 Further, lithium silicate such as Li 4 SiO 4 may be dispersed on the surface or inside of the silicon oxide phase.

ケイ素相および酸化ケイ素相を覆う構造炭素質物中にSiO前駆体およびリチウム化合物が添加してもよい。これらの物質を炭素質物中に加えることで一酸化珪素から生成するSiOと炭素質物の結合が強固になると共に、リチウムイオン導電性に優れるLiSiOが酸化ケイ素相中に生成する。SiO前駆体としては、シリコンエトキシド等のアルコキシドが挙げられる。リチウム化合物としては、炭酸リチウム、酸化リチウム、水酸化リチウム、シュウ酸リチウム、塩化リチウムなどが挙げられる。例えば前記活物質とリチウム塩を混合して熱処理を行うことにより、酸化珪素とリチウム塩の反応を起こしリチウムシリケートを形成させることができる。リチウム塩としては、水酸化リチウム、酢酸リチウム、酸化リチウム、炭酸リチウムなどが融点の低さあるいは反応速度の速さによりリチウムシリケーと形成が均一になりやすい点から望ましい。被覆物中には、他の添加物例えば炭化珪素、リン原子、ホウ素原子が含まれていても構造維持の点から良い。 The SiO 2 precursor and the lithium compound may be added to the structural carbonaceous material covering the silicon phase and the silicon oxide phase. By adding these substances to the carbonaceous material, the bond between SiO 2 generated from silicon monoxide and the carbonaceous material is strengthened, and Li 4 SiO 4 having excellent lithium ion conductivity is generated in the silicon oxide phase. Examples of the SiO 2 precursor include alkoxides such as silicon ethoxide. Examples of the lithium compound include lithium carbonate, lithium oxide, lithium hydroxide, lithium oxalate, lithium chloride, and the like. For example, by mixing the active material and a lithium salt and performing a heat treatment, a reaction between silicon oxide and the lithium salt can be caused to form lithium silicate. As the lithium salt, lithium hydroxide, lithium acetate, lithium oxide, lithium carbonate, and the like are preferable because the melting point is low or the reaction speed is high, so that the lithium salt easily forms uniformly with lithium silicate. The coating may contain other additives, for example, silicon carbide, phosphorus atoms, and boron atoms, from the viewpoint of maintaining the structure.

活物質における炭素質物相は、フラン樹脂、キシレン樹脂、ケトン樹脂、アミノ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アニリン樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを形成する樹脂系有機材料を焼成することにより得られる。また、これら樹脂系有機材料にナフタレン系材料を加えても良い。ナフタレン系材料を加えることで、 炭素質物成分の容量並びに効率が向上する利点があるからである。具体的には、1-ナフトール、2-ナフトール、3-メチル-1-ナフトール、3-メチルナフタレン-2-オール、3-メトキシ-2-ナフトール、1-アミノ-4-ナフトール、2-アミノ-1-ナフトール、5-アミノ-1-ナフトール、6-アミノ-1-ナフトール、1-(ジメチルアミノメチル)-2-ナフトール、5-アミノ-2-ナフトール、7-アミノナフタレン-2-オール、8-メチルナフタレン-1-オール、4-ブロモ-1-ナフトール、3-ブロモ-2-ナフトール、2,4-ジブロモ-1-ナフトール、1,6-ジブロモ-2-ナフトール、4-クロロ-1-ナフトール、2,4-ジクロロ-1-ナフトール、1-クロロナフタレン-2-オール、6-アミノ-1-ナフトール、2-メチルナフタレン-1-オール、4-メチル-1-ナフトール、5,6,7,8-テトラヒドロ-1-ナフトール、1,2,3,4-テトラヒドロ-1-ナフトール、5,8-ジヒドロ-1-ナフトール、4-メトキシ-1-ナフトール、6-メトキシ-1-ナフトール、酢酸1-ナフチル、1'-ヒドロキシ-2'-アセトナフトン、1-ナフトアルデヒド、4-(ジメチルアミノ)-1-ナフトアルデヒド、2-ナフトアルデヒド、1-ナフタレンアセトニトリル、1,3-ナフタレンジオール、1,5-ナフタレンジオール、2,7-ナフタレンジオール、1,4-ナフタレンジメタノール、2,3-ナフタレンジメタノール、1-ナフタレンメタノール、2-ナフタレンメタノール、1-ナフトエ酸、2-ナフトエ酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、2,3-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、およびその誘導体や金属塩である。これらを樹脂系有機材料に混合するに際し、予めホルムアルデヒド、あるいはヘキサミンと反応させた化合物として混合する事も出来る。   The carbonaceous material phase in the active material is a resin-based organic material forming a furan resin, xylene resin, ketone resin, amino resin, melamine resin, urea resin, aniline resin, urethane resin, polyimide resin, polyester resin, epoxy resin, phenol resin, and the like. It is obtained by firing the material. Further, a naphthalene-based material may be added to these resin-based organic materials. This is because the addition of the naphthalene-based material has the advantage of improving the capacity and efficiency of the carbonaceous material component. Specifically, 1-naphthol, 2-naphthol, 3-methyl-1-naphthol, 3-methylnaphthalen-2-ol, 3-methoxy-2-naphthol, 1-amino-4-naphthol, 2-amino- 1-naphthol, 5-amino-1-naphthol, 6-amino-1-naphthol, 1- (dimethylaminomethyl) -2-naphthol, 5-amino-2-naphthol, 7-aminonaphthalen-2-ol, 8 -Methylnaphthalen-1-ol, 4-bromo-1-naphthol, 3-bromo-2-naphthol, 2,4-dibromo-1-naphthol, 1,6-dibromo-2-naphthol, 4-chloro-1- Naphthol, 2,4-dichloro-1-naphthol, 1-chloronaphthalen-2-ol, 6-amino-1-naphthol, 2-methylnaphthalen-1-ol, 4-methyl-1-naphthol, 5,6, 7,8-tetrahydro-1-naphthol, 1,2,3,4-tetrahydro-1-naphthol, 5,8-dihydro-1-naphthol, 4-methoxy-1-naphthol, 6-methoxy-1- 1-Naphthyl acetate, 1'-hydroxy-2'-acetonaphthone, 1-naphthaldehyde, 4- (dimethylamino) -1-naphthaldehyde, 2-naphthaldehyde, 1-naphthaleneacetonitrile, 1,3-naphthalene diol , 1,5-naphthalenediol, 2,7-naphthalenediol, 1,4-naphthalenediethanol, 2,3-naphthalenedimethanol, 1-naphthalenemethanol, 2-naphthalenemethanol, 1-naphthoic acid, 2-naphthoic acid , 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 2,3-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, and derivatives and metal salts thereof. When these are mixed with the resin-based organic material, they can be mixed as a compound which has been reacted with formaldehyde or hexamine in advance.

前記炭素質物には、導電性を付与するため導電性炭素質物を混合する。導電性炭素質物としては、グラファイト、ハードカーボン、ソフトカーボン、アモルファス炭素とアセチレンブラックからなる群から選ばれる1種類以上を用いることができる。導電性炭素質物は、1つ又は数種から構成することが出来る。導電性炭素質物の形状としては、粒状、鱗片状、繊維状など特に問わない。   The carbonaceous material is mixed with a conductive carbonaceous material in order to impart conductivity. As the conductive carbonaceous material, one or more types selected from the group consisting of graphite, hard carbon, soft carbon, amorphous carbon and acetylene black can be used. The conductive carbonaceous material can be composed of one or several types. The shape of the conductive carbonaceous material is not particularly limited, such as granular, scaly, or fibrous.

前記活物質は多孔質構造を有しており、前記活物質断面より観察される空孔の面積率が2%以上16%以下であり、前記空孔の重心間距離の標準偏差を前記空孔の重心間距離の平均で割った値である分散度が0.7以下である。このような多孔質構造を有することにより、ケイ素相の充放電に伴う膨張収縮による応力を活物質粒子として緩和する。空孔の面積率が2%より低い場合は、応力緩和効果が望めず、逆に16%より高いと粒子の強度が小さくなり、充放電サイクル中に電極崩壊を引き起こす恐れが出てくる。また分散度が0.7を超えると粒子内に不均一な応力が発生しやすくなり、こちらも電極崩壊に繋がる恐れがあり好ましくない。空孔の面積率は、3%以上15%以下が好ましく、さらに好ましくは4%以上〜10%以下である。また、分散度は、0.6以下が好ましく、さらに好ましくは0.5以下である。     The active material has a porous structure, the area ratio of pores observed from the cross section of the active material is 2% or more and 16% or less, and the standard deviation of the distance between the centers of gravity of the pores is Is 0.7 or less, which is a value obtained by dividing the distance between the centers of gravity by the average. By having such a porous structure, stress due to expansion and contraction caused by charging and discharging of the silicon phase is reduced as active material particles. When the area ratio of vacancies is lower than 2%, a stress relaxation effect cannot be expected. On the other hand, when the area ratio is higher than 16%, the strength of the particles decreases, and there is a possibility that the electrodes may collapse during charge / discharge cycles. On the other hand, if the degree of dispersion exceeds 0.7, non-uniform stress is likely to be generated in the particles, which may undesirably lead to electrode collapse. The area ratio of pores is preferably 3% or more and 15% or less, and more preferably 4% or more and 10% or less. Further, the degree of dispersion is preferably 0.6 or less, more preferably 0.5 or less.

空孔の面積率や分散度は、例えば負極活物質断面の電子顕微鏡写真を撮影し、画像解析により求めることができる。具体的には、これらケイ素/炭素質物複合体粒子の空孔は、試験電極をイオンミリングによる断面出しを行い、その電子顕微鏡画像より画像解析ソフトを用いて評価できる。画像解析ソフトとしては、旭化成エンジニアリング株式会社製、「A像くん」(旭化成エンジニアリング株式会社登録商標)などがあげられる。本発明の範囲については、30000倍の顕微鏡画像をランダムに5点取得し、それぞれを画像解析ソフトを用いて、前記顕微鏡画像における任意の視野領域内の空孔の面積率、空孔の分散度(前記空孔の重心間距離の標準偏差を前記空孔の重心間距離の平均で割った値)を求め、得られた値の平均である。 The area ratio and the degree of dispersion of the pores can be determined by, for example, taking an electron micrograph of a cross section of the negative electrode active material and analyzing the image. Specifically, the pores of these silicon / carbonaceous material composite particles can be evaluated by performing cross sectioning of the test electrode by ion milling and using image analysis software from the electron microscope image. As the image analysis software, “A statue-kun” (registered trademark of Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.) manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd. and the like can be mentioned. Regarding the scope of the present invention, five points of 30000-times microscope images were randomly acquired, and each area was analyzed using image analysis software, and the area ratio of holes and the degree of dispersion of holes in an arbitrary visual field region in the microscope images were obtained. (The value obtained by dividing the standard deviation of the distance between the centers of gravity of the holes by the average of the distance between the centers of gravity of the holes) is the average of the obtained values.

なお、測定対象たる活物質が非水電解質電池の活物質として含まれている場合は、以下のように前処理を行う。   When the active material to be measured is included as the active material of the nonaqueous electrolyte battery, the pretreatment is performed as follows.

まず、非水電解質電池を放電して、正極活物質の結晶からリチウムイオンが完全に離脱した状態に近い状態にする。次に、アルゴンを充填したグローブボックス中で非水電解質電池を分解して電極を取り出す。取り出した電極を、適切な溶媒で洗浄して減圧乾燥する。溶媒としては、例えば、エチルメチルカーボネートなどを用いることができる。   First, the non-aqueous electrolyte battery is discharged to a state close to a state where lithium ions are completely separated from crystals of the positive electrode active material. Next, the nonaqueous electrolyte battery is disassembled in a glove box filled with argon, and an electrode is taken out. The removed electrode is washed with an appropriate solvent and dried under reduced pressure. As the solvent, for example, ethyl methyl carbonate or the like can be used.

前記空孔の平均空孔径は200nm以下であることが好ましい。平均空孔径が200nmを超えると粒子の強度が小さくなり、上記と同様の問題が発生する。平均空孔径は10nm以上100nm以下が好ましい。次に、第1実施形態に係る電池用活物質の製造方法について説明する。   The average diameter of the pores is preferably 200 nm or less. When the average pore diameter exceeds 200 nm, the strength of the particles becomes small, and the same problem as described above occurs. The average pore diameter is preferably from 10 nm to 100 nm. Next, a method for manufacturing the battery active material according to the first embodiment will be described.

電池用活物質は、原料であるケイ素、あるいはケイ素−酸化ケイ素原料と、黒鉛および炭素前駆体からなる有機材料を固相あるいは液相における力学的処理、攪拌処理等により混合、焼成処理を経て合成しし複合体を形成することができる。   The active material for a battery is prepared by mixing the raw material silicon or silicon-silicon oxide raw material with the organic material consisting of graphite and carbon precursor by mechanical processing in solid phase or liquid phase, stirring, etc., followed by baking. A complex can be formed.

ケイ素−酸化ケイ素原料を用いる場合はSiO(0.8≦X≦1.5)を用いることが好ましい。特にSiO(X≒1)を用いることが、ケイ素相と酸化ケイ素相の量的関係を好ましい比率とする上で望ましい。また、SiOは混合の際に粉砕してもよいが、処理時間短縮のため、及び均一なサイズの酸化ケイ素相を形成するために予め微粉末としてものを用いることが好ましく、連続式ボールミルや遊星ボールミル等を用いてこのような微粉末を得ることができる。この場合SiOの一次粒径は平均して50nm以上1000nm以下であることが好ましい。さらに好ましくは平均一次粒径が100nm以上500nm未満であり、粒径のばらつきの少ないSiOを用いるとよい。粒径が50nm未満であると凝集力が強すぎて、活物質内の分散性が劣化することによるサイクル性の低下を招く。一方、1000nmを超えると、充放電時の体積変化に伴う応力に耐え切れず、粒子が微粉化することで導電パスが切れ、こちらもサイクル性が悪化する。 When a silicon-silicon oxide raw material is used, it is preferable to use SiO X (0.8 ≦ X ≦ 1.5). In particular, it is desirable to use SiO (X) 1) in order to make the quantitative relationship between the silicon phase and the silicon oxide phase a preferable ratio. Further, SiO X may be pulverized at the time of mixing, but it is preferable to use SiO X in advance as a fine powder in order to shorten the processing time and to form a silicon oxide phase having a uniform size. Such fine powder can be obtained using a planetary ball mill or the like. In this case, the primary particle size of SiO X is preferably 50 nm or more and 1000 nm or less on average. More preferably, SiO X having an average primary particle size of 100 nm or more and less than 500 nm and having a small variation in particle size is preferably used. If the particle size is less than 50 nm, the cohesive force is too strong, and the dispersibility in the active material is deteriorated, which causes a decrease in cycleability. On the other hand, if it exceeds 1000 nm, it is not possible to withstand the stress caused by the volume change during charging and discharging, and the particles are pulverized, whereby the conductive path is cut, and the cycle performance also deteriorates.

なお、SiOは不均化反応によりケイ素の結晶が生成することで、ケイ素相と酸化ケイ素相の2相に分離する。X=1のとき反応は下の式(1)で表される。 Note that SiO X is separated into two phases, a silicon phase and a silicon oxide phase, by generating silicon crystals by a disproportionation reaction. When X = 1, the reaction is represented by the following formula (1).

2SiO → Si + SiO ・・・(1)
この不均化反応は800℃より高温で進行し、微小なケイ素相と酸化ケイ素相に分離する。反応温度が上がるほどケイ素相の結晶は大きくなり、Si(220)のピークの半値幅は小さくなる。好ましい範囲の半値幅が得られる焼成温度は850℃以上1600℃以下の範囲である。焼成時間は、1時間から12時間程度の間であることが好ましい。
2SiO → Si + SiO 2 (1)
The disproportionation reaction proceeds at a temperature higher than 800 ° C. and separates into a fine silicon phase and a silicon oxide phase. As the reaction temperature increases, the crystal of the silicon phase increases, and the half width of the peak of Si (220) decreases. The firing temperature at which the half value width in the preferred range is obtained is in the range of 850 ° C to 1600 ° C. The firing time is preferably between about 1 hour and 12 hours.

一方、ケイ素を用いる場合の一次粒径は平均して10nm以上1000nm以下であることが好ましい。さらに好ましくは平均一次粒径が20nm以上200nm未満であり、粒径のばらつきの少ないSiを用いるとよい。   On the other hand, when silicon is used, the primary particle size is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less on average. More preferably, Si having an average primary particle size of 20 nm or more and less than 200 nm and small variations in particle size is preferably used.

導電性炭素質物としては、グラファイト、コークス、低温焼成炭、ピッチ、CNFなどの炭素材料および炭素材料前駆体のうち少なくとも一種を用いることが出来る。特に、ピッチなど加熱により溶融するものは力学的なミル処理中には溶融して複合化が良好に進まないため、コークス・グラファイトなど溶融しないものと混合して使用すると良い。   As the conductive carbonaceous material, at least one of a carbon material such as graphite, coke, low-temperature calcined coal, pitch, and CNF and a carbon material precursor can be used. In particular, a material that is melted by heating such as pitch melts during mechanical milling and does not proceed well with compounding. Therefore, a material that does not melt, such as coke and graphite, is preferably used as a mixture.

力学的な複合化処理としては、例えば、ターボミル、ボールミル、メカノフュージョンやディスクミルなどを挙げることが出来る。   Examples of the mechanical compounding process include a turbo mill, a ball mill, a mechanofusion, and a disk mill.

力学的な複合化処理の運転条件は機器ごとにことなるが、十分に粉砕・複合化が進行するまで行なうことが好ましい。しかしながら、複合化の際に出力を上げすぎる、あるいは時間を掛けすぎるとケイ素と炭素が反応してリチウムの挿入反応に対し不活性な炭化珪素が生成する。そのため、処理の条件は、粉砕・複合化が十分進行し、かつ炭化珪素の生成が起こらない適度な条件を定める必要がある。   Although the operating conditions of the mechanical compounding process vary depending on the equipment, it is preferable to perform the mechanical compounding process until the pulverization and compounding sufficiently proceed. However, if the output is excessively increased or the time is excessively increased during the compounding, silicon and carbon react to generate silicon carbide which is inert to the lithium insertion reaction. For this reason, it is necessary to determine appropriate processing conditions under which pulverization / combination sufficiently proceeds and silicon carbide is not generated.

混合攪拌処理は例えば各種攪拌装置、ボールミル、ビーズミル装置およびこれらの組み合わせにより行うことができる。微粒子のケイ素系粒子と炭素質物の前駆体である有機樹脂および炭素材との複合化は分散媒を用いた液中で液相混合を行う。分散媒としては有機溶媒、水等を用いることができるが、ケイ素系粒子と炭素材および前記有機樹脂の双方と良好な親和性をもつ液体を用いることが好ましい。具体例として、エタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、ブタノール、メチルエチルケトン、酢酸エチル、トルエンなどを挙げることができる。また、有機樹脂は微粒子のケイ素系粒子と均一に混合するために混合段階で液体あるいは分散媒に可溶であるものが好ましく、液体であり容易に重合可能なモノマーあるいはオリゴマーであると特に好ましい。例えば、前記に挙げたフラン樹脂、キシレン樹脂、ケトン樹脂、アミノ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アニリン樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを形成する樹脂系有機材料が挙げられる。また、これら樹脂系有機材料にナフタレン系材料を加えても良い。これらを樹脂系有機材料に混合するに際し、予めホルムアルデヒド、あるいはヘキサミンと反応させた化合物として混合する事も出来る。   The mixing and stirring treatment can be performed by, for example, various stirring devices, a ball mill, a bead mill device, and a combination thereof. The compounding of the silicon-based particles with the organic resin and the carbon material, which are precursors of the carbonaceous material, is performed by liquid-phase mixing in a liquid using a dispersion medium. As the dispersion medium, an organic solvent, water, or the like can be used, but it is preferable to use a liquid having good affinity for both the silicon-based particles, the carbon material, and the organic resin. Specific examples include ethanol, acetone, isopropyl alcohol, butanol, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, and toluene. The organic resin is preferably soluble in a liquid or a dispersion medium in the mixing step in order to uniformly mix the fine particles with silicon-based particles, and particularly preferably a monomer or oligomer which is liquid and can be easily polymerized. For example, the resin-based organic materials forming the above-mentioned furan resin, xylene resin, ketone resin, amino resin, melamine resin, urea resin, aniline resin, urethane resin, polyimide resin, polyester resin, epoxy resin, phenol resin, etc. No. Further, a naphthalene-based material may be added to these resin-based organic materials. When these are mixed with the resin-based organic material, they can be mixed as a compound which has been reacted with formaldehyde or hexamine in advance.

これら混合を行った材料を、固化あるいは硬化工程を経て所望の温度で焼成処理を施すことにより、負極活物質であるSiO−炭素質物複合化物、あるいはSi−炭素質物複合化物を形成する。 By subjecting these mixed materials to a baking treatment at a desired temperature through a solidification or hardening step, a SiO X -carbonaceous material composite or a Si-carbonaceous material complex as a negative electrode active material is formed.

本実施形態の活物質中に所望の空孔を形成する手法として、焼成時に分解・蒸発する低分子化合物を加えておく方法や最終的に除去可能なナノ粒子を分散混合するようなテンプレート的な方法など様々なプロセスで行うことが可能であり特に問わないが、最も簡単な方法としては、負極活物質前駆体組成物を均一混合する分散溶媒を系内に残存した状態で焼成工程を行うことでも形成可能である。溶媒の残存量としては、前駆体中の0.1%以上5%以下の範囲で所望の多孔質構造が得られる。   As a method of forming desired pores in the active material of the present embodiment, a method of adding a low-molecular compound that decomposes and evaporates during firing or a template-like method of dispersing and mixing finally removable nanoparticles is used. It is possible to carry out in various processes such as a method, although it does not matter in particular, but the simplest method is to perform the firing step in a state where a dispersion solvent for uniformly mixing the negative electrode active material precursor composition is left in the system. However, it can be formed. A desired porous structure can be obtained when the residual amount of the solvent is in the range of 0.1% to 5% of the precursor.

以上のような製造方法により本実施形態に係る活物質が得られる。   The active material according to the present embodiment is obtained by the manufacturing method as described above.

(第2実施形態)
第2実施形態に係る電池用電極は、第1実施形態に係る電池用活物質を含むものである。以下、実施形態の説明として、電池用電極は、負極として説明するが、実施形態の電池用電極は正極にも用いることができる。また、電極は、非水電解質二次電池に用いるものとして説明するが、実施形態の電極は、様々な電池に用いることができる。
(2nd Embodiment)
The battery electrode according to the second embodiment includes the battery active material according to the first embodiment. Hereinafter, in the description of the embodiment, the battery electrode will be described as a negative electrode, but the battery electrode of the embodiment can also be used as a positive electrode. Although the electrode is described as being used for a non-aqueous electrolyte secondary battery, the electrode of the embodiment can be used for various batteries.

図1は、第1実施形態に係る電池用電極を負極として用いた概念図である。図1に示すように、第1実施形態の負極100は、集電体101と負極合剤層102とを含む。負極合剤層102は集電体101上の表面に配置形成された活物質粒子を含む合剤の層である。負極合剤層102は、負極活物質と、導電材と結着剤とを含む。結着剤は、負極合剤層102と集電体を接合する。   FIG. 1 is a conceptual diagram using the battery electrode according to the first embodiment as a negative electrode. As shown in FIG. 1, the negative electrode 100 of the first embodiment includes a current collector 101 and a negative electrode mixture layer 102. The negative electrode mixture layer 102 is a layer of a mixture containing active material particles arranged and formed on the surface of the current collector 101. The negative electrode mixture layer 102 includes a negative electrode active material, a conductive material, and a binder. The binder bonds the negative electrode mixture layer 102 and the current collector.

導電剤は、負極100の導電性を高める効果があり、負極合剤層102中に分散して存在することが好ましい。導電剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等が挙げられる。導電剤は、鱗片状、破砕状、繊維状等の形状のものが用いられる。これらの導電剤は、1種を単独で用いられるか、または、2種以上を組み合わせて用いられる。導電剤もLiの挿入脱離を行うことができる場合が多いが、その充放電容量は本発明の活物質と比較して小さい。本発明ではLiの挿入脱離を主として担い、チタン酸化物あるいはチタン複合酸化物と前記酸化物中に分散された珪素酸化物粒子を含む活物質とし、上記物質を導電剤とする。   The conductive agent has an effect of increasing the conductivity of the negative electrode 100 and is preferably present in the negative electrode mixture layer 102 in a dispersed state. Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, graphite and the like. As the conductive agent, one having a shape such as a scale, a crushed shape, or a fibrous shape is used. These conductive agents may be used alone or in combination of two or more. In many cases, the conductive agent can also insert and desorb Li, but its charge / discharge capacity is smaller than that of the active material of the present invention. In the present invention, an active material mainly responsible for insertion and desorption of Li is used as a conductive material containing titanium oxide or a titanium composite oxide and silicon oxide particles dispersed in the oxide, and the above-mentioned material is used as a conductive agent.

結着剤は、分散された負極活物質の間隙を埋めて、負極活物質と導電剤を結着させ、また、負極活物質と負極集電体101とを結着させる。結着剤としては、例えば、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)、ポリアクリル酸、アルギン酸やセルロースなどの多糖類およびその誘導体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等が挙げられる。これらの中でも、負極集電体101との結着力が高く、負極活物質同士の結着力を高められる点から、イミド骨格を有するポリイミド等のポリマーがより好ましい。結着剤は、1種を単独で用いられるか、または、2種以上を組み合わせて用いられる。2種以上を組み合わせて用いる場合、負極活物質同士の結着に優れた結着剤と、負極活物質と負極集電体101との結着に優れた結着剤との組み合わせや、硬度の高い結着剤と柔軟性に優れる結着剤との組み合わせを採用することにより、負極100の寿命特性を向上することができる。   The binder fills the gap between the dispersed negative electrode active materials to bind the negative electrode active material and the conductive agent, and also binds the negative electrode active material and the negative electrode current collector 101. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylic acid, polysaccharides such as alginic acid and cellulose and derivatives thereof, ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), Styrene-butadiene rubber (SBR), polyimide, polyamide, polyamide imide, and the like. Among these, a polymer such as polyimide having an imide skeleton is more preferable because it has a high binding force with the negative electrode current collector 101 and can enhance the binding force between the negative electrode active materials. The binder may be used alone or in combination of two or more. When two or more kinds are used in combination, a combination of a binder excellent in binding between the negative electrode active materials and a binder excellent in binding between the negative electrode active material and the negative electrode current collector 101, and a hardness of By employing a combination of a high binder and a binder having excellent flexibility, the life characteristics of the negative electrode 100 can be improved.

負極合剤層102の厚さは1.0μm以上150μm以下の範囲であることが望ましい。従って負極集電体101の両面に担持されている場合は負極合剤層102の合計の厚さは2.0μm以上300μm以下の範囲となる。片面の厚さのより好ましい範囲は30μm以上100μm以下である。この範囲であると大電流放電特性とサイクル寿命は大幅に向上する。   It is desirable that the thickness of the negative electrode mixture layer 102 be in the range of 1.0 μm or more and 150 μm or less. Therefore, when it is carried on both surfaces of the negative electrode current collector 101, the total thickness of the negative electrode mixture layer 102 is in the range of 2.0 μm to 300 μm. The more preferable range of the thickness on one side is 30 μm or more and 100 μm or less. Within this range, large current discharge characteristics and cycle life are significantly improved.

負極合剤102の負極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、負極活物質粒子が57質量%以上95質量%以下、導電剤が3質量%以上20質量%以下、結着剤が2質量%以上40質量%以下の範囲にすることが、良好な大電流放電特性とサイクル寿命を得られるために好ましい。   The compounding ratio of the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder in the negative electrode mixture 102 is such that the negative electrode active material particles are 57% by mass to 95% by mass, the conductive agent is 3% by mass to 20% by mass, and the binder is The range of 2% by mass or more and 40% by mass or less is preferable for obtaining good large-current discharge characteristics and cycle life.

実施形態の集電体101は、負極合剤層102と結着する導電性の部材である。集電体101としては、多孔質構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板を用いることができる。これら導電性基板は、例えば、銅、ステンレスまたはニッケルから形成することができる。集電体の厚さは5μm以上20μm以下であることが望ましい。この範囲内であると電極強度と軽量化のバランスがとれるからである。   The current collector 101 of the embodiment is a conductive member that binds to the negative electrode mixture layer 102. As the current collector 101, a conductive substrate having a porous structure or a non-porous conductive substrate can be used. These conductive substrates can be formed from, for example, copper, stainless steel, or nickel. The thickness of the current collector is desirably 5 μm or more and 20 μm or less. This is because if the content is within this range, balance between electrode strength and weight reduction can be achieved.

実施形態の結着剤は、負極合剤層102と集電体101を接合しているが、アミノ基を置換基として有するアゾール化合物等によって負極合剤層102と集電体101を接合する形態でもよい。   In the binder of the embodiment, the negative electrode mixture layer 102 and the current collector 101 are joined, but the negative electrode mixture layer 102 and the current collector 101 are joined by an azole compound having an amino group as a substituent. May be.

次に、実施形態の負極100の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the negative electrode 100 of the embodiment will be described.

先ず、負極活物質、導電剤及び結着剤を汎用されている溶媒に懸濁してスラリーを調製する。スラリーを集電体101に塗布し、乾燥し、その後、プレスを施すことにより負極100が作製される。なお、プレスの圧力によって、集電体101への負極活物質の埋め込み度合いを調節することができる。プレスの圧力は、0.2kN/cmより低いと負極集電体101に対する負極活物質の埋め込みがあまり生じないため好ましくない。また、プレス圧力が10kN/cmより高いと、負極活物質や集電体101が割れる等の破損が生じるため好ましくない。従って、スラリーを乾燥させた負極活物質層102のプレス圧力は、0.5kN/cm以上5kN/cm以下が好ましい。なお、ここで言うプレス圧力はローラープレス機を用いた場合の数値であり、プレス時に測定される圧力[kN]を、負極合剤層の幅[cm]で除した値である。負極合剤層の幅とは、ローラープレス機のロール軸に対し平行な方向の長さであり、たとえば上から見て長方形をした負極合剤層が斜めにローラープレス機に通された場合は、代表的な長さを採用するものとする。   First, a slurry is prepared by suspending a negative electrode active material, a conductive agent and a binder in a commonly used solvent. The slurry is applied to the current collector 101, dried, and then pressed to form the negative electrode 100. Note that the degree of embedding of the negative electrode active material in the current collector 101 can be adjusted by the pressure of the press. If the pressure of the press is lower than 0.2 kN / cm, the negative electrode active material is hardly embedded in the negative electrode current collector 101, which is not preferable. On the other hand, if the pressing pressure is higher than 10 kN / cm, the negative electrode active material and the current collector 101 may be damaged, such as cracking, which is not preferable. Therefore, the pressing pressure of the negative electrode active material layer 102 after drying the slurry is preferably 0.5 kN / cm or more and 5 kN / cm or less. Here, the pressing pressure is a numerical value when a roller press is used, and is a value obtained by dividing the pressure [kN] measured at the time of pressing by the width [cm] of the negative electrode mixture layer. The width of the negative electrode mixture layer is the length in the direction parallel to the roll axis of the roller press, for example, when the negative electrode mixture layer having a rectangular shape as viewed from above is obliquely passed through the roller press. , A representative length shall be adopted.

本実施形態に係る非水電解質電池用負極によれば、上述の第1の実施形態に係る非水電解質電池用活物質を用いて形成されているので、この負極を適用した非水電解質電池の高容量およびでありつつサイクル特性が向上する。   According to the non-aqueous electrolyte battery negative electrode according to the present embodiment, since the non-aqueous electrolyte battery is formed using the non-aqueous electrolyte battery active material according to the first embodiment, the non-aqueous electrolyte battery to which the negative electrode is applied is used. The cycle characteristics are improved while having a high capacity.

(第3実施形態)
第3実施形態に係る非水電解質電池を説明する。
(Third embodiment)
A non-aqueous electrolyte battery according to the third embodiment will be described.

第3実施形態に係る非水電解質電池は、正極と、第2実施形態の非水電解質電池用電極よりなる負極と、非水電解質とを具備する。   The nonaqueous electrolyte battery according to the third embodiment includes a positive electrode, a negative electrode including the nonaqueous electrolyte battery electrode of the second embodiment, and a nonaqueous electrolyte.

以下に、図2および図3に示す非水電解質二次電池(非水電解質二次電池)200について説明する。図2は第3実施形態の非水電解質電池の断面概念図、図3は図2中に示すA部の拡大断面概念図である。   Hereinafter, the nonaqueous electrolyte secondary battery (nonaqueous electrolyte secondary battery) 200 shown in FIGS. 2 and 3 will be described. FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view of the nonaqueous electrolyte battery according to the third embodiment, and FIG.

図2に示す非水電解質電池200は、扁平状の捲回電極群201が、外装材202内に収納されて構成されている。外装材202は、ラミネートフィルムを袋状に形成したものでもよく、金属製の容器であってもよい。また、扁平状の捲回電極群201は、外側、すなわち外装材202側から、負極203、セパレータ204、正極205、セパレータ204の順で積層された積層物を渦巻状に捲回し、プレス成型することにより形成される。最外層に位置する電極は負極203であり、この負極203は、負極集電体203aの電池内面側の片面のみに負極合剤層203bが形成された構成を有する。最外層以外の負極203は、負極集電体203aの両面に負極合剤層203bが形成された構成を有する。また、正極205は、正極集電体205aの両面に正極合剤層205bが形成された構成を有する。なお、セパレータ204に代えて、上述したゲル状の非水電解質を用いてもよい。   The nonaqueous electrolyte battery 200 shown in FIG. 2 includes a flat wound electrode group 201 housed in an exterior material 202. The exterior material 202 may be a laminate film formed in a bag shape or a metal container. In addition, the flat wound electrode group 201 is formed by spirally winding a laminate in which the negative electrode 203, the separator 204, the positive electrode 205, and the separator 204 are sequentially stacked from the outside, that is, from the exterior material 202 side, and press-molded. It is formed by this. The electrode located in the outermost layer is the negative electrode 203, and the negative electrode 203 has a configuration in which the negative electrode mixture layer 203b is formed only on one surface of the negative electrode current collector 203a on the inner side of the battery. The negative electrode 203 other than the outermost layer has a configuration in which a negative electrode mixture layer 203b is formed on both surfaces of a negative electrode current collector 203a. The positive electrode 205 has a configuration in which a positive electrode mixture layer 205b is formed on both surfaces of a positive electrode current collector 205a. Note that, instead of the separator 204, the above-mentioned gelled non-aqueous electrolyte may be used.

図4に示す捲回電極群201は、その外周端近傍において、負極端子206が最外周の負極203の負極集電体203aに電気的に接続されている。正極端子207は内側の正極205の正極集電体205aに電気的に接続されている。これらの負極端子206及び正極端子207は、外装材202の外部に延出されるか、外装材202に備えられた取り出し電極に接続される。   In the wound electrode group 201 shown in FIG. 4, the negative electrode terminal 206 is electrically connected to the negative electrode current collector 203a of the outermost negative electrode 203 near the outer peripheral end. The positive electrode terminal 207 is electrically connected to the positive electrode current collector 205a of the inner positive electrode 205. The negative electrode terminal 206 and the positive electrode terminal 207 extend to the outside of the exterior material 202 or are connected to an extraction electrode provided on the exterior material 202.

以下、非水電解質電池200の構成部材である負極、正極、非水電解質、セパレータ、外装材、負極端子および正極端子について詳細に説明する。   Hereinafter, the negative electrode, the positive electrode, the nonaqueous electrolyte, the separator, the exterior material, the negative electrode terminal, and the positive electrode terminal, which are the components of the nonaqueous electrolyte battery 200, will be described in detail.

(1)負極
負極としては、上述の第2の実施形態に係る電池用電極よりなる負極が用いられる。
(1) Negative electrode As the negative electrode, the negative electrode composed of the battery electrode according to the above-described second embodiment is used.

(2)正極
正極は、正極集電体と、この正極集電体の片面もしくは両面に形成され、正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極合剤層とを備える。導電剤および結着剤は、任意成分である。
(2) Positive Electrode The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer formed on one or both surfaces of the positive electrode current collector and containing a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder. The conductive agent and the binder are optional components.

前記正極合剤層の片面の厚さは1μm〜150μmの範囲であることが電池の大電流放電特性とサイクル寿命の保持の点から望ましい。好ましくは、30μm以上120μm以下である。従って正極集電体の両面に担持されている場合は正極合剤の合計の厚さは2μm〜300μmの範囲となることが望ましい。片面のより好ましい範囲は30μm〜120μmである。この範囲であると大電流放電特性とサイクル寿命は向上する。   The thickness of one side of the positive electrode mixture layer is preferably in the range of 1 μm to 150 μm from the viewpoint of maintaining a large current discharge characteristic and a cycle life of the battery. Preferably, it is 30 μm or more and 120 μm or less. Therefore, when it is carried on both surfaces of the positive electrode current collector, the total thickness of the positive electrode mixture is desirably in the range of 2 μm to 300 μm. A more preferred range on one side is 30 μm to 120 μm. Within this range, large current discharge characteristics and cycle life are improved.

正極合剤は、正極活物質と正極活物質同士を結着する結着剤の他に導電剤を含んでいてもよい。   The positive electrode mixture may include a conductive agent in addition to the positive electrode active material and the binder for bonding the positive electrode active materials to each other.

正極活物質としては、種々の酸化物、例えば二酸化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有コバルト酸化物(例えばLiCoO)、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物(例えばLiNi0.8Co0.2)、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLiMn、LiMnO)を用いると非水電解質二次電池は高電圧が得られるために好ましい。 As the positive electrode active material, various oxides such as manganese dioxide, lithium manganese composite oxide, lithium-containing cobalt oxide (for example, LiCoO 2 ), and lithium-containing nickel cobalt oxide (for example, LiNi 0.8 Co 0.2 O 2) ) And a lithium manganese composite oxide (eg, LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 ) are preferable because a nonaqueous electrolyte secondary battery can obtain a high voltage.

導電剤は、正極活物質の集電性能を高めて、正極活物質と正極集電体との接触抵抗を抑える。導電剤としてはアセチレンブラック、カーボンブラック、人工黒鉛、天然黒鉛、炭素繊維、導電性ポリマーなどを挙げることができる。導電剤の種類は、1種類または2種類以上にすることができる。   The conductive agent enhances the current collecting performance of the positive electrode active material and suppresses the contact resistance between the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, artificial graphite, natural graphite, carbon fiber, and a conductive polymer. The kind of the conductive agent can be one kind or two or more kinds.

結着材の具体例としては例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ弗化ビニリデン(PVdF)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)等を用いることができる。   Specific examples of the binder include, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR), and the like. .

正極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、正極活物質80質量%以上95質量%以下、導電剤3質量%以上20質量%以下、結着剤2質量%以上7質量%以下の範囲にすることが、良好な大電流放電特性とサイクル寿命を得られるために好ましい。   The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder is 80% by mass to 95% by mass of the positive electrode active material, 3% by mass to 20% by mass of the conductive agent, and 2% by mass to 7% by mass of the binder. It is preferable to set it in the range in order to obtain good large-current discharge characteristics and cycle life.

正極集電体は、正極合剤層と結着する導電性の部材である。正極集電体としては、多孔質構造の導電性基板かあるいは無孔の導電性基板を用いることができる。集電体の厚さは5μm以上20μm以下であることが望ましい。この範囲であると電極強度と軽量化のバランスがとれるからである。   The positive electrode current collector is a conductive member that binds to the positive electrode mixture layer. As the positive electrode current collector, a conductive substrate having a porous structure or a non-porous conductive substrate can be used. The thickness of the current collector is desirably 5 μm or more and 20 μm or less. This is because in this range, the balance between electrode strength and weight reduction can be achieved.

次に、正極の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the positive electrode will be described.

まず正極は、例えば活物質、導電剤及び結着剤を汎用されている溶媒に懸濁してスラリーを調製し、このスラリーを集電体に塗布し、乾燥し、その後、プレスを施すことにより作製される。正極205はまた活物質、導電剤及び結着剤をペレット状に形成して正極層とし、これを集電体上に形成することにより作製されてもよい。   First, the positive electrode is prepared by, for example, suspending an active material, a conductive agent and a binder in a commonly used solvent to prepare a slurry, applying the slurry to a current collector, drying the slurry, and then pressing the slurry. Is done. The positive electrode 205 may also be manufactured by forming an active material, a conductive agent, and a binder into a pellet to form a positive electrode layer, and forming this on a current collector.

(3)非水電解質
非水電解質としては非水電解液、電解質含浸型ポリマー電解質、高分子電解質、あるいは無機固体電解質を用いることができる。
(3) Non-aqueous electrolyte As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, an electrolyte-impregnated polymer electrolyte, a polymer electrolyte, or an inorganic solid electrolyte can be used.

非水電解液は、非水溶媒(有機溶媒)に電解質を溶解することにより調製される液体状電解液で、電極群中の空隙に保持される。   The non-aqueous electrolyte is a liquid electrolyte prepared by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent (organic solvent), and is held in a gap in the electrode group.

非水溶媒としては、プロピレンカーボネート(PC)やエチレンカーボネート(EC)とPCやECより低粘度である非水溶媒(以下第2溶媒と称す)との混合溶媒を主体とする非水溶媒を用いることが好ましい。   As the non-aqueous solvent, a non-aqueous solvent mainly composed of a mixed solvent of propylene carbonate (PC) or ethylene carbonate (EC) and a non-aqueous solvent having a lower viscosity than PC or EC (hereinafter, referred to as a second solvent) is used. Is preferred.

第2溶媒としては、例えば鎖状カーボンが好ましく、中でもジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピオン酸エチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン(BL)、アセトニトリル(AN)、酢酸エチル(EA)、トルエン、キシレンまたは、酢酸メチル(MA)等が挙げられる。これらの第2溶媒は、単独または2種以上の混合物の形態で用いることができる。特に、第2溶媒は、このドナー数があまり大きいと、Liイオンとの結合が強くなりすぎ、Liイオン伝導度を下がるため、ドナー数が16.5以下であることがより好ましい。   As the second solvent, for example, chain carbon is preferable. Among them, dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), diethyl carbonate (DEC), ethyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone (BL), acetonitrile ( AN), ethyl acetate (EA), toluene, xylene or methyl acetate (MA). These second solvents can be used alone or in the form of a mixture of two or more. In particular, if the number of donors in the second solvent is too large, bonding with Li ions becomes too strong, and the Li ion conductivity is lowered. Therefore, the number of donors is more preferably 16.5 or less.

第2溶媒の粘度は、25℃において2.8cp以下であることが好ましい。第1溶媒と第2溶媒の混合溶媒中のエチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネートの配合量は、体積比率で1.0%以上80%以下であることが好ましい。より好ましいエチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネートの配合量は体積比率で20%以上75%以下である。この第2溶媒の体積比があまり小さいと非水電解液の粘度が高くなるためにLiイオン伝導度が下がり、一方、第2溶媒の体積比があまり大きいとPCやECの働きが阻害されLiイオン伝導度が下がるため、前記範囲が好ましい。   The viscosity of the second solvent at 25 ° C. is preferably 2.8 cp or less. The blending amount of ethylene carbonate or propylene carbonate in the mixed solvent of the first solvent and the second solvent is preferably from 1.0% to 80% by volume. A more preferable blending amount of ethylene carbonate or propylene carbonate is 20% or more and 75% or less by volume ratio. If the volume ratio of the second solvent is too small, the viscosity of the non-aqueous electrolyte increases, and the Li ion conductivity decreases. On the other hand, if the volume ratio of the second solvent is too large, the action of PC and EC is hindered and Li The above range is preferable because the ionic conductivity is reduced.

非水電解液に含まれる電解質としては、例えば過塩素酸リチウム(LiClO)、六弗化リン酸リチウム(LiPF)、ホウ弗化リチウム(LiBF)、六弗化砒素リチウム(LiAsF)、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCFSO)、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CFSO]等のリチウム塩(電解質)が挙げられる。これらの中でもLiPF、LiBFを用いるのが好ましい。 Examples of the electrolyte contained in the nonaqueous electrolyte include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), and lithium arsenide hexafluoride (LiAsF 6 ). And lithium salts (electrolytes) such as lithium trifluoromethasulfonate (LiCF 3 SO 3 ) and lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ]. Among these, LiPF 6 and LiBF 4 are preferably used.

電解質の非水溶媒に対する溶解量は、0.5mol/L以上2.0mol/L以下とすることが望ましい。電解質の溶解量があまり小さいとイオンの移動が起きにくくなるためLiイオン伝導度が下がり、一方電解質の溶解量があまり2.0mol/Lを超えると非水電解液の粘度が高くなるためにLiイオン伝導度が下がるからである。   The amount of the electrolyte dissolved in the nonaqueous solvent is desirably 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less. If the dissolved amount of the electrolyte is too small, the migration of ions becomes difficult to occur, so that the Li ion conductivity decreases. On the other hand, if the dissolved amount of the electrolyte exceeds 2.0 mol / L, the viscosity of the non-aqueous electrolyte increases, so that Li This is because the ionic conductivity decreases.

(4)セパレータ
セパレータは、正極と負極の間に配置される。
(4) Separator The separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode.

非水電解液を用いる場合、および電解質含浸型ポリマー電解質を用いる場合においてはセパレータを用いることができる。セパレータは多孔質セパレータを用いる。セパレータの材料としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、、セルロース、またはポリ弗化ピニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を用いることができる。中でも、ポリエチレンか、あるいはポリプロピレン、または両者からなる多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であるため、二次電池の安全性を向上できるため好ましい。   A separator can be used when a non-aqueous electrolyte is used or when an electrolyte-impregnated polymer electrolyte is used. As the separator, a porous separator is used. As the material of the separator, for example, a porous film containing polyethylene (PE), polypropylene (PP), cellulose, or poly (vinylidene fluoride) (PVdF), a synthetic resin nonwoven fabric, or the like can be used. Above all, a porous film made of polyethylene, polypropylene, or both is preferable because it can be melted at a certain temperature and cut off the current, so that the safety of the secondary battery can be improved.

セパレータの厚さは、30μm以下にすることが好ましい。厚さが30μmを越えると、正負極間の距離が大きくなって内部抵抗が大きくなる恐れがある。また、厚さの下限値は、5μmにすることが好ましい。厚さを5μm未満にすると、セパレータの強度が著しく低下して内部ショートが生じやすくなる恐れがある。厚さの上限値は、25μmにすることがより好ましく、また、下限値は1.0μmにすることがより好ましい。   It is preferable that the thickness of the separator be 30 μm or less. If the thickness exceeds 30 μm, the distance between the positive electrode and the negative electrode may increase, and the internal resistance may increase. The lower limit of the thickness is preferably set to 5 μm. If the thickness is less than 5 μm, the strength of the separator may be significantly reduced and an internal short circuit may easily occur. The upper limit of the thickness is more preferably 25 μm, and the lower limit is more preferably 1.0 μm.

セパレータは、120℃の条件で1時間おいたときの熱収縮率が20%以下であることが好ましい。熱収縮率が20%を超えると、加熱により短絡が起こる可能性が大きくなる。熱収縮率は、15%以下にすることがより好ましい。   The separator preferably has a heat shrinkage of 20% or less when left at 120 ° C. for one hour. If the heat shrinkage exceeds 20%, the possibility of short-circuiting due to heating increases. More preferably, the heat shrinkage is 15% or less.

セパレータは、多孔度が30%以上70%以下の範囲であることが好ましい。これは次のような理由によるものである。多孔度を30%未満にすると、セパレータ204において高い電解質保持性を得ることが困難になる恐れがある。一方、多孔度が60%を超えると十分なセパレータ204強度を得られなくなる恐れがある。多孔度のより好ましい範囲は、35%以上70%以下である。   The porosity of the separator is preferably in the range of 30% to 70%. This is due to the following reasons. If the porosity is less than 30%, it may be difficult to obtain high electrolyte retention in the separator 204. On the other hand, if the porosity exceeds 60%, sufficient strength of the separator 204 may not be obtained. A more preferable range of the porosity is 35% or more and 70% or less.

セパレータは、空気透過率が500秒/100cm以下であると好ましい。空気透過率が500秒/100cmを超えると、セパレータにおいて高いリチウムイオン移動度を得ることが困難になる恐れがある。また、空気透過率の下限値は、30秒/100cmである。空気透過率を30秒/100cm未満にすると、十分なセパレータ強度を得られなくなる恐れがあるからである。 The separator preferably has an air permeability of 500 seconds / 100 cm 3 or less. If the air permeability exceeds 500 seconds / 100 cm 3 , it may be difficult to obtain high lithium ion mobility in the separator. The lower limit of the air permeability is 30 seconds / 100 cm 3 . If the air permeability is less than 30 seconds / 100 cm 3 , sufficient separator strength may not be obtained.

空気透過率の上限値は300秒/100cmにすることがより好ましく、また、下限値は50秒/100cmにするとより好ましい。(
(5)外装材
正極、負極および非水電解質が収容される外装材としては、金属製容器や、ラミネートフィルム製外装容器が用いられる。
The upper limit of the air permeability is more preferably set to 300 seconds / 100 cm 3 , and the lower limit is more preferably set to 50 seconds / 100 cm 3 . (
(5) Outer material As the outer material in which the positive electrode, the negative electrode, and the nonaqueous electrolyte are accommodated, a metal container or a laminated film outer container is used.

金属製容器は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金等、鉄、ステンレス等からなる金属缶で角形、円筒形の形状のものが用いられる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等の元素を含む合金が好ましい。合金中に鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属が含まれる場合、その量は100質量ppm以下にすることが好ましい。アルミニウム合金からなる金属製容器は、アルミニウムからなる金属製容器よりも強度が飛躍的に増大するため、金属製容器の厚さを薄くすることができる。その結果、薄型で軽量かつ高出力で放熱性に優れた非水電解質二次電池を実現することができる。   The metal container is, for example, a metal can made of aluminum, aluminum alloy, or the like, iron, stainless steel, or the like, and has a square or cylindrical shape. The aluminum alloy is preferably an alloy containing elements such as magnesium, zinc, and silicon. When the alloy contains a transition metal such as iron, copper, nickel, or chromium, the amount is preferably 100 ppm by mass or less. Since the strength of the metal container made of an aluminum alloy is dramatically increased as compared with the metal container made of aluminum, the thickness of the metal container can be reduced. As a result, it is possible to realize a nonaqueous electrolyte secondary battery that is thin, lightweight, has high output, and is excellent in heat dissipation.

ラミネートフィルムは、例えば、アルミニウム箔を樹脂フィルムで被覆した多層フィルム等が挙げられる。樹脂フィルムを構成する樹脂としては、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の高分子化合物が用いられる。また、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。アルミニウム箔の純度は、99.5%以上であることが好ましい。   Examples of the laminated film include a multilayer film in which an aluminum foil is covered with a resin film. As a resin constituting the resin film, a polymer compound such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET) is used. The thickness of the laminate film is preferably 0.5 mm or less, more preferably 0.2 mm or less. The purity of the aluminum foil is preferably 99.5% or more.

外装材の形状は、扁平型(薄型)、角型、円筒型、コイン型、及びボタン型から選択できる。外装材の例には、電池寸法に応じて、例えば携帯用電子機器等に積載される小型電池用外装材、二輪乃至四輪の自動車等に積載される大型電池用外装材などが含まれる。   The shape of the exterior material can be selected from flat (thin), square, cylindrical, coin, and button types. Examples of the exterior material include, for example, an exterior material for a small battery mounted on a portable electronic device or the like, an exterior material for a large battery mounted on a two-wheel or four-wheel automobile, etc., according to the battery size.

ラミネートフィルムは、樹脂層間に金属層を介在した多層フィルムが用いられる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔が好ましい。樹脂層は、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の高分子材料を用いることができる。   As the laminate film, a multilayer film having a metal layer interposed between resin layers is used. The metal layer is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil for weight reduction. For the resin layer, for example, a polymer material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET) can be used.

ラミネートフィルムからなる外装材を備えた非水電解質二次電池を製造する際は、負極端子および正極端子が接続された捲回電極群を、開口部を有する袋状の外装材に装入し、液状非水電解質を外装材の開口部から注入し、外装材の開口部を負極端子及び正極端子を挟んだ状態でヒートシールすることにより捲回電極群及び液状非水電解質を完全密封させる。   When manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery including a packaging material made of a laminate film, the wound electrode group to which the negative electrode terminal and the positive electrode terminal are connected is charged into a bag-shaped packaging material having an opening, The liquid non-aqueous electrolyte is injected from the opening of the exterior material, and the wound electrode group and the liquid non-aqueous electrolyte are completely sealed by heat sealing with the opening of the exterior material sandwiching the negative electrode terminal and the positive electrode terminal.

また、金属容器からなる外装材を備えた非水電解質二次電池を製造する際は、負極端子および正極端子が接続された捲回電極群を、開口部を有する金属容器に装入し、液状非水電解質を外装材の開口部から注入し、さらに、金属容器に蓋体を装着して開口部を封口させる。   Further, when manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery provided with a packaging material made of a metal container, the wound electrode group connected to the negative electrode terminal and the positive electrode terminal is charged into a metal container having an opening, and The non-aqueous electrolyte is injected from the opening of the exterior material, and a lid is attached to the metal container to close the opening.

(6)負極端子
負極端子としては、例えば、リチウムに対する電位が1V以上3V以下の範囲において電気的安定性と導電性とを備える材料を用いることができる。具体的には、アルミニウムまたはMg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、Si等の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。負極端子206は、負極集電体203aとの接触抵抗を低減するために、負極集電体203aと同様の材料であることが好ましい。
(6) Negative electrode terminal As the negative electrode terminal, for example, a material having electrical stability and conductivity can be used when the potential with respect to lithium is 1 V or more and 3 V or less. Specifically, aluminum or an aluminum alloy containing elements such as Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si can be used. The negative electrode terminal 206 is preferably made of the same material as the negative electrode current collector 203a in order to reduce the contact resistance with the negative electrode current collector 203a.

(7)正極端子
正極端子としては、リチウムに対する電位が3V以上4.25Vの範囲において電気的安定性と導電性とを備える材料を用いることができる。具体的には、アルミニウムまたはMg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、Si等の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料であることが好ましい。 また、本実施形態に係る非水電解質二次電池は、上記の正極および負極からなる電極群に電気的に接続されるリードをさらに具備することができる。本実施形態に係る非水電解質二次電池は、例えば、2つのリードを具備することもできる。その場合、一方のリードは、正極集電タブに電気的に接続され、他方のリードは、負極集電タブに電気的に接続される。
(7) Positive electrode terminal As the positive electrode terminal, a material having electrical stability and conductivity can be used when the potential with respect to lithium is in the range of 3 V to 4.25 V. Specifically, aluminum or an aluminum alloy containing elements such as Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si can be used. The positive electrode terminal is preferably made of the same material as the positive electrode current collector in order to reduce the contact resistance with the positive electrode current collector. Further, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment can further include a lead electrically connected to the electrode group including the positive electrode and the negative electrode. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the embodiment may include, for example, two leads. In that case, one lead is electrically connected to the positive electrode current collection tab, and the other lead is electrically connected to the negative electrode current collection tab.

リードの材料としては、特に限定されないが、例えば、正極集電体および負極集電体と同じ材料が用いられる。   Although the material of the lead is not particularly limited, for example, the same material as the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is used.

本実施形態に係る非水電解質二次電池は、上記のリードに電気的に接続され、上記の外装材から引き出された端子をさらに具備することもできる。本実施形態に係る非水電解質二次電池は、例えば、2つの端子を具備することもできる。その場合、一方の端子は、正極集電タブに電気的に接続されたリードに接続され、他方の端子は、負極集電タブに電気的に接続されたリードに接続される。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment may further include a terminal that is electrically connected to the lead and that is drawn out from the exterior material. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment may include, for example, two terminals. In that case, one terminal is connected to a lead electrically connected to the positive electrode current collecting tab, and the other terminal is connected to a lead electrically connected to the negative electrode current collecting tab.

第3の実施形態に係る非水電解質電池は、前述した図2および図3に示す構成のものに限らず、例えば、積層型電極群が外装材内に収納されて構成を用いることもできる。積層型電極群は、正極と負極とを、その間にセパレータを介在させながら交互に積層した構造を有する。   The nonaqueous electrolyte battery according to the third embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. 2 and FIG. 3 described above. For example, a configuration in which a stacked electrode group is housed in an exterior material may be used. The stacked electrode group has a structure in which a positive electrode and a negative electrode are alternately stacked with a separator interposed therebetween.

正極は複数枚存在し、それぞれが正極集電体と、正極集電体の両面に担持された正極活物質含有層とを備える。   There are a plurality of positive electrodes, each including a positive electrode current collector and a positive electrode active material-containing layer supported on both surfaces of the positive electrode current collector.

負極は複数枚存在し、それぞれが負極集電体と、負極集電体の両面に担持された負極活物質含有層とを備える。   There are a plurality of negative electrodes, each including a negative electrode current collector and negative electrode active material-containing layers supported on both surfaces of the negative electrode current collector.

各負極の負極集電体は、一辺が負極から突出している。突出した負極集電体は、帯状の負極端子に電気的に接続されている。帯状の負極端子の先端は、外装材から外部に引き出されている。また、正極の正極集電体は、負極集電体の突出辺と反対側に位置する辺が正極から突出している。正極から突出した正極集電体は、帯状の正極端子に電気的に接続されている。帯状の正極端子の先端は、負極端子とは反対側に位置し、外装材の辺から外部に引き出されている。   One side of the negative electrode current collector of each negative electrode protrudes from the negative electrode. The protruding negative electrode current collector is electrically connected to a strip-shaped negative electrode terminal. The tip of the strip-shaped negative electrode terminal is drawn out of the exterior material. The positive electrode current collector of the positive electrode has a side located on the side opposite to the protruding side of the negative electrode current collector protruding from the positive electrode. The positive electrode current collector protruding from the positive electrode is electrically connected to a belt-shaped positive electrode terminal. The tip of the strip-shaped positive electrode terminal is located on the opposite side to the negative electrode terminal, and is drawn out from the side of the exterior material.

これらの積層型電極群を用いた非水電解質二次電池を構成する各部材の材質、配合比、寸法等は、図2および図3において説明した非水電解質二次電池200の各構成部材と同様の構成である。   The materials, compounding ratios, dimensions, and the like of the members constituting the nonaqueous electrolyte secondary battery using these stacked electrode groups are the same as those of the nonaqueous electrolyte secondary battery 200 described with reference to FIGS. 2 and 3. It has a similar configuration.

以上説明した本実施形態によれば、非水電解質電池を提供することができる。   According to the embodiment described above, a nonaqueous electrolyte battery can be provided.

(第4実施形態)
次に、第4実施形態に係る電池パックを説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a battery pack according to a fourth embodiment will be described.

第4実施形態に係る電池パックは、上記第3実施形態に係る非水電解質二次電池(即ち、単電池)を一以上有する。電池パックに複数の単電池が含まれる場合、各単電池は、電気的に直列、並列、或いは、直列と並列に接続して配置される。   The battery pack according to the fourth embodiment has one or more nonaqueous electrolyte secondary batteries (that is, unit cells) according to the third embodiment. When a plurality of cells are included in the battery pack, the cells are electrically connected in series, in parallel, or connected in series and in parallel.

図4の概念図及び図5のブロック図を参照して電池パック300を具体的に説明する。図4に示す電池パック300では、単電池301として図4に示す扁平型非水電解液電池200を使用している。   The battery pack 300 will be specifically described with reference to the conceptual diagram of FIG. 4 and the block diagram of FIG. In the battery pack 300 shown in FIG. 4, the flat nonaqueous electrolyte battery 200 shown in FIG.

複数の単電池301は、外部に延出した負極端子302及び正極端子303が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープ304で締結することにより組電池305を構成している。これらの単電池301は、互いに電気的に直列に接続されている。   The plurality of unit cells 301 are stacked so that the negative electrode terminal 302 and the positive electrode terminal 303 extending to the outside are aligned in the same direction, and are fastened with an adhesive tape 304 to constitute the assembled battery 305. These cells 301 are electrically connected to each other in series.

プリント配線基板306は、負極端子302及び正極端子303が延出する単電池301側面と対向して配置されている。プリント配線基板306には、図5に示すようにサーミスタ307、保護回路308及び外部機器への通電用端子309が搭載されている。なお、組電池305と対向する保護回路基板306の面には組電池305の配線と不要な接続を回避するために絶縁板(図示せず)が取り付けられている。   The printed wiring board 306 is arranged to face the side surface of the unit cell 301 from which the negative electrode terminal 302 and the positive electrode terminal 303 extend. As shown in FIG. 5, a thermistor 307, a protection circuit 308, and a terminal 309 for energizing an external device are mounted on the printed wiring board 306. Note that an insulating plate (not shown) is attached to the surface of the protection circuit board 306 facing the assembled battery 305 in order to avoid unnecessary wiring and wiring of the assembled battery 305.

正極側リード310は、組電池305の最下層に位置する正極端子303に接続され、その先端はプリント配線基板306の正極側コネクタ311に挿入されて電気的に接続されている。負極側リード312は、組電池305の最上層に位置する負極端子302に接続され、その先端はプリント配線基板306の負極側コネクタ313に挿入されて電気的に接続されている。これらのコネクタ311、313は、プリント配線基板306に形成された配線314、315を通して保護回路308に接続されている。   The positive electrode lead 310 is connected to the positive electrode terminal 303 located at the lowermost layer of the battery pack 305, and the tip is inserted into the positive electrode connector 311 of the printed wiring board 306 and is electrically connected. The negative electrode lead 312 is connected to the negative electrode terminal 302 located on the uppermost layer of the battery pack 305, and the leading end is inserted into the negative electrode connector 313 of the printed wiring board 306 and is electrically connected. These connectors 311 and 313 are connected to the protection circuit 308 through wirings 314 and 315 formed on the printed wiring board 306.

サーミスタ307は、単電池305の温度を検出するために用いられ、その検出信号は保護回路308に送信される。保護回路308は、所定の条件で保護回路308と外部機器への通電用端子309との間のプラス側配線316a及びマイナス側配線316bを遮断できる。所定の条件とは、例えばサーミスタ307の検出温度が所定温度以上になったときである。また、所定の条件とは単電池301の過充電、過放電、過電流等を検出したときである。この過充電等の検出は、個々の単電池301もしくは単電池301全体について行われる。個々の単電池301を検出する場合、電池電圧を検出してもよいし、正極電位もしくは負極電位を検出してもよい。後者の場合、個々の単電池301中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図4及び図5の場合、単電池301それぞれに電圧検出のための配線317を接続し、これら配線317を通して検出信号が保護回路308に送信される。   The thermistor 307 is used to detect the temperature of the cell 305, and the detection signal is transmitted to the protection circuit 308. The protection circuit 308 can cut off the plus side wiring 316a and the minus side wiring 316b between the protection circuit 308 and the terminal 309 for supplying electricity to an external device under predetermined conditions. The predetermined condition is, for example, when the temperature detected by the thermistor 307 becomes equal to or higher than the predetermined temperature. The predetermined condition is when overcharge, overdischarge, overcurrent, or the like of the cell 301 is detected. The detection of the overcharge or the like is performed for each of the single cells 301 or the entire single cell 301. When detecting the individual cells 301, the battery voltage may be detected, or the positive electrode potential or the negative electrode potential may be detected. In the latter case, a lithium electrode used as a reference electrode is inserted into each unit cell 301. In the case of FIGS. 4 and 5, a wiring 317 for voltage detection is connected to each of the cells 301, and a detection signal is transmitted to the protection circuit 308 through these wirings 317.

正極端子303及び負極端子302が突出する側面を除く組電池305の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート318がそれぞれ配置されている。   A protection sheet 318 made of rubber or resin is disposed on each of three sides of the battery pack 305 except for the side from which the positive electrode terminal 303 and the negative electrode terminal 302 protrude.

組電池305は、各保護シート318及びプリント配線基板306と共に収納容器319内に収納される。すなわち、収納容器319の長辺方向の両方の内側面と短辺方向の内側面それぞれに保護シート318が配置され、短辺方向の反対側の内側面にプリント配線基板306が配置される。組電池305は、保護シート318及びプリント配線基板306で囲まれた空間内に位置する。蓋320は、収納容器319の上面に取り付けられている。   The assembled battery 305 is stored in the storage container 319 together with the protection sheets 318 and the printed wiring board 306. That is, the protective sheets 318 are arranged on both inner surfaces in the long side direction and the inner surface in the short side direction of the storage container 319, and the printed wiring board 306 is arranged on the inner surface on the opposite side in the short side direction. The assembled battery 305 is located in a space surrounded by the protection sheet 318 and the printed wiring board 306. The lid 320 is attached to the upper surface of the storage container 319.

なお、組電池305の固定には粘着テープ304に代えて、熱収縮テープを用いてもよい。この場合、組電池の両側面に保護シートを配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて組電池を結束させる。   Note that a heat-shrinkable tape may be used instead of the adhesive tape 304 for fixing the battery pack 305. In this case, the protective sheets are arranged on both side surfaces of the battery pack, and after the heat shrink tape is circulated, the heat shrink tape is heat shrunk to bind the battery pack.

図4、図5では単電池301を直列接続した形態を示したが、電池容量を増大させるためには並列に接続しても、または直列接続と並列接続を組み合わせてもよい。組み上がった電池パックをさらに直列、並列に接続することもできる。   FIGS. 4 and 5 show a configuration in which the cells 301 are connected in series. However, in order to increase the battery capacity, the cells may be connected in parallel or a combination of series connection and parallel connection may be used. The assembled battery packs can be further connected in series and in parallel.

以上記載した本実施形態によれば、上記第3実施形態における優れた充放電サイクル性能を有する非水電解質二次電池を備えることにより、優れた充放電サイクル性能を有する電池パックを提供することができる。   According to the present embodiment described above, a battery pack having excellent charge / discharge cycle performance can be provided by including the nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent charge / discharge cycle performance in the third embodiment. it can.

なお、電池パックの態様は用途により適宜変更される。電池パックの用途は、大電流を取り出したときに優れたサイクル特性を示すものが好ましい。具体的には、デジタルカメラの電源用や、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車等の車載用が挙げられる。特に、高温特性の優れた非水電解質二次電池を用いた電池パックは車載用に好適に用いられる。   The mode of the battery pack is appropriately changed depending on the use. As a use of the battery pack, a battery pack exhibiting excellent cycle characteristics when a large current is taken out is preferable. Specific examples include a power source for a digital camera, a two- or four-wheeled hybrid electric vehicle, a two- or four-wheeled electric vehicle, and an on-board vehicle such as an assist bicycle. In particular, a battery pack using a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent high-temperature characteristics is suitably used for vehicles.

以下に具体的な実施例を挙げ、その効果について述べる。   The effects will be described below with reference to specific examples.

(実施例1)
次のような条件でSiOの粉砕、混練および複合体の形成、Arガス中での焼成を行い、負極活物質を得た。
(Example 1)
Under the following conditions, pulverization, kneading and formation of a composite of SiO, and sintering in Ar gas were performed to obtain a negative electrode active material.

SiOの粉砕は次のように行った。原料SiO粉を連続式ビーズミル装置にてビーズ径0.5μmのビーズを用いエタノールを分散媒として所定の時間、粉砕処理を行った。さらにこのSiO粉末を遊星ボールミルで0.1μmボールを用いてエタノールを分散媒として粉砕を行い粉砕しSiO微粉末を作製した。   The pulverization of SiO was performed as follows. The raw material SiO powder was pulverized by a continuous bead mill using beads having a bead diameter of 0.5 μm and ethanol as a dispersion medium for a predetermined time. Further, this SiO powder was pulverized with a planetary ball mill using 0.1 μm balls using ethanol as a dispersion medium, and pulverized to prepare fine SiO powder.

引き続き、微粉砕処理により得られた一酸化ケイ素粉末、3μmの黒鉛粉末を、次のような方法で炭素質物と複合化した。レゾール樹脂3.0gとエタノール5gの混合液にSiO粉末を2.8g、黒鉛粉末を0.1g、平均直径180nmの炭素繊維0.01gを加え混練機にて混練処理しスラリー状とした。混錬後80℃/1hでエタノールを蒸散後、150℃のオーブンに投入し2時間硬化反応させて炭素複合体を得た。なお、エタノール蒸散後の段階で重量減少を熱重量測定装置により計測したところ、80℃で0.9%であった。   Subsequently, the silicon monoxide powder and the 3 μm graphite powder obtained by the pulverization treatment were compounded with the carbonaceous material by the following method. 2.8 g of SiO powder, 0.1 g of graphite powder, and 0.01 g of carbon fiber having an average diameter of 180 nm were added to a mixed solution of 3.0 g of resole resin and 5 g of ethanol, and the mixture was kneaded with a kneader to form a slurry. After kneading, ethanol was evaporated at 80 ° C. for 1 hour, and then put into an oven at 150 ° C. and cured for 2 hours to obtain a carbon composite. In addition, when the weight loss was measured by a thermogravimeter at the stage after the evaporation of ethanol, it was 0.9% at 80 ° C.

引き続いて上記ケイ素/炭素複合体を1100℃で3h、Arガス中にて焼成し、室温まで冷却後、粉砕し20μm径の篩をかけて篩下に負極活物質を得た。   Subsequently, the silicon / carbon composite was baked at 1100 ° C. for 3 hours in an Ar gas, cooled to room temperature, pulverized and sieved with a 20 μm diameter sieve to obtain a negative electrode active material under the sieve.

得られた負極活物質に平均径3μmのグラファイト15質量%、SBR樹脂3.5質量%、カルボキシメチルセルロース5質量%を分散媒として水を用いて混練し厚さ12μmの銅箔上にギャップ80μmで塗布して100℃で2時間乾燥し、2.0kNにて圧延した後、所定のサイズに裁断した試料を、100℃で12時間、真空乾燥し、試験電極とし、以下に説明する充放電試験、測定を行い、充放電特性および物性を評価した。また、これらケイ素/炭素質物複合体粒子の空孔は、上述した通り、試験電極をイオンミリングによる断面出しを行い、その電子顕微鏡画像より画像解析ソフトを用いて評価した。   The obtained negative electrode active material was kneaded with 15% by mass of graphite having an average diameter of 3 μm, 3.5% by mass of SBR resin, and 5% by mass of carboxymethylcellulose using water as a dispersion medium, and was formed on a copper foil having a thickness of 12 μm with a gap of 80 μm. After coating and drying at 100 ° C. for 2 hours, rolling at 2.0 kN, a sample cut into a predetermined size was vacuum-dried at 100 ° C. for 12 hours to form a test electrode, and a charge / discharge test described below was performed. The measurement was performed to evaluate the charge / discharge characteristics and physical properties. Further, as described above, the pores of the silicon / carbonaceous material composite particles were subjected to sectioning of the test electrode by ion milling, and evaluated from the electron microscope image using image analysis software.

(充放電試験)
対極および参照極を金属Li、電解液をLiPF(1M)のEC・DEC(体積比EC:DEC=1:2)溶液とした電池をアルゴン雰囲気中で作製し充放電試験を行った。充放電試験の条件は、参照極と試験電極間の電位差0.01Vまで1mA/cmの電流密度で充電、さらに0.01Vで16時間の定電圧充電を行い、放電は1mA/cmの電流密度で1.5Vまで行った。さらに、参照極と試験電極間の電位差0.01Vまで1mA/cmの電流密度で充電、1mA/cmの電流密度で1.5Vまで放電するサイクルを50回行い、1サイクル目に対する100サイクル目の放電容量の維持率を測定した。
(Charge / discharge test)
A battery in which the counter electrode and the reference electrode were made of metal Li and the electrolytic solution was a solution of EC-DEC (volume ratio EC: DEC = 1: 2) of LiPF 6 (1M) was prepared in an argon atmosphere, and a charge / discharge test was performed. Conditions of the charge and discharge test, between the reference electrode test electrode potential charging at a current density of 1 mA / cm 2 to 0.01 V, further subjected to constant-voltage charge of 16 h at 0.01 V, discharge of 1 mA / cm 2 The current density was increased to 1.5 V. Further, 50 cycles of charging at a current density of 1 mA / cm 2 to a potential difference of 0.01 V between the reference electrode and the test electrode and discharging to 1.5 V at a current density of 1 mA / cm 2 were performed 50 times, and 100 cycles with respect to the first cycle were performed. The maintenance rate of the discharge capacity of the eyes was measured.

(実施例2)
平均粒径約40nmのケイ素微粒子3.3g、導電性炭素質物として3μmの黒鉛粉末0.1g、および有機樹脂成分レゾール樹脂3.0gをエタノール5g中に加え、混練機にて混練処理し、得られた混合スラリーを80℃/1hでエタノールを蒸散後、150℃のオーブンに投入し2時間硬化反応させて炭素複合体を得た。なお、エタノール蒸散後の段階で重量減少を熱重量測定装置により計測したところ、80℃で1.0%であった。
(Example 2)
3.3 g of silicon fine particles having an average particle size of about 40 nm, 0.1 g of 3 μm graphite powder as a conductive carbonaceous material, and 3.0 g of an organic resin component resole resin are added to 5 g of ethanol, and the mixture is kneaded with a kneader to obtain a mixture. Ethanol was evaporated from the mixed slurry at 80 ° C. for 1 hour, and then put into an oven at 150 ° C. and a curing reaction was performed for 2 hours to obtain a carbon composite. In addition, when the weight loss was measured by a thermogravimeter at the stage after the evaporation of ethanol, it was 1.0% at 80 ° C.

引き続いて上記ケイ素/炭素複合体を1100℃で3h、Arガス中にて焼成し、室温まで冷却後、粉砕し20μm径の篩をかけて篩下に負極活物質を得た。   Subsequently, the silicon / carbon composite was baked at 1100 ° C. for 3 hours in an Ar gas, cooled to room temperature, pulverized and sieved with a 20 μm diameter sieve to obtain a negative electrode active material under the sieve.

得られた負極活物質試料に平均径3μmのグラファイト15質量%、ポリイミド8質量%を分散媒としてN−メチルピロリドンを用いて混練し、厚さ12μmの銅箔上にギャップ80μmで塗布して2.0kNにて圧延した後、250℃で2時間、Arガス中にて熱処理し、所定のサイズに裁断した後、100℃で12時間、真空乾燥し、試験電極とした以外は実施例1と同様の評価を行った。   To the obtained negative electrode active material sample, 15% by mass of graphite having an average diameter of 3 μm and 8% by mass of polyimide were kneaded using N-methylpyrrolidone as a dispersion medium, and coated on a 12 μm thick copper foil with a gap of 80 μm. After rolling at 0.0 kN, heat treatment was performed at 250 ° C. for 2 hours in Ar gas, cut into a predetermined size, and then vacuum dried at 100 ° C. for 12 hours to obtain a test electrode. The same evaluation was performed.

(実施例3)
本実施例は、実施例1と同様の材料、製造方法で作成した電池であるが、製造過程で、溶媒をアセトンに変えることにより、空孔面積が3%、分散度が0.44、となった以外は実施例1と同様の電池を製造した。
(Example 3)
This example is a battery made by the same material and manufacturing method as in Example 1, but the solvent was changed to acetone in the manufacturing process, so that the pore area was 3% and the degree of dispersion was 0.44. A battery similar to that of Example 1 was produced except for the above.

(実施例4)
本実施例は、実施例1と同様の材料、製造方法で作成した電池であるが、製造過程で、溶媒をブタノールに変えることにより、空孔面積が15%、分散度が0.57、となった以外は実施例1と同様の電池を製造した。
(Example 4)
This example is a battery made by the same material and manufacturing method as in Example 1, but in the manufacturing process, the solvent was changed to butanol, so that the pore area was 15% and the degree of dispersion was 0.57. A battery similar to that of Example 1 was produced except for the above.

(比較例1)
実施例1と同様の組成で混合スラリーを作製し、80℃/3hでエタノールを蒸散後、150℃のオーブンに投入し2時間硬化反応させて炭素複合体を得た。なお、エタノール蒸散後の段階で重量減少を熱重量測定装置により計測したところ、80℃で0.1%以下であった。
(Comparative Example 1)
A mixed slurry having the same composition as in Example 1 was prepared, and ethanol was evaporated at 80 ° C. for 3 hours, and then placed in an oven at 150 ° C. and cured for 2 hours to obtain a carbon composite. In addition, when the weight loss was measured by a thermogravimeter at the stage after the evaporation of ethanol, it was 0.1% or less at 80 ° C.

得られたケイ素/炭素複合体を負極活物質前駆体として、実施例1と同様に電極の作製、並びに充放電試験を行った。   Using the obtained silicon / carbon composite as a negative electrode active material precursor, an electrode was prepared and a charge / discharge test was performed in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
実施例2と同様の組成で混合スラリーを作製し、80℃/3hでエタノールを蒸散後、150℃のオーブンに投入し2時間硬化反応させて炭素複合体を得た。なお、エタノール蒸散後の段階で重量減少を熱重量測定装置により計測したところ、80℃で0.1%以下であった。
(Comparative Example 2)
A mixed slurry having the same composition as in Example 2 was prepared, ethanol was evaporated at 80 ° C. for 3 hours, and the mixture was placed in an oven at 150 ° C. and cured for 2 hours to obtain a carbon composite. In addition, when the weight loss was measured by a thermogravimeter at the stage after the evaporation of ethanol, it was 0.1% or less at 80 ° C.

得られたケイ素/炭素複合体を負極活物質前駆体として、実施例1と同様に電極の作製、並びに充放電試験を行った。   Using the obtained silicon / carbon composite as a negative electrode active material precursor, an electrode was prepared and a charge / discharge test was performed in the same manner as in Example 1.

以下の実施例と比較例に関して、表1にまとめた。また実施例2のSEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡)の観察よる活物質断面画像を図6に、比較例2の活物質断面画像を図7に掲載する。   The following Examples and Comparative Examples are summarized in Table 1. Further, FIG. 6 shows an active material cross-sectional image obtained by observation with a SEM (Scanning Electron Microscope) of Example 2, and FIG. 7 shows an active material cross-sectional image of Comparative Example 2.

(比較例3)
本比較例は、比較例1と同様の材料、製造方法で作成した電池であるが、製造過程で、150℃のオーブン投入時間を1時間に短縮することにより、空孔面積が19%、分散度が0.85、となった以外は比較例1と同様の電池である。
(Comparative Example 3)
This comparative example is a battery produced by the same material and production method as in Comparative Example 1, but by reducing the time of opening the oven at 150 ° C. to 1 hour during the production process, the pore area was reduced by 19%, A battery similar to Comparative Example 1 except that the degree was 0.85.

表1に挙げた結果から本発明の負極は良好なサイクル特性を有することが理解される。すなわち、図6,7の比較として、活物質が緻密な比較例は、実施例に比べて、充放電が進むに従い負極活物質の破壊などの不具合で導電パスが遮断され、そのためサイクル特性が低下した。 From the results shown in Table 1, it is understood that the negative electrode of the present invention has good cycle characteristics. That is, as a comparison of FIGS. 6 and 7, in the comparative example in which the active material is dense, the conductive path is interrupted due to a failure such as destruction of the negative electrode active material as the charge / discharge progresses as compared with the example, so that the cycle characteristics deteriorate. did.

以上、実施形態について説明したが、実施形態はこれらに限られず、特許請求の範囲に記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。また、実施する形態は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。
Although the embodiments have been described above, the embodiments are not limited to these, and various changes can be made within the scope of the invention described in the claims. Further, the embodiment can be variously modified in the implementation stage without departing from the scope of the invention. Furthermore, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the above embodiments.

100…負極
101…集電体
102…負極合剤
200…非水電解質二次電池
201…捲回電極群
202…袋状外装材
203…負極
203a…負極集電体
203b…負極活物質合剤層
204…セパレータ
205…正極
205a…正極集電体
205b…正極活物質合剤層
206…負極端子
207…正極端子
300…電池パック
301…単電池
302…負極端子
303…正極端子
304…粘着テープ
305…組電池
306…プリント配線基板
307…サーミスタ
308…保護回路
309…通電用端子
310…、極側リード
311…正極側コネクタ
312…負極側リード
313…負極側コネクタ
314…配線
315…配線
316a…プラス側配線
316b…マイナス側配線
317…配線
318…保護シート
319…収納容器
320…蓋
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Negative electrode 101 ... Current collector 102 ... Negative electrode mixture 200 ... Non-aqueous electrolyte secondary battery 201 ... Wound electrode group 202 ... Bag-shaped exterior material 203 ... Negative electrode 203a ... Negative electrode current collector 203b ... Negative electrode active material mixture layer 204 separator 205 positive electrode 205 a positive electrode current collector 205 b positive electrode active material mixture layer 206 negative electrode terminal 207 positive electrode terminal 300 battery pack 301 single cell 302 negative electrode terminal 303 positive electrode terminal 304 adhesive tape 305 Assembled battery 306 ... Printed wiring board 307 ... Thermistor 308 ... Protection circuit 309 ... Electrical terminal 310 ... Pole side lead 311 ... Positive side connector 312 ... Negative side lead 313 ... Negative side connector 314 ... Wiring 315 ... Wiring 316a ... Plus side Wiring 316b ... Minus side wiring 317 ... Wiring 318 ... Protective sheet 319 ... Storage container 320 ... Lid

Claims (8)

炭素質物、及び前記炭素質物中に分散されたSiである金属あるいは前記金属の酸化物からなる活物質であり、前記活物質の断面より観察される空孔の面積率が2%以上16%以下であり、かつ前記空孔の重心間距離の標準偏差を前記空孔の重心間距離の平均で割った値である分散度が0.7以下であり、前記空孔の平均空孔径が200nm以下である電池用活物質。 An active material comprising a carbonaceous material and a metal or an oxide of the metal, which is Si dispersed in the carbonaceous material, wherein an area ratio of pores observed from a cross section of the active material is 2% or more and 16% or less. And the degree of dispersion, which is a value obtained by dividing the standard deviation of the distance between the centers of gravity of the pores by the average of the distance between the centers of gravity of the pores, is 0.7 or less , and the average pore diameter of the pores is 200 nm or less. Is an active material for batteries. 前記金属は、Siの合金である請求項1に記載の電池用活物質。 The active material for a battery according to claim 1, wherein the metal is an alloy of Si. 前記空孔の平均空孔径が10nm以上100nm以下である請求項1又は2に記載の電池用活物質。 The active material for a battery according to claim 1, wherein an average pore diameter of the pores is 10 nm or more and 100 nm or less . 前記空孔の面積率が3%以上15%以下である請求項1ないし3いずれか1項に記載の電池用活物質。4. The active material for a battery according to claim 1, wherein an area ratio of the pores is 3% or more and 15% or less. 5. 請求項1ないし4いずれか1項に記載の電池用活物質、導電剤、及び結着剤を有する活物質合剤層を有する電池用電極。 An electrode for a battery, comprising an active material mixture layer comprising the active material for a battery according to any one of claims 1 to 4 , a conductive agent, and a binder. 正極と、請求項に記載の電池用電極を用いた負極と、非水電解質を具備する非水電解質電池。 A non-aqueous electrolyte battery comprising a positive electrode, a negative electrode using the battery electrode according to claim 5 , and a non-aqueous electrolyte. 請求項に記載の非水電解質電池を具備する電池パック。 A battery pack comprising the nonaqueous electrolyte battery according to claim 6 . 請求項7に記載の電池パックを具備する車。A vehicle comprising the battery pack according to claim 7.
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