JP6775974B2 - Electrode active material for non-aqueous electrolyte batteries, electrodes for non-aqueous electrolyte batteries, non-aqueous electrolyte batteries and battery packs - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、非水電解質電池用電極活物質、非水電解質電池用電極、非水電解質電池及び電池パックに関する。 Embodiments of the present invention relate to electrode active materials for non-aqueous electrolyte batteries, electrodes for non-aqueous electrolyte batteries, non-aqueous electrolyte batteries, and battery packs.

近年、スマートフォンやタブレットなどに代表される小型携帯端末の急速な普及により、それらを駆動させる小型でエネルギー密度の高い電池に対する要求が高まっている。一方、EVやPHEVなどに代表される電池搭載自動車も普及しつつあり、大型電池についてもエネルギー密度の向上が求められている。小型携帯端末搭載電池および自動車等の車両搭載電池など、いずれもリチウムイオン電池の適用が検討されている。一般に、リチウムイオン電池の負極には黒鉛系材料が用いられている。黒鉛系材料の理論容量は372mAh/g(LiC6)であり、現状、ほぼ限界にきている。さらなるエネルギー密度の向上には、新しい電極材の開発が必要である。特に、負極材として、炭素、リチウムに次いで電位が低く、電気化学当量の小さい、ケイ素、スズなどのリチウムと合金化する材料系が注目されている。
中でもケイ素はケイ素原子1に対して4.4の比率までリチウム原子を吸蔵することができ、理論的には黒鉛系炭素材料の約10倍の容量をもたせることができる。しかし、ケイ素粒子はリチウムを吸蔵すると体積がおよそ3〜4倍に膨張するため、充放電の繰り返しにより粒子自体が割れて微粉化したり、電極を構成する他の部材に影響を及ぼしたりするなどの問題を有している。そこでケイ素の周囲を導電性炭素質物で覆うことによりケイ素粒子の体積膨張を抑制試みや、ケイ素を単独ではなくケイ素化合物として用いることが提案されている。
In recent years, with the rapid spread of small mobile terminals such as smartphones and tablets, there is an increasing demand for small batteries with high energy density to drive them. On the other hand, battery-equipped vehicles such as EVs and PHEVs are becoming widespread, and improvement of energy density is also required for large batteries. The application of lithium-ion batteries is being considered for both batteries mounted on small mobile terminals and batteries mounted on vehicles such as automobiles. Generally, a graphite-based material is used for the negative electrode of a lithium ion battery. The theoretical capacity of the graphite-based material is 372 mAh / g (LiC6), which is almost the limit at present. In order to further improve the energy density, it is necessary to develop a new electrode material. In particular, as a negative electrode material, a material system that has a low potential next to carbon and lithium and has a small electrochemical equivalent and alloys with lithium such as silicon and tin is attracting attention.
Among them, silicon can occlude lithium atoms up to a ratio of 4.4 to 1 silicon atom, and theoretically can have a capacity about 10 times that of a graphite-based carbon material. However, since the volume of silicon particles expands about 3 to 4 times when lithium is occluded, the particles themselves crack and become finer due to repeated charging and discharging, and affect other members that make up the electrode. I have a problem. Therefore, it has been proposed to try to suppress the volume expansion of silicon particles by covering the periphery of silicon with a conductive carbonaceous material, or to use silicon as a silicon compound instead of alone.

例えば、ケイ素と酸素の化合物であるケイ素酸化物は、加熱による不均化処理、あるいは化学的・電気化学的還元反応により、ケイ素酸化物中および表面にナノサイズのケイ素粒子を析出させることができる。これにより、ケイ素粒子がケイ素酸化物に固定化され、ケイ素粒子の粒成長や脱落を防止することができる。さらに、ケイ素酸化物を炭素質物で被覆することにより、ケイ素酸化物に電子伝導性を賦与するとともに、ケイ素酸化物からケイ素粒子が脱落するのを抑制することができる。しかし、元来ケイ素酸化物は化学的に安定であり、ケイ素酸化物中よりケイ素粒子を析出する場合、十分な容量とサイクル寿命を得るのが困難である。 For example, silicon oxide, which is a compound of silicon and oxygen, can precipitate nano-sized silicon particles in and on the surface of silicon oxide by disproportionation treatment by heating or chemical / electrochemical reduction reaction. .. As a result, the silicon particles are immobilized on the silicon oxide, and grain growth and shedding of the silicon particles can be prevented. Further, by coating the silicon oxide with a carbonaceous material, it is possible to impart electron conductivity to the silicon oxide and suppress the silicon particles from falling off from the silicon oxide. However, the silicon oxide is originally chemically stable, and it is difficult to obtain a sufficient capacity and cycle life when silicon particles are precipitated from the silicon oxide.

国際公開第2014/119238号International Publication No. 2014/11928

本発明が解決しようとする課題は、放電容量とサイクル特性に優れる非水電解質電池用電極活物質、非水電解質電池用電極、非水電解質電池及び電池パックを提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide an electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery, an electrode for a non-aqueous electrolyte battery, a non-aqueous electrolyte battery, and a battery pack having excellent discharge capacity and cycle characteristics.

実施形態の非水電解質電池用電極活物質は、SiOx(1.8≦x≦2.2)で表されるケイ素酸化物粒子と、炭素材料とを持つ。ケイ素酸化物粒子は、炭素材料に分散されている。ケイ素酸化物粒子は、全反射測定法(Attenuated Total Reflection:ATR)により測定した赤外吸収スペクトル(IRスペクトル)において、800〜820cm−1の範囲に最大値を持つ第1のピーク、1030〜1050cm−1の範囲に最大値を持つ第2のピーク、1085〜1115cm−1の範囲に最大値を持つ第3のピーク、および1160〜1210cm−1の範囲に最大値を持つ第4のピークを有する。前記第2のピークの面積は、前記第1〜第4のピークの面積の合計に対して10%以上75%以下の範囲にある。ケイ素酸化物粒子は、粒径が20nm以上100nm未満の範囲にある第1の領域、および粒径が100nm以上600nm以下の範囲にある第2の領域のそれぞれにピークを有する粒度分布を有する。 The electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery of the embodiment has silicon oxide particles represented by SiOx (1.8 ≦ x ≦ 2.2) and a carbon material. The silicon oxide particles are dispersed in the carbon material. The silicon oxide particles are the first peak having a maximum value in the range of 800 to 820 cm -1 in the infrared absorption spectrum (IR spectrum) measured by the total reflection measurement method (Attenuated Total Reflection: ATR), 1030 to 50 cm. It has a second peak with a maximum value in the range of -1 , a third peak with a maximum value in the range of 1085-1115 cm -1 , and a fourth peak with a maximum value in the range of 1160-1210 cm -1. .. The area of the second peak is in the range of 10% or more and 75% or less with respect to the total area of the first to fourth peaks. The silicon oxide particles have a particle size distribution having peaks in each of a first region having a particle size in the range of 20 nm or more and less than 100 nm and a second region having a particle size in the range of 100 nm or more and 600 nm or less.

第2の実施形態に係る電極の概念図。The conceptual diagram of the electrode which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る非水電解質電池の一例を示す断面図。The cross-sectional view which shows an example of the non-aqueous electrolyte battery which concerns on 3rd Embodiment. 図2中に示したA部の拡大断面図。An enlarged cross-sectional view of part A shown in FIG. 第3の実施形態に係る非水電解質電池の他の例を示す部分切欠斜視図。A partially cutaway perspective view showing another example of the non-aqueous electrolyte battery according to the third embodiment. 図4中に示したB部の拡大断面図。The enlarged sectional view of the part B shown in FIG. 第4の実施形態に係る電池パックの概念図。The conceptual diagram of the battery pack which concerns on 4th Embodiment. 第4の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。The block diagram which shows the electric circuit of the battery pack which concerns on 4th Embodiment. ATR法により測定したIRスペクトルを示す図。The figure which shows the IR spectrum measured by the ATR method.

以下、実施形態の非水電解質電池用電極活物質、非水電解質電池用電極、非水電解質電池及び電池パックを、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery, the electrode for a non-aqueous electrolyte battery, the non-aqueous electrolyte battery, and the battery pack of the embodiment will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
第1の実施形態では、非水電解質電池用電極活物質が提供される。以下、本実施形態の非水電解質電池用電極活物質を、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、本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。また、活物質を用いた電極は、非水電解質二次電池に用いるものとして説明するが、実施形態の活物質を用いる電極は、様々な電池に用いることができる。
(First Embodiment)
In the first embodiment, an electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery is provided. Hereinafter, the electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment will be described as an active material used for the active material mixture layer of the negative electrode of the non-aqueous electrolyte battery, but the active material of the present embodiment is the active material mixture of the positive electrode. It can also be used as an active material used for layers. Further, although the electrode using the active material will be described as being used for the non-aqueous electrolyte secondary battery, the electrode using the active material of the embodiment can be used for various batteries.

第1の実施形態の非水電解質電池用電極活物質は、SiOx(1.8≦x≦2.2)で表されるケイ素酸化物粒子と炭素材料とを含む複合粒子である。
ケイ素酸化物中のSi−O結合は鎖状・環状構造を形成し、透過IRスペクトルにおいて特徴的な吸収を発現することが知られている。発明者は、各種ケイ素酸化物を検討するなかで、以下の特徴を有するケイ素酸化物粒子は非水電解質電池用電極活物質の材料として好ましいことを見出した。
すなわち、本実施形態で使用するケイ素酸化物粒子は、ATR法により測定したIRスペクトルにおいて、800〜820cm−1の範囲に最大値を持つ第1のピーク、1030〜1050cm−1の範囲に最大値を持つ第2のピーク、1085〜1115cm−1の範囲に最大値を持つ第3のピーク、および1160〜1210cm−1の範囲に最大値を持つ第4のピークを有し、前記第2のピークの面積は、前記第1〜第4のピークの面積の合計に対して10%以上75%以下の範囲である。この第1〜第4のピークの面積の合計に対する第2のピークの面積の割合は、好ましくは、20%以上65%以下の範囲であり、さらに好ましくは30%以上55%以下の範囲である。
The electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery of the first embodiment is a composite particle containing silicon oxide particles represented by SiOx (1.8 ≦ x ≦ 2.2) and a carbon material.
It is known that the Si—O bond in the silicon oxide forms a chain / cyclic structure and exhibits a characteristic absorption in the transmitted IR spectrum. In examining various silicon oxides, the inventor has found that silicon oxide particles having the following characteristics are preferable as a material for an electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery.
That is, the silicon oxide particles used in the present embodiment have a first peak having a maximum value in the range of 800 to 820 cm -1 in the IR spectrum measured by the ATR method, and a maximum value in the range of 1030 to 1050 cm -1. The second peak has a second peak with a maximum value in the range of 1085 to 1115 cm -1 , a third peak having a maximum value in the range of 1160 to 1210 cm -1 , and a fourth peak having a maximum value in the range of 1160 to 1210 cm -1. The area of is in the range of 10% or more and 75% or less with respect to the total area of the first to fourth peaks. The ratio of the area of the second peak to the total area of the first to fourth peaks is preferably in the range of 20% or more and 65% or less, and more preferably in the range of 30% or more and 55% or less. ..

ATR法により測定したケイ素酸化物粒子のIRスペクトルの一例について図8を用いて説明する。測定後のIRスペクトルは、第1〜4の4つのピークが重なり合っているが、このIRスペクトルから、縦軸吸光度、横軸波数(リニア)のチャートを描き、600〜1500cm−1の領域のスペクトルを抽出し、900cm−1および1300cm−1の吸光度をベースラインとして補正して基本となるIスペクトルを得る(図8において「IRスペクトル」と称して示す)。次に、このIRスペクトルをガウス関数でピーク分離することにより、800〜820cm−1、1030〜1050cm−1、1085〜1115cm−1、および1160〜1210cm−1のそれぞれの波長範囲に最大値を持つ4つのピークに分離することができる(それぞれ図8において「第1のピーク」、「第2のピーク」、「第3のピーク」、「第4のピーク」と称して示す)。第2のピーク面積は、第1のピークから第4のピークの4つのピーク面積の合計値に対する割合に換算される。 An example of the IR spectrum of the silicon oxide particles measured by the ATR method will be described with reference to FIG. In the IR spectrum after measurement, the four peaks 1 to 4 overlap, and from this IR spectrum, a chart of the vertical axis absorbance and the horizontal axis wave number (linear) is drawn, and the spectrum in the region of 600 to 1500 cm -1 is drawn. extracting, obtaining the I spectrum underlying corrects the absorbance of 900 cm -1 and 1300 cm -1 as a baseline (indicating referred to as "IR spectrum" in FIG. 8). Then, by peaks separating the IR spectrum with a Gaussian function, 800~820cm -1, 1030~1050cm -1, with a maximum value in each of the wavelength range of 1085~1115Cm -1, and 1160~1210Cm -1 It can be separated into four peaks (referred to as "first peak", "second peak", "third peak", and "fourth peak" in FIG. 8 respectively). The second peak area is converted into a ratio to the total value of the four peak areas from the first peak to the fourth peak.

ケイ素酸化物粒子のIRスペクトルは、600〜1500cm−1の領域のスペクトルを抽出し、縦軸吸光度、横軸波数(リニア)のチャートを描いた際、最大ピークの吸光度を1とした場合の900cm−1および1300cm−1における吸光度は0.1以下であることが好ましい。最大ピークの吸光度を1とした場合の900cm−1および1300cm−1における吸光度が0.1を越える場合、第1〜第4のピークとは異なるピークが重なっていることを表しており、十分な特性を得ることができないおそれがある。最大ピークの吸光度を1とした場合の900cm−1および1300cm−1における吸光度のさらに好ましい値は、0.05以下である。 The IR spectrum of the silicon oxide particles is 900 cm when the spectrum in the region of 600 to 1500 cm -1 is extracted and the vertical axis absorbance and horizontal axis wavenumber (linear) charts are drawn and the maximum peak absorbance is 1. The absorbance at -1 and 1300 cm -1 is preferably 0.1 or less. If the absorbance at 900 cm -1 and 1300 cm -1 in the case where the absorbance of the maximum peak was 1 exceeds 0.1, represents that overlap different peaks from the first to fourth peak, sufficient There is a risk that the characteristics cannot be obtained. Further preferred values for the absorbance at 900 cm -1 and 1300 cm -1 in the case where the absorbance of the maximum peak was 1 is 0.05 or less.

一般的なケイ素酸化物中のSi−O結合は、IRスペクトルにおいて、1010〜1020cm−1、1080〜1090cm−1、1050〜1080cm−1、1020〜1090cm−1の領域に最大値を有する4つのピークを有することが知られており、各々三員環状Si−O伸縮振動、四員環状Si−O伸縮振動、大環状Si−O伸縮振動、鎖状Si−O伸縮振動に帰属される。本実施形態で使用するケイ素酸化物粒子は一般的なケイ素酸化物と異なる位置にピークを有するものであり、各々のピークの由来は明確ではないが、環状Si−O伸縮振動および鎖状Si−O伸縮振動に由来するもと考えられる。 Si-O bond of a general silicon oxide is in the IR spectrum, 1010~1020cm -1, 1080~1090cm -1, 1050~1080cm -1, 4 one having the maximum value in the region of 1020~1090Cm -1 It is known to have a peak, and is attributed to three-membered annular Si-O expansion and contraction vibration, four-membered annular Si-O expansion and contraction vibration, large annular Si-O expansion and contraction vibration, and chain Si-O expansion and contraction vibration, respectively. The silicon oxide particles used in this embodiment have peaks at positions different from those of general silicon oxide, and the origin of each peak is not clear, but cyclic Si-O expansion and contraction vibration and chain Si- It is also considered to be derived from O expansion / contraction vibration.

ケイ素酸化物粒子は、第1〜4のピーク形状が互いに異なる2種類以上のケイ素酸化物粒子の混合物であってもよい。 The silicon oxide particles may be a mixture of two or more types of silicon oxide particles having different peak shapes 1 to 4.

また、LiSiOなどのリチウムシリケートが、ケイ素酸化物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.

ケイ素酸化物、炭素材料とともに、リチウム化合物が添加されていてもよい。これらの物質を炭素材料中に加えることでケイ素酸化物と炭素材料と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。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。 A lithium compound may be added together with the silicon oxide and the carbon material. By adding these substances to the carbon material, the bond between the silicon oxide and the carbon material is strengthened, and Li 4 SiO 4 having excellent lithium ion conductivity is formed in the silicon oxide phase. Examples of the lithium compound include lithium carbonate, lithium oxide, lithium hydroxide, lithium oxalate, lithium chloride and the like.

ケイ素酸化物粒子は、リンやホウ素などの微量元素を含んでいても構わない。
ケイ素酸化物粒子は、組成がSiOx(1.8≦x≦2.2)で表される範囲において、内部にケイ素ナノ粒子が析出したものが好ましい。ケイ素ナノ粒子は、リチウムの吸蔵と放出を繰り返すたびに体積変化を生じる。この体積変化は活物質の崩壊を引き起こす恐れがある。そのため、できるだけ微細なサイズにすることが好ましい。ケイ素ナノ粒子の粒径は、2nm以上150nm以下にすることが好ましい。2nmより小さいものは実質的に製造が困難であり、150nmより大きいと充放電の繰り返しにより粒子そのものが微粉化してしまう恐れがあるからである。これらケイ素ナノ粒子は、周りをケイ素酸化物で被覆された構造をとる。
The silicon oxide particles may contain trace elements such as phosphorus and boron.
The silicon oxide particles are preferably those in which silicon nanoparticles are precipitated in the range in which the composition is represented by SiOx (1.8 ≦ x ≦ 2.2). Silicon nanoparticles undergo a volume change each time they repeatedly occlude and release lithium. This volume change can cause the active material to collapse. Therefore, it is preferable to make the size as fine as possible. The particle size of the silicon nanoparticles is preferably 2 nm or more and 150 nm or less. This is because those having a size smaller than 2 nm are practically difficult to produce, and those having a size larger than 150 nm may be finely divided by repeated charging and discharging. These silicon nanoparticles have a structure in which the periphery is coated with a silicon oxide.

ケイ素酸化物粒子を構成するケイ素酸化物は、充電時のリチウム挿入にともなう体積膨張を緩和する能力を有し、また充放電サイクルにおけるケイ素ナノ粒子同士の成長および脱落を防ぐことができることから、非晶質であることが好ましい。
ケイ素酸化物粒子中には、結晶質のケイ素酸化物相が含まれていても構わない。
The silicon oxide constituting the silicon oxide particles has the ability to alleviate the volume expansion due to the insertion of lithium during charging, and can prevent the growth and dropout of the silicon nanoparticles in the charge / discharge cycle. It is preferably crystalline.
The silicon oxide particles may contain a crystalline silicon oxide phase.

ケイ素酸化物粒子は、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、平均粒径が5nm以上600nm以下の粒子サイズにて分散されていることが好ましい。ケイ素酸化物粒子はまた、粒径が20nm以上100nm未満の範囲にある第1の領域、および粒径が100nm以上600nm以下の範囲にある第2の領域のそれぞれにピークを有する粒度分布を有することが好ましい。
サイクル特性を考慮した場合、平均粒径をこの範囲にしておくと大きな劣化がなく、安定した充放電特性が得られるからである。ここでいう平均粒径とは、電極断面をイオンミリング加工し、又は、ケイ素酸化物粒子の粉末を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscopy)もしくは透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscopy)にて20000倍以上の倍率で観察した時に、視野の対角線上に存在する粒子を20個以上選択し、その平均径として求めることができる。粒子径とは二次元画像における一つの粒子の長径と短径の平均値をいう。ケイ素ナノ粒子の平均直径(粒子径)の測定方法は、ケイ素酸化物粒子の平均一次粒径の測定方法と同様である。
Silicon oxide particles have a large expansion and contraction when lithium is occluded and released, and it is preferable that the silicon oxide particles are as finely divided and dispersed as possible in order to relieve this stress. As a specific example, it is preferable that the particles are dispersed in a particle size having an average particle size of 5 nm or more and 600 nm or less. The silicon oxide particles also have a particle size distribution having peaks in each of a first region having a particle size in the range of 20 nm or more and less than 100 nm and a second region having a particle size in the range of 100 nm or more and 600 nm or less. Is preferable.
This is because, when the cycle characteristics are taken into consideration, if the average particle size is set in this range, there is no significant deterioration and stable charge / discharge characteristics can be obtained. The average particle size referred to here means that the cross section of the electrode is ion-milled, or the powder of silicon oxide particles is subjected to a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). When observed at a magnification of 20000 times or more, 20 or more particles existing on the diagonal line of the visual field can be selected and obtained as the average diameter thereof. The particle size is the average value of the major axis and the minor axis of one particle in a two-dimensional image. The method for measuring the average diameter (particle size) of the silicon nanoparticles is the same as the method for measuring the average primary particle size of the silicon oxide particles.

本実施形態の非水電解質電池用電極活物質は、ケイ素酸化物粒子を40質量%以上80質量%以下の範囲にて含むことが好ましい。非水電解質電池用活物質中のケイ素酸化物粒子が40質量%未満の場合、高容量化の効果が十分でないおそれがある。非水電解質電池用活物質中のケイ素酸化物粒子が80質量%を越える場合、導電性を賦与する炭素が不足し、ケイ素酸化物が十分に機能しないおそれがある。 The electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment preferably contains silicon oxide particles in a range of 40% by mass or more and 80% by mass or less. If the amount of silicon oxide particles in the active material for a non-aqueous electrolyte battery is less than 40% by mass, the effect of increasing the capacity may not be sufficient. When the silicon oxide particles in the active material for a non-aqueous electrolyte battery exceed 80% by mass, the carbon that imparts conductivity may be insufficient, and the silicon oxide may not function sufficiently.

本実施形態において用いる炭素材料としては、グラファイト、ハードカーボン、ソフトカーボン、アモルファス炭素またはアセチレンブラックなどの炭素質物のうちのいずれか1種以上を用いることが好ましい。グラファイトは活物質の導電性を高め、容量を向上させる点で、好ましい。炭素材料は、粉末X線回折法によって測定される結晶面間隔d002が、0.337nm以上0.430nm以下の範囲にあることが好ましい。炭素材料において、粉末X線回折法によって測定される結晶面間隔d002が0.337nm未満の場合、結晶性が高くなり、充放電に伴うケイ素酸化物の体積変化により、グラファイトの層構造が劈開し、非水電解質電池用活物質が塑性変形する可能性がある。結晶面間隔d002が0.430を越える場合、十分な導電性が得られず、容量が低下してしまうおそれがある。より好ましくは非晶質炭素である。非晶質炭素は、グラファイトの平面構造が発達しておらず、グラファイトと比較して層構造が劈開しにくい。また、グラファイトと比較して充放電時の体積変化が少ないため、非水電解質電池用活物質の体積変化を抑制することができる。 As the carbon material used in the present embodiment, it is preferable to use any one or more of carbonaceous materials such as graphite, hard carbon, soft carbon, amorphous carbon and acetylene black. Graphite is preferable in that it increases the conductivity of the active material and increases the capacity. The carbon material preferably has a crystal plane spacing d002 measured by powder X-ray diffraction in the range of 0.337 nm or more and 0.430 nm or less. In the carbon material, when the crystal plane spacing d002 measured by the powder X-ray diffraction method is less than 0.337 nm, the crystallinity becomes high, and the layer structure of graphite is cleaved by the volume change of the silicon oxide due to charging and discharging. , The active material for non-aqueous electrolyte batteries may be plastically deformed. If the crystal plane spacing d002 exceeds 0.430, sufficient conductivity may not be obtained and the capacitance may decrease. More preferably, it is amorphous carbon. Amorphous carbon does not have a well-developed planar structure of graphite, and its layer structure is less likely to cleavage than graphite. Further, since the volume change during charging / discharging is smaller than that of graphite, the volume change of the active material for a non-aqueous electrolyte battery can be suppressed.

本実施形態の非水電解質電池用電極活物質は、SiOy(y≦0.2)で表される組成を有するケイ素粒子を含んでいてもよい。ケイ素酸化物粒子の平均粒径をD1、ケイ素粒子の平均粒径をD2としたとき、D2とD1との比であるD2/D1は0.5以上0.8以下の範囲にあることが好ましい。SiOy(y≦0.2)で表される組成を有するケイ素粒子は、初回充放電時の非可逆容量が少ないため好ましい。ケイ素粒子の含有量は、0.1質量%以上10質量%以下の範囲にあることが好ましい。0.1質量%を下回ると容量増大の効果が十分でない場合がある。10質量%を上回ると、充放電時の体積変化により非水電解質電池用活物質が塑性変形する可能性がある。 The electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment may contain silicon particles having a composition represented by SiOy (y ≦ 0.2). When the average particle size of the silicon oxide particles is D1 and the average particle size of the silicon particles is D2, D2 / D1, which is the ratio of D2 to D1, is preferably in the range of 0.5 or more and 0.8 or less. .. Silicon particles having a composition represented by SiOy (y ≦ 0.2) are preferable because they have a small lossy capacity at the time of initial charge / discharge. The content of the silicon particles is preferably in the range of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less. If it is less than 0.1% by mass, the effect of increasing the capacity may not be sufficient. If it exceeds 10% by mass, the active material for a non-aqueous electrolyte battery may be plastically deformed due to a volume change during charging and discharging.

本実施形態の非水電解質電池用電極活物質はまた、炭化ケイ素を含んでいてもよい。炭化ケイ素は、導電性を有し、劈開することがないため好ましい。炭化ケイ素の含有量は、1質量%以上5質量%以下の範囲にあることが好ましい。1質量%を下回ると導電性向上の効果が十分でない場合がある。5質量%を上回ると、相対的に炭素材料の含有量が減少し、導電性が低下してしまうおそれがある。 The electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment may also contain silicon carbide. Silicon carbide is preferable because it has conductivity and does not cleave. The content of silicon carbide is preferably in the range of 1% by mass or more and 5% by mass or less. If it is less than 1% by mass, the effect of improving conductivity may not be sufficient. If it exceeds 5% by mass, the content of the carbon material is relatively reduced, and the conductivity may be lowered.

本実施形態の非水電解質電池用電極活物質はさらに、前記炭素材料とは異なる繊維状炭素質物や微細な空隙を含んでいてもよい。炭素材料とは異なる繊維状炭素質物としては、カーボンナノファイバーやカーボンナノチューブなどの炭素質物が挙げられる。繊維状炭素質物の直径は、平均直径が10nm以上1000nm以下であることが好ましい。繊維状炭素質物の含有量は0.1質量%以上8質量%以下の範囲であることが好ましい。8質量%を超えると、比表面積が大きいため、それを包む炭素材料相もより多く必要になり、結果としてケイ素酸化物含有量が減るおそれがある。より好ましくは0.5質量%以上5質量%以下である。微細な空隙としては、直径が10nm以上10μm以下が好ましい。 The electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment may further contain a fibrous carbonaceous material different from the carbon material and fine voids. Examples of the fibrous carbonaceous material different from the carbon material include carbonaceous materials such as carbon nanofibers and carbon nanotubes. The diameter of the fibrous carbonaceous material preferably has an average diameter of 10 nm or more and 1000 nm or less. The content of the fibrous carbonaceous material is preferably in the range of 0.1% by mass or more and 8% by mass or less. If it exceeds 8% by mass, since the specific surface area is large, a larger amount of carbon material phase is required to enclose it, and as a result, the silicon oxide content may decrease. More preferably, it is 0.5% by mass or more and 5% by mass or less. The fine voids preferably have a diameter of 10 nm or more and 10 μm or less.

次に、第1の実施形態に係る非水電解質電池用電極活物質の製造方法について説明する。まず、ケイ素酸化物粒子を製造する方法について説明する。ケイ素酸化物粒子は様々な方法で得ることができる。中でも、沈殿法、ゲル法、ゾルゲル法、スプレードライ法など湿式法によりケイ素酸化物前駆体粒子を形成し、600℃以上1100℃以下で加熱することにより、IRスペクトルにおいて、800〜820cm−1、1030〜1050cm−1、1085〜1115cm−1、および1160〜1210cm−1の領域に4つのピークを有するケイ素酸化物粒子を得ることができる。 Next, a method for producing an electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery according to the first embodiment will be described. First, a method for producing silicon oxide particles will be described. Silicon oxide particles can be obtained by various methods. Among them, silicon oxide precursor particles are formed by a wet method such as a precipitation method, a gel method, a sol-gel method, and a spray dry method, and heated at 600 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower in an IR spectrum of 800 to 820 cm -1 . Silicon oxide particles having four peaks in the regions 1030-1050 cm -1 , 1085-1115 cm -1 , and 1160-1210 cm -1 can be obtained.

また、非晶質で、かつ上記の4つのピークの有するケイ素酸化物粒子は、アルコキシシランの加水分解などのゾルゲル法、アルカリ性ケイ酸水溶液からの酸中和沈殿/ゲル法、あるいは加熱溶融したケイ素酸化物を急冷することにより得ることができる。アルコキシシランとしては、テトラエトキシシランやテトライソプロポキシシランなどを、酸性〜中性の水に投入し、得られた沈殿物を800〜1100℃に加熱することにより得ることができる。アルカリ性ケイ酸としては、ケイ酸ナトリウムを水に溶解し、塩酸や硝酸を加え、得られた沈殿物を800〜1100℃に加熱することにより得ることができる。 Further, the silicon oxide particles that are amorphous and have the above four peaks are sol-gel method such as hydrolysis of alkoxysilane, acid neutralization precipitation / gel method from alkaline silicic acid aqueous solution, or heat-melted silicon. It can be obtained by quenching the oxide. As the alkoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, or the like can be obtained by putting it in acidic to neutral water and heating the obtained precipitate to 800 to 1100 ° C. The alkaline silicic acid can be obtained by dissolving sodium silicate in water, adding hydrochloric acid or nitric acid, and heating the obtained precipitate to 800 to 1100 ° C.

次に、ケイ素酸化物粒子と炭素材料とを複合化する方法(複合化処理)について説明する。
複合化処理においては、ケイ素酸化物粒子と、黒鉛などの炭素材料および炭素材料前駆体からなる有機材料を混合し複合体を形成する。混合は、連続式ボールミルや遊星ボールミル等を用いて行うことができる。有機材料としては、グラファイト、コークス、低温焼成炭、ピッチ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できる。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。
Next, a method of compositing the silicon oxide particles and the carbon material (composite treatment) will be described.
In the compounding treatment, the silicon oxide particles are mixed with a carbon material such as graphite and an organic material composed of a carbon material precursor to form a composite. Mixing can be performed using a continuous ball mill, a planetary ball mill, or the like. As the organic material, at least one of carbon materials such as graphite, coke, low-temperature calcined charcoal, and pitch, and carbon material precursors can be used. In particular, those that are melted by heating, such as pitch, are melted during the mechanical milling process and the compounding does not proceed well. Therefore, it is preferable to mix and use coke, graphite, and other non-melting materials.

液相での混合攪拌により複合化を行う方法を以下に説明する。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。ケイ素酸化物粒子と炭素材料前駆体および炭素材料との複合化は分散媒を用いた液中で液相混合を行うと良い。より均一に分散させるためである。分散媒としては有機溶媒、水等を用いることができるが、ケイ素酸化物粒子と炭素材料前駆体および炭素材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、メチルエチルケトン、酢酸エチル、N−メチルピロリドンなどを挙げることができる。 The method of compounding by mixing and stirring in the liquid phase will be described below. The mixing and stirring process can be performed by, for example, various stirring devices, ball mills, bead mill devices, and combinations thereof. For the composite of the silicon oxide particles with the carbon material precursor and the carbon material, it is preferable to perform liquid phase mixing in a liquid using a dispersion medium. This is to disperse more evenly. 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 with both the silicon oxide particles and the carbon material precursor and the carbon material. Specific examples include ethanol, acetone, isopropyl alcohol, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, N-methylpyrrolidone and the like.

炭素材料前駆体はケイ素酸化物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、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、フェノール樹脂、レゾール樹脂、スクロースなどの有機材料が挙げられる。液相で混合を行った材料は、固化あるいは乾燥工程を経て炭素被覆ケイ素酸化物粒子−有機材料複合化物を形成する。 The carbon material precursor is preferably soluble in a liquid or dispersion medium at the mixing stage in order to be uniformly mixed with the silicon oxide, and particularly preferably a liquid and easily polymerizable monomer or oligomer. For example, organic materials such as furan resin, xylene resin, ketone resin, amino resin, melamine resin, urea resin, aniline resin, urethane resin, polyimide resin, polyester resin, phenol resin, resol resin, and sculose can be mentioned. The material mixed in the liquid phase undergoes a solidification or drying step to form a carbon-coated silicon oxide particle-organic material composite.

有機材料として炭素材料前駆体を用いた場合は、炭素材料前駆体を炭化させる炭化焼成が必要である。炭化焼成は、Ar等の不活性雰囲気下にて行なわれる。炭化焼成においては、ケイ素酸化物粒子−有機材料複合化物中のポリマーまたはピッチ等の炭素材料前駆体が炭化される。この炭化焼成の温度は、使用する有機材料化合物の熱分解温度にもよって変動するが、適正な範囲として700℃以上1300℃以下であることが好ましい。ケイ素酸化物粒子の粒子径にもよるが、1300℃より高い温度では、炭化ケイ素の生成が過剰に進行し、容量が低下してしまうおそれがあるため、好ましくない。焼成時間は、焼成の温度にもよるが、10分から12時間の範囲であることが好ましい。 When a carbon material precursor is used as the organic material, carbonization firing is required to carbonize the carbon material precursor. Carbonization firing is performed in an inert atmosphere such as Ar. In carbonization firing, carbon material precursors such as polymers or pitches in silicon oxide particle-organic material composites are carbonized. The temperature of this carbonization firing varies depending on the thermal decomposition temperature of the organic material compound used, but it is preferably 700 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower as an appropriate range. Although it depends on the particle size of the silicon oxide particles, a temperature higher than 1300 ° C. is not preferable because the formation of silicon carbide may proceed excessively and the capacity may decrease. The firing time is preferably in the range of 10 minutes to 12 hours, although it depends on the firing temperature.

以上のような合成方法により本実施形態に係る非水電解質電池用電極活物質が得られる。炭化焼成後の生成物は各種ミル、粉砕装置、グラインダー等を用いて粒径、比表面積等を調製してもよい。
ケイ素酸化物粒子は、一部が結晶質であっても構わない。結晶質ケイ素酸化物は、複合化処理の際に、非晶質ケイ素酸化物とともに炭素材料と炭素材料前駆体とを複合化してもよいし、非晶質ケイ素酸化物を製造する際に、ケイ素酸化物前駆体とともに非晶質ケイ素酸化物製造工程に加えてもよい。
The electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery according to the present embodiment can be obtained by the above synthesis method. The product after carbonization and firing may have a particle size, a specific surface area, and the like adjusted by using various mills, crushers, grinders, and the like.
The silicon oxide particles may be partially crystalline. The crystalline silicon oxide may be a composite of a carbon material and a carbon material precursor together with the amorphous silicon oxide in the compounding treatment, or silicon in the production of the amorphous silicon oxide. It may be added to the amorphous silicon oxide production process together with the oxide precursor.

以上のようにして得られた本実施形態の非水電解質電池用電極活物質(複合粒子)は、一次粒子の平均粒径(平均一次粒子径)が0.1μm以上50μm以下の範囲にあることが好ましい。この平均粒径が0.1μmより小さいと、比表面積が大きくなり、その分だけ電極化する際に多くの結着剤が必要となってしまう。一方、この平均粒径が50μmより大きいと、電極化した時に意図しない空間が形成され易く、結果として体積あたりの容量の低下を引き起こす。また、粗大な粒子は塗工プロセスにおいて障害になる。より好ましくは0.2μm以上20μm以下の範囲である。この大きさの複合粒子は、たとえば、いったん複合化した粒子を粉砕・分級して得ることができる。方法はこれに限ったものではなく、スプレードライ法など最初から小さい粒子製造を狙って作製しても構わない。複合粒子の平均粒子径の測定方法は、ケイ素酸化物粒子の平均粒径の測定方法と同様である。 The electrode active material (composite particles) for a non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment obtained as described above has an average particle size (average primary particle size) of the primary particles in the range of 0.1 μm or more and 50 μm or less. Is preferable. If the average particle size is smaller than 0.1 μm, the specific surface area becomes large, and a large amount of binder is required for electrodeification. On the other hand, if the average particle size is larger than 50 μm, an unintended space is likely to be formed when the electrode is formed, resulting in a decrease in volume per volume. Also, coarse particles are an obstacle in the coating process. More preferably, it is in the range of 0.2 μm or more and 20 μm or less. Composite particles of this size can be obtained, for example, by crushing and classifying particles once composited. The method is not limited to this, and may be produced with the aim of producing small particles from the beginning, such as a spray-drying method. The method for measuring the average particle size of the composite particles is the same as the method for measuring the average particle size of the silicon oxide particles.

本実施形態の非水電解質電池用電極活物質の比表面積は0.5m/g以上100m/g以下の範囲であることが好ましい。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と考えられるが、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。比表面積は、窒素ガス吸着によるBET法(Brunauer, Emmett, Teller)によって求められる。
本実施形態の水電解質電池用活物質中のケイ素酸化物相と炭素材料相の比率は、ケイ素酸化物と炭素材料の質量比で0.2≦ケイ素酸化物/炭素材料≦2の範囲にあるのが好ましい。この範囲であれば、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からである。
The specific surface area of the electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment is preferably in the range of 0.5 m 2 / g or more and 100 m 2 / g or less. The particle size and specific surface area affect the speed of the lithium insertion / removal reaction and are considered to have a large effect on the negative electrode characteristics, but if the values are in this range, the characteristics can be stably exhibited. The specific surface area is determined by the BET method (Brunauer, Emmett, Teller) by adsorbing nitrogen gas.
The ratio of the silicon oxide phase to the carbon material phase in the active material for the water electrolyte battery of the present embodiment is in the range of 0.2 ≤ silicon oxide / carbon material ≤ 2 in terms of the mass ratio of the silicon oxide to the carbon material. Is preferable. This is because, within this range, a large capacity and good cycle characteristics can be obtained as an active material.

以上説明した本実施形態によれば、非水電解質電池用電極活物質を提供することができる。
本実施形態に係る非水電解質電池用電極活物質は、SiOx(1.8≦x≦2.2)で表されるケイ素酸化物粒子と、炭素材料とを含む複合粒子である。ケイ素酸化物粒子は、ATR法により測定したIRスペクトルにおいて、800〜820cm−1の範囲に最大値を持つ第1のピーク、1030〜1050cm−1の範囲に最大値を持つ第2のピーク、1085〜1115cm−1の範囲に最大値を持つ第3のピーク、および1160〜1210cm−1の範囲に最大値を持つ第4のピークを有し、第2のピークの面積は、第1〜第4のピークの面積の合計に対して10%以上75%以下の範囲にある。本実施形態に係る非水電解質電池用電極活物質は、ケイ素酸化物粒子が、上記のIRスペクトルを示す特徴的な表面構造を有するので、優れた放電容量とサイクル特性を示すと推察される。
According to the present embodiment described above, it is possible to provide an electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery.
The electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery according to the present embodiment is a composite particle containing silicon oxide particles represented by SiOx (1.8 ≦ x ≦ 2.2) and a carbon material. Silicon oxide particles in the IR spectrum measured by ATR method, a first peak having a maximum value in the range of 800~820Cm -1, a second peak having a maximum value in the range of 1030~1050cm -1, 1085 third peak having the maximum value in the range of ~1115Cm -1, and a fourth peak having the maximum value in the range of 1160~1210Cm -1, the area of the second peak, the first to fourth It is in the range of 10% or more and 75% or less with respect to the total area of the peaks of. It is presumed that the electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery according to the present embodiment exhibits excellent discharge capacity and cycle characteristics because the silicon oxide particles have a characteristic surface structure showing the above IR spectrum.

(第2の実施形態)
第2の実施形態では、非水電解質電池用電極が提供される。
第2の実施形態に係る非水電解質電池用電極は、第1実施形態の非水電解質電池用電極活物質を用いる。具体的には、本実施形態に係る非水電解質電池用電極は、集電体と、集電体の片面あるいは両面に形成されている電極合剤層とを有する。電極合剤層は、第1実施形態の非水電解質電池用電極活物質、導電剤および結着剤を含有する。
以下、本実施形態の非水電解質電池用電極を負極として説明するが、本実施形態の非水電極は正極として用いてもよい。また、以下の説明では、本実施形態に係る電極を非水電解質二次電池に用いるものとして説明するが、本実施形態に係る電極は、様々な電池に用いることができる。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, electrodes for non-aqueous electrolyte batteries are provided.
As the electrode for the non-aqueous electrolyte battery according to the second embodiment, the electrode active material for the non-aqueous electrolyte battery of the first embodiment is used. Specifically, the electrode for a non-aqueous electrolyte battery according to the present embodiment has a current collector and an electrode mixture layer formed on one side or both sides of the current collector. The electrode mixture layer contains the electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery of the first embodiment, a conductive agent, and a binder.
Hereinafter, the electrode for a non-aqueous electrolyte battery of this embodiment will be described as a negative electrode, but the non-aqueous electrode of this embodiment may be used as a positive electrode. Further, in the following description, the electrode according to the present embodiment will be described as being used for a non-aqueous electrolyte secondary battery, but the electrode according to the present embodiment can be used for various batteries.

図1を参照して、第2の実施形態に係る負極を具体的に説明する。図1は第2の実施形態に係る負極(非水電解質電池用電極)の概念図である。
図1の概念図に示すように、第2実施形態の負極100は、負極集電体101と負極合剤層102とを含む。負極合剤層102は負極集電体101上の表面に配置形成された活物質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。
The negative electrode according to the second embodiment will be specifically described with reference to FIG. FIG. 1 is a conceptual diagram of a negative electrode (electrode for a non-aqueous electrolyte battery) according to the second embodiment.
As shown in the conceptual diagram of FIG. 1, the negative electrode 100 of the second embodiment includes a negative electrode current collector 101 and a negative electrode mixture layer 102. The negative electrode mixture layer 102 is a layer of a mixture containing an active material arranged and formed on the surface of the negative electrode current collector 101. The negative electrode mixture layer 102 contains a negative electrode active material, a conductive material, and a binder. The binder joins the negative electrode mixture layer 102 and the current collector.

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。 The thickness of the negative electrode mixture layer 102 is preferably in the range of 1.0 μm or more and 150 μm or less. Therefore, when the negative electrode current collector 101 is supported on both surfaces, the total thickness of the negative electrode mixture layer 102 is in the range of 2.0 μm or more and 300 μm or less. A more preferable range of the thickness of one side is 30 μm or more and 100 μm or less. Within this range, the large current discharge characteristics and cycle life are greatly improved.

負極合剤層102を構成する導電材は、負極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。導電材としてはアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などを挙げることができる。これらの形状としては、鱗片上、破砕上、繊維状など各種用いられ、それらを1種でも、混合して使用しても何れでも良い。 The conductive material constituting the negative electrode mixture layer 102 has an effect of increasing the conductivity of the negative electrode, and is preferably dispersed in the negative electrode mixture layer 102. Examples of the conductive material include acetylene black, carbon black, and graphite. Various shapes such as scaly, crushed, and fibrous are used, and they may be used alone or in combination.

負極合剤層102を構成する結着剤は、負極活物質同士の結着性に優れ、負極合剤層102と負極集電体101との結着性に優れた材料である。結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ弗化ビニリデン(PVdF)、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸金属塩、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、ポリアラミド等を用いることができる。また、結着剤には2種またはそれ以上のものを組み合わせて用いてもよく、活物質同士の結着に優れた結着剤と活物質と集電体の結着に優れた結着剤の組み合わせや、硬度の高いものと柔軟性に優れるものを組み合わせて用いると、寿命特性に優れた負極を作製することができる。
実施形態の結着剤は、負極合剤層102と負極集電体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と負極集電体101を接合する形態でもよい。
The binder constituting the negative electrode mixture layer 102 is a material having excellent binding properties between the negative electrode active materials and excellent bonding properties between the negative electrode mixture layer 102 and the negative electrode current collector 101. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyacrylic acid, polyacrylic acid metal salt, polysaccharides such as alginic acid and cellulose, and derivatives thereof. , Ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR), polyimide, polyaramid and the like can be used. Further, two or more kinds of binders may be used in combination as the binder, and the binder having excellent binding between active materials and the binding agent having excellent binding between the active material and the current collector. A negative electrode having excellent life characteristics can be produced by using a combination of the above and a combination of a high hardness one and an excellent flexibility one.
In the binder of the embodiment, the negative electrode mixture layer 102 and the negative electrode current collector 101 are bonded, but the negative electrode mixture layer 102 and the negative electrode current collector 101 are bonded by an azole compound or the like having an amino group as a substituent. It may be in the form of

負極活物質であるケイ素酸化物粒子と炭素材料とを含む複合粒子が、結着剤とともに集電体に一体化されている場合、負極合剤層102を負極集電体101から剥離し、さらに酸素含有雰囲気下で500〜1100℃で加熱することにより結着剤と炭素材料を分解し、残ったケイ素酸化物粒子についてIRスペクトルを取得することができる。
また、ケイ素酸化物粒子と炭素材料とを含む複合粒子を有する電極が、電池内に収納され、充電履歴がある場合、電極をリチウム電位比較で上限3.0〜4.5Vの条件で定電流・定電圧放電し、負極合剤層102を負極集電体101から剥離し、さらに酸素含有雰囲気下で500〜1100℃で加熱することにより結着剤と炭素質物を分解し、残ったケイ素酸化物粒子についてIRスペクトルを取得することができる。負極集電体101が銅箔である場合、3.0V以上の電圧で放電すると銅が溶出する可能性がある。このため、負極合剤層102を負極集電体101(銅箔)から剥離し、アルミニウムないしチタン箔に密着させて電極を作成し、得られた電極をリチウム電位比較で上限3.0〜4.5Vの条件で定電流・定電圧放電し、負極合剤層102をアルミニウムないしチタン箔から剥離し、さらに酸素含有雰囲気下で500〜1100℃で加熱することにより結着剤・炭素質物を分解し、残ったケイ素酸化物粒子についてIRスペクトルを取得することができる。
When the composite particles containing the silicon oxide particles as the negative electrode active material and the carbon material are integrated with the current collector together with the binder, the negative electrode mixture layer 102 is peeled off from the negative electrode current collector 101, and further. By heating at 500 to 1100 ° C. in an oxygen-containing atmosphere, the binder and the carbon material can be decomposed, and an IR spectrum can be obtained for the remaining silicon oxide particles.
Further, when an electrode having composite particles containing silicon oxide particles and a carbon material is housed in a battery and has a charging history, the electrode is subjected to a constant current under the condition of an upper limit of 3.0 to 4.5 V in comparison with lithium potential. -Discharge at a constant voltage, peel the negative electrode mixture layer 102 from the negative electrode current collector 101, and further heat at 500 to 1100 ° C. in an oxygen-containing atmosphere to decompose the binder and carbonaceous material, and the remaining silicon oxidation. The IR spectrum can be obtained for the object particles. When the negative electrode current collector 101 is a copper foil, copper may elute when discharged at a voltage of 3.0 V or higher. Therefore, the negative electrode mixture layer 102 is peeled off from the negative electrode current collector 101 (copper foil) to be brought into close contact with an aluminum or titanium foil to prepare an electrode, and the obtained electrode is subjected to an upper limit of 3.0 to 4 in a lithium potential comparison. Decomposes the binder and carbonaceous material by discharging at a constant current and voltage under the condition of .5 V, peeling the negative electrode mixture layer 102 from the aluminum or titanium foil, and further heating at 500 to 1100 ° C. in an oxygen-containing atmosphere. Then, an IR spectrum can be obtained for the remaining silicon oxide particles.

負極合剤層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 blending ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder in the negative electrode mixture layer 102 is 57% by mass or more and 95% by mass or less for the negative electrode active material, 3% by mass or more and 20% by mass or less for the conductive agent, and the binder. It is preferable to set it in the range of 2% by mass or more and 40% by mass or less in order to obtain good large current discharge characteristics and cycle life.

実施形態の負極集電体101は、負極合剤層102と結着する導電性の部材である。負極集電体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 negative electrode current collector 101 of the embodiment is a conductive member that binds to the negative electrode mixture layer 102. As the negative electrode 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 preferably 5 μm or more and 20 μm or less. This is because the electrode strength and the weight reduction can be balanced within this range.

次に、実施形態の負極100の製造方法について説明する。
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。スラリーを負極集電体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。プレスの圧力によって、負極集電体101への負極活物質の埋め込みを調節することができる。0.2kNより低い圧力でのプレスでは、埋め込みが生じにくくなるおそれがあるため好ましくない。また、10kNより高い圧力でプレスを行うと、負極活物質や負極集電体101が割れる等の破損が生じるおそれがあるため好ましくない。従って、スラリーを乾燥させた層のプレス圧力は、0.5kN以上5kN以下が好ましい。
Next, a method of manufacturing the negative electrode 100 of the embodiment will be described.
First, the negative electrode active material, the conductive agent and the binder are suspended in a general-purpose solvent to prepare a slurry. The negative electrode 100 is produced by applying the slurry to the negative electrode current collector 101, drying the slurry, and then pressing the slurry. The embedding of the negative electrode active material in the negative electrode current collector 101 can be adjusted by the pressure of the press. Pressing at a pressure lower than 0.2 kN is not preferable because embedding may be difficult to occur. Further, pressing at a pressure higher than 10 kN is not preferable because the negative electrode active material and the negative electrode current collector 101 may be damaged such as cracking. Therefore, the press pressure of the layer in which the slurry is dried is preferably 0.5 kN or more and 5 kN or less.

以上説明した本実施形態によれば、非水電解質電池用電極を提供することができる。
本実施形態に係る非水電解質電池用電極は、集電体と電極合剤層とを有する。電極合剤層は、上述の第1実施形態の非水電解質電池用電極活物質、導電剤および結着剤を含有する。このため、本実施形態に係る非水電解質電池用電極を適用した非水電解質電池は、高容量で優れたサイクル特性を示す。
According to the present embodiment described above, it is possible to provide an electrode for a non-aqueous electrolyte battery.
The electrode for a non-aqueous electrolyte battery according to the present embodiment has a current collector and an electrode mixture layer. The electrode mixture layer contains the electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery, the conductive agent, and the binder according to the first embodiment described above. Therefore, the non-aqueous electrolyte battery to which the electrode for the non-aqueous electrolyte battery according to the present embodiment is applied exhibits high capacity and excellent cycle characteristics.

(第3の実施形態)
第3の実施形態では、非水電解質電池が提供される。
第3の実施形態に係る非水電解質電池は、第2実施形態の非水電解質電池用電極を用いる。具体的には、本実施形態に係る非水電解質電池は、外装材と、外装材内に収納された正極と、外装材内に正極と空間的に離間して、例えばセパレータを介在して収納された負極と、外装材内に充填された非水電解質とを具備する。第2実施形態の非水電解質電池用電極は、負極として用いられる。
(Third Embodiment)
In the third embodiment, a non-aqueous electrolyte battery is provided.
As the non-aqueous electrolyte battery according to the third embodiment, the electrode for the non-aqueous electrolyte battery of the second embodiment is used. Specifically, the non-aqueous electrolyte battery according to the present embodiment is spatially separated from the exterior material, the positive electrode housed in the exterior material, and the positive electrode in the exterior material, and is stored, for example, with a separator interposed therebetween. The negative electrode is provided with a non-aqueous electrolyte filled in the exterior material. The electrode for a non-aqueous electrolyte battery of the second embodiment is used as a negative electrode.

本実施形態に係る非水電解質電池200の一例を示した図2の概念図を参照してより詳細に説明する。図2は、袋状外装材202がラミネートフィルムからなる扁平型の非水電解質電池200の断面概念図である。
扁平状の捲回電極群201は、2枚の樹脂層の間にアルミニウム箔を介在したラミネートフィルムからなる袋状外装材202内に収納されている。扁平状の捲回電極群201は、一部を抜粋した概念図である図3に示すように、負極203、セパレータ204、正極205、セパレータ204の順で積層されている。そして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たものである。袋状外装材202に最も近い電極は負極であり、この負極は、袋状外装材202側の負極集電体には、負極合剤が形成されておらず、負極集電体の電池内面側の片面のみに負極合剤を形成した構成を有する。その他の負極203は、負極集電体の両面に負極合剤を形成して構成されている。正極205は、正極集電体の両面に正極合剤を形成して構成されている。
It will be described in more detail with reference to the conceptual diagram of FIG. 2 showing an example of the non-aqueous electrolyte battery 200 according to the present embodiment. FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view of a flat non-aqueous electrolyte battery 200 in which the bag-shaped exterior material 202 is made of a laminated film.
The flat wound electrode group 201 is housed in a bag-shaped exterior material 202 made of a laminated film in which an aluminum foil is interposed between two resin layers. The flat wound electrode group 201 is laminated in the order of the negative electrode 203, the separator 204, the positive electrode 205, and the separator 204, as shown in FIG. 3, which is an excerpted conceptual diagram. Then, it is formed by winding the laminate in a spiral shape and press-molding it. The electrode closest to the bag-shaped exterior material 202 is a negative electrode, and in this negative electrode, a negative electrode mixture is not formed on the negative electrode current collector on the bag-shaped exterior material 202 side, and the battery inner surface side of the negative electrode current collector It has a structure in which a negative electrode mixture is formed on only one side of the above. The other negative electrode 203 is configured by forming a negative electrode mixture on both sides of the negative electrode current collector. The positive electrode 205 is configured by forming a positive electrode mixture on both sides of the positive electrode current collector.

捲回電極群201の外周端近傍において、負極端子は最外殻の負極203の負極集電体に電気的に接続され、正極端子は内側の正極205の正極集電体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、袋状外装材202の開口部から外部に延出されている。例えば液状非水電解質は、袋状外装材202の開口部から注入されている。袋状外装材202の開口部を負極端子206及び正極端子207を挟んでヒートシールすることにより捲回電極群201及び液状非水電解質を完全密封している。 In the vicinity of the outer peripheral end of the wound electrode group 201, the negative electrode terminal is electrically connected to the negative electrode current collector of the outermost negative electrode 203, and the positive electrode terminal is electrically connected to the positive electrode current collector of the inner positive electrode 205. ing. These negative electrode terminals 206 and positive electrode terminals 207 extend outward from the opening of the bag-shaped exterior material 202. For example, the liquid non-aqueous electrolyte is injected through the opening of the bag-shaped exterior material 202. The wound electrode group 201 and the liquid non-aqueous electrolyte are completely sealed by heat-sealing the opening of the bag-shaped exterior material 202 with the negative electrode terminal 206 and the positive electrode terminal 207 sandwiched between them.

負極端子206は、例えば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、負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料であることが好ましい。 Examples of the negative electrode terminal 206 include aluminum or an aluminum alloy containing elements such as Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. The negative electrode terminal 206 is preferably made of the same material as the negative electrode current collector in order to reduce the contact resistance with the negative electrode current collector.

正極端子207は、リチウムイオン金属に対する電位が3〜4.25Vの範囲における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207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。 For the positive electrode terminal 207, a material having electrical stability and conductivity in a potential range of 3 to 4.25 V with respect to the lithium ion metal can be used. Specific examples thereof include aluminum or an aluminum alloy containing elements such as Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu and Si. The positive electrode terminal 207 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.

以下、非水電解質電池200の構成部材である袋状外装材202、正極205、電解質、セパレータ204について詳細に説明する。 Hereinafter, the bag-shaped exterior material 202, the positive electrode 205, the electrolyte, and the separator 204, which are constituent members of the non-aqueous electrolyte battery 200, will be described in detail.

1)袋状外装材202
袋状外装材202は、厚さ0.5mm以下のラミネートフィルムから形成される。或いは、外装材は厚さ1.0mm以下の金属製容器が用いられる。金属製容器は、厚さ0.5mm以下であることがより好ましい。
1) Bag-shaped exterior material 202
The bag-shaped exterior material 202 is formed of a laminated film having a thickness of 0.5 mm or less. Alternatively, a metal container having a thickness of 1.0 mm or less is used as the exterior material. The metal container is more preferably 0.5 mm or less in thickness.

袋状外装材202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 bag-shaped exterior material 202 can be selected from a flat type (thin type), a square type, a cylindrical type, a coin type, and a button type. Examples of the exterior material include, for example, an exterior material for a small battery loaded on a portable electronic device or the like, an exterior material for a large battery loaded on a two-wheeled or four-wheeled automobile or the like, depending on 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。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行って外装材の形状に成形することができる。 As the laminated 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. As the resin layer, for example, a polymer material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, or polyethylene terephthalate (PET) can be used. The laminated film can be sealed into the shape of an exterior material by heat fusion.

金属製容器は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等から作られる。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。 The metal container is made of aluminum, an aluminum alloy, or the like. The aluminum alloy is preferably an alloy containing elements such as magnesium, zinc and silicon. When the alloy contains transition metals such as iron, copper, nickel and chromium, the amount thereof is preferably 100 mass ppm or less.

2)正極205
正極205は、活物質を含む正極合剤が正極集電体の片面もしくは両面に担持された構造を有する。
前記正極合剤の片面の厚さは1.0μm〜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。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20μm〜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。
2) Positive electrode 205
The positive electrode 205 has a structure in which a positive electrode mixture containing an active material is supported on one side or both sides of a positive electrode current collector.
The thickness of one side of the positive electrode mixture is preferably in the range of 1.0 μm to 150 μm from the viewpoint of maintaining the large current discharge characteristics of the battery and the cycle life. Therefore, when it is supported on both sides of the positive electrode current collector, the total thickness of the positive electrode mixture is preferably in the range of 20 μm to 300 μm. A more preferred range for one side is 30 μm to 120 μm. Within this range, the 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。
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、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物(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)を用いると高電圧が得られるために好ましい。
The positive electrode mixture may contain a conductive agent in addition to the binder that binds the positive electrode active material and the positive electrode active material to each other.
Examples of the positive electrode active material include various oxides such as manganese dioxide, lithium manganese composite oxide, lithium-containing nickel cobalt oxide (for example, LiCOO 2 ), and lithium-containing nickel cobalt oxide (for example, LiNi 0.8 CO 0.2 O). 2 ), Lithium-manganese composite oxide (for example, LiMn 2 O 4 , LiMn O 2 ) is preferable because a high voltage can be obtained.

導電剤としてはアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などを挙げることができる。
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。
Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, and graphite.
As specific examples of the binder, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR) and the like can be used. ..

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 blending ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder is 80% by mass or more and 95% by mass or less of the positive electrode active material, 3% by mass or more and 20% by mass or less of the conductive agent, and 2% by mass or more and 7% by mass or less of the binder. The range is preferable because good high current discharge characteristics and cycle life can be obtained.

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。
正極205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。
As the 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 preferably 5 μm or more and 20 μm or less. This is because the electrode strength and the weight reduction can be balanced within this range.
The positive electrode 205 is produced by, for example, suspending an active material, a conductive agent, and a binder in a general-purpose solvent to prepare a slurry, applying the slurry to a current collector, drying the slurry, and then pressing the slurry. Will be done. The positive electrode 205 may also be produced by forming an active material, a conductive agent, and a binder in the form of pellets to form a positive electrode layer, which is formed on a current collector.

3)負極203
負極203としては、第2の実施形態に記載した負極100を用いる。
3) Negative electrode 203
As the negative electrode 203, the negative electrode 100 described in the second embodiment is used.

4)電解質
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。
非水電解液は、非水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。
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。
4) Electrolyte As the electrolyte, a non-aqueous electrolyte solution, an electrolyte-impregnated polymer electrolyte, a polymer electrolyte, or an inorganic solid electrolyte can be used.
The non-aqueous electrolyte solution is a liquid electrolyte solution prepared by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent, and is held in a void in the electrode group.
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 viscosity lower than that of PC or EC (hereinafter referred to as a second solvent) is used. Is preferable.

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, and among them, dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), diethyl carbonate (DEC), ethyl propionate, methyl propionate, γ-butyrolactone (BL), acetonitrile ( AN), ethyl acetate (EA), toluene, xylene, methyl acetate (MA) and the like. These second solvents can be used alone or in the form of a mixture of two or more. In particular, the number of donors of the second solvent is more preferably 16.5 or less.

第2溶媒の粘度は、25℃において2.8cmp以下であることが好ましい。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%〜80%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%〜75%である。 The viscosity of the second solvent is preferably 2.8 cmp or less at 25 ° C. The blending amount of ethylene carbonate or propylene carbonate in the mixed solvent is preferably 1.0% to 80% by volume. A more preferable blending amount of ethylene carbonate or propylene carbonate is 20% to 75% by volume.

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。中でもLiPF、LiBFを用いるのが好ましい。
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。
Examples of the electrolyte contained in the non-aqueous electrolyte solution include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), and lithium hexafluorophosphate (LiAsF 6 ). , Lithium trifluoromethsulfonate (LiCF 3 SO 3 ), bistrifluoromethylsulfonylimide lithium [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ] and other lithium salts (electrolytes). Of these, LiPF 6 and LiBF 4 are preferably used.
The amount of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less.

5)セパレータ204
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204を用いることができる。セパレータ204は多孔質セパレータを用いる。セパレータ204の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはポリ弗化ビニリデン(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、二次電池の安全性を向上できるため好ましい。
5) Separator 204
The separator 204 can be used when a non-aqueous electrolyte solution is used and when an electrolyte-impregnated polymer electrolyte is used. A porous separator is used as the separator 204. As the material of the separator 204, for example, polyethylene, polypropylene, a porous film containing polyvinylidene fluoride (PVdF), a non-woven fabric made of synthetic resin, or the like can be used. Of these, a porous film made of polyethylene, polypropylene, or both is preferable because it can improve the safety of the secondary battery.

セパレータ204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204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。 The thickness of the separator 204 is preferably 30 μm or less. If the thickness exceeds 30 μm, the distance between the positive and negative electrodes may increase and the internal resistance may increase. The lower limit of the thickness is preferably 5 μm. If the thickness is less than 5 μm, the strength of the separator 204 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204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。
セパレータ204は、多孔度が30〜70%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、35〜70%である。
The separator 204 preferably has a heat shrinkage rate of 20% or less when left at 120 ° C. for 1 hour. If the heat shrinkage rate exceeds 20%, the possibility of a short circuit due to heating increases. The heat shrinkage rate is more preferably 15% or less.
The separator 204 preferably has a porosity 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 separator 204 strength may not be obtained. A more preferred range of porosity is 35-70%.

セパレータ204は、空気透過率が500秒/1.00cm以下であると好ましい。空気透過率が500秒/1.00cmを超えると、セパレータ204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/1.00cmである。空気透過率を30秒/1.00cm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。
空気透過率の上限値は300秒/1.00cmにすることがより好ましく、また、下限値は50秒/1.00cmにするとより好ましい。
The separator 204 preferably has an air transmittance of 500 seconds / 1.00 cm 3 or less. If the air transmittance exceeds 500 seconds / 1.00 cm 3 , it may be difficult to obtain high lithium ion mobility in the separator 204. The lower limit of the air transmittance is 30 seconds / 1.00 cm 3 . When the air permeability less than 30 seconds /1.00cm 3, because there may not be obtained a sufficient separator strength.
The upper limit of the air transmittance is more preferably 300 seconds / 1.00 cm 3 , and the lower limit is more preferably 50 seconds / 1.00 cm 3 .

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、図4および図5に示す構成の電池であってもよい。図4は、第3の実施形態に係る別の扁平型非水電解質電池を模式的に示す部分切欠斜視図であり、図5は図4中に示したB部の拡大断面図である。 The non-aqueous electrolyte battery according to the third embodiment is not limited to the battery having the configuration shown in FIGS. 2 and 3 described above, and may be, for example, a battery having the configuration shown in FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a partially cutaway perspective view schematically showing another flat non-aqueous electrolyte battery according to the third embodiment, and FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a portion B shown in FIG.

図4および図5に示す非水電解質電池300は、積層型電極群301が外装材302内に収納されて構成されている。積層型電極群301は、図5に示すように正極303と負極304とを、その間にセパレータ305を介在させながら交互に積層した構造を有する。 The non-aqueous electrolyte battery 300 shown in FIGS. 4 and 5 is configured such that the laminated electrode group 301 is housed in the exterior material 302. As shown in FIG. 5, the laminated electrode group 301 has a structure in which a positive electrode 303 and a negative electrode 304 are alternately laminated with a separator 305 interposed therebetween.

正極303は複数枚存在し、それぞれが正極集電体303aと、正極集電体303aの両面に担持された正極合剤層303bとを備える。正極合剤層303bには正極活物質が含有される。 There are a plurality of positive electrode 303s, each of which includes a positive electrode current collector 303a and a positive electrode mixture layer 303b supported on both sides of the positive electrode current collector 303a. The positive electrode mixture layer 303b contains a positive electrode active material.

負極304は複数枚存在し、それぞれが負極集電体304aと、負極集電体304aの両面に担持された負極合剤層304bとを備える。負極合剤層304bには負極活物質が含有される。各負極304の負極集電体304aは、一辺が負極304から突出している。突出した負極集電体304aは、帯状の負極端子306に電気的に接続されている。帯状の負極端子306の先端は、外装材302から外部に引き出されている。また、図示しないが、正極303の正極集電体303aは、負極集電体304aの突出辺と反対側に位置する辺が正極303から突出している。正極303から突出した正極集電体303aは、帯状の正極端子307に電気的に接続されている。帯状の正極端子307の先端は、負極端子306とは反対側に位置し、外装材302の辺から外部に引き出されている。 There are a plurality of negative electrode 304s, each of which includes a negative electrode current collector 304a and a negative electrode mixture layer 304b supported on both sides of the negative electrode current collector 304a. The negative electrode mixture layer 304b contains a negative electrode active material. One side of the negative electrode current collector 304a of each negative electrode 304 protrudes from the negative electrode 304. The protruding negative electrode current collector 304a is electrically connected to the strip-shaped negative electrode terminal 306. The tip of the strip-shaped negative electrode terminal 306 is pulled out from the exterior material 302. Further, although not shown, in the positive electrode current collector 303a of the positive electrode 303, a side located on the opposite side to the protruding side of the negative electrode current collector 304a protrudes from the positive electrode 303. The positive electrode current collector 303a protruding from the positive electrode 303 is electrically connected to the band-shaped positive electrode terminal 307. The tip of the strip-shaped positive electrode terminal 307 is located on the side opposite to the negative electrode terminal 306, and is drawn out from the side of the exterior material 302.

図4および図5に示す非水電解質電池300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電池200の各構成部材と同様の構成である。 The materials, compounding ratios, dimensions, etc. of the members constituting the non-aqueous electrolyte battery 300 shown in FIGS. 4 and 5 are the same as those of the components of the non-aqueous electrolyte battery 200 described in FIGS. 2 and 3. ..

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。
本実施形態に係る非水電解質電池は、負極と、正極と、非水電解質と、セパレータと、外装材と、を具備する。負極は、上述の第2の実施形態に係る非水電解質電池用電極活物質を用いて形成されている。このため、本実施形態に係る非水電解質電池は、高容量で優れたサイクル特性を示す。
According to the present embodiment described above, a non-aqueous electrolyte battery can be provided.
The non-aqueous electrolyte battery according to the present embodiment includes a negative electrode, a positive electrode, a non-aqueous electrolyte, a separator, and an exterior material. The negative electrode is formed by using the electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery according to the second embodiment described above. Therefore, the non-aqueous electrolyte battery according to the present embodiment exhibits high capacity and excellent cycle characteristics.

(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態に係る電池パックを説明する。
第4の実施形態に係る電池パックは、上記第3の実施形態に係る非水電解質電池(即ち、単電池)を1つ以上有する。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。
(Fourth Embodiment)
Next, the battery pack according to the fourth embodiment will be described.
The battery pack according to the fourth embodiment has one or more non-aqueous electrolyte batteries (that is, single batteries) according to the third embodiment. When the battery pack contains a plurality of cells, each cell is electrically connected in series, in parallel, or connected in parallel with the series.

第4の実施形態に係る電池パックは、保護回路を更に具備することができる。保護回路は、非水電解質電池の充放電を制御するものである。或いは、電池パックを電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を、電池パックの保護回路として使用することもできる。
また、第4の実施形態に係る電池パックは、通電用の外部端子を更に具備することもできる。通電用の外部端子は、非水電解質電池からの電流を外部に出力するため、及び非水電解質電池に電流を入力するためのものである。言い換えれば、電池パックを電源として使用する際、電流が通電用の外部端子を通して外部に供給される。また、電池パックを充電する際、充電電流(自動車の動力の回生エネルギーを含む)は通電用の外部端子を通して電池パックに供給される。
The battery pack according to the fourth embodiment may further include a protection circuit. The protection circuit controls the charging / discharging of the non-aqueous electrolyte battery. Alternatively, a circuit included in a device that uses the battery pack as a power source (for example, an electronic device, an automobile, etc.) can be used as a protection circuit of the battery pack.
Further, the battery pack according to the fourth embodiment may further include an external terminal for energization. The external terminal for energization is for outputting the current from the non-aqueous electrolyte battery to the outside and for inputting the current to the non-aqueous electrolyte battery. In other words, when the battery pack is used as a power source, current is supplied to the outside through an external terminal for energization. Further, when charging the battery pack, the charging current (including the regenerative energy of the power of the automobile) is supplied to the battery pack through the external terminal for energization.

図6および図7を参照して、第4の実施形態に係る電池パックを具体的に説明する。図6は第4の実施形態に係る電池パックの概念図であり、図7は第4の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。図6に示す電池パック400においては、単電池401として図2に示す扁平型の非水電解質電池200を使用している。 The battery pack according to the fourth embodiment will be specifically described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a conceptual diagram of the battery pack according to the fourth embodiment, and FIG. 7 is a block diagram showing an electric circuit of the battery pack according to the fourth embodiment. In the battery pack 400 shown in FIG. 6, the flat non-aqueous electrolyte battery 200 shown in FIG. 2 is used as the cell 401.

複数の単電池401は、外部に延出した負極端子206及び正極端子207が同じ向きに揃えられるように積層され、粘着テープ402で締結することにより組電池403を構成している。これらの単電池401は、図6および図7に示すように互いに電気的に直列に接続されている。 The plurality of cell cells 401 are laminated so that the negative electrode terminals 206 and the positive electrode terminals 207 extending to the outside are aligned in the same direction, and are fastened with adhesive tape 402 to form the assembled battery 403. These cell units 401 are electrically connected in series with each other as shown in FIGS. 6 and 7.

プリント配線基板404は、負極端子206及び正極端子207が延出する単電池401側面と対向して配置されている。プリント配線基板404には、図7に示すようにサーミスタ405、保護回路406及び外部機器への通電用端子407が搭載されている。なお、組電池403と対向するプリント配線基板404の面には組電池403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 404 is arranged so as to face the side surface of the cell 401 in which the negative electrode terminal 206 and the positive electrode terminal 207 extend. As shown in FIG. 7, the printed wiring board 404 is equipped with a thermistor 405, a protection circuit 406, and a terminal 407 for energizing an external device. An insulating plate (not shown) is attached to the surface of the printed wiring board 404 facing the assembled battery 403 in order to avoid unnecessary connection with the wiring of the assembled battery 403.

正極側リード408は、組電池403の最下層に位置する正極端子207に接続され、その先端はプリント配線基板404の正極側コネクタ409に挿入されて電気的に接続されている。負極側リード410は、組電池403の最上層に位置する負極端子206に接続され、その先端はプリント配線基板404の負極側コネクタ411に挿入されて電気的に接続されている。これらの正極側コネクタ409、負極側コネクタ411は、プリント配線基板404に形成された配線412、413を通して保護回路406に接続されている。 The positive electrode side lead 408 is connected to the positive electrode terminal 207 located at the bottom layer of the assembled battery 403, and the tip thereof is inserted into the positive electrode side connector 409 of the printed wiring board 404 and electrically connected. The negative electrode side lead 410 is connected to the negative electrode terminal 206 located on the uppermost layer of the assembled battery 403, and the tip thereof is inserted into the negative electrode side connector 411 of the printed wiring board 404 and electrically connected. The positive electrode side connector 409 and the negative electrode side connector 411 are connected to the protection circuit 406 through the wirings 412 and 413 formed on the printed wiring board 404.

サーミスタ405は、単電池401の温度を検出するために用いられ、図6においては図示を省略しているが、単電池401の近傍に設けられると共に、その検出信号は保護回路406に送信される。保護回路406は、電池パック保護するために単電池401の充放電を制御するものである。所定の条件で保護回路406と外部機器への通電用端子407との間のプラス側配線414a及びマイナス側配線414bを遮断できる。所定の条件とは、例えばサーミスタ405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401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401もしくは単電池401全体について行われる。個々の単電池401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401中に参照極として用いるリチウム電極が挿入される。図8及び図9の場合、単電池401それぞれに電圧検出のための配線415を接続し、これら配線415を通して検出信号が保護回路406に送信される。 The thermistor 405 is used to detect the temperature of the cell 401, and although not shown in FIG. 6, it is provided in the vicinity of the cell 401 and its detection signal is transmitted to the protection circuit 406. .. The protection circuit 406 controls the charging / discharging of the cell 401 in order to protect the battery pack. The positive side wiring 414a and the negative side wiring 414b between the protection circuit 406 and the energizing terminal 407 to the external device can be cut off under predetermined conditions. The predetermined condition is, for example, when the detection temperature of the thermistor 405 becomes equal to or higher than the predetermined temperature. Further, the predetermined condition is when overcharge, overdischarge, overcurrent, etc. of the cell 401 are detected. The detection of overcharging or the like is performed for each individual cell 401 or the entire cell 401. When detecting the individual cell 401, 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 cell 401. In the case of FIGS. 8 and 9, a wiring 415 for voltage detection is connected to each of the cell units 401, and a detection signal is transmitted to the protection circuit 406 through these wirings 415.

図6に示すように、正極端子207及び負極端子206が突出する側面を除く組電池403の三側面には、ゴムもしくは樹脂からなる保護シート416がそれぞれ配置されている。 As shown in FIG. 6, protective sheets 416 made of rubber or resin are arranged on the three side surfaces of the assembled battery 403 except for the side surfaces on which the positive electrode terminal 207 and the negative electrode terminal 206 project.

組電池403は、各保護シート416及びプリント配線基板404と共に収納容器417内に収納される。すなわち、収納容器417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416が配置され、短辺方向の保護シート416とは反対側の内側面にプリント配線基板404が配置される。組電池403は、保護シート416及びプリント配線基板404で囲まれた空間内に位置する。蓋418は、収納容器417の上面に取り付けられている。 The assembled battery 403 is housed in the storage container 417 together with each protective sheet 416 and the printed wiring board 404. That is, the protective sheet 416 is arranged on both inner side surfaces in the long side direction and the inner side surface in the short side direction of the storage container 417, and the printed wiring board 404 is placed on the inner side surface opposite to the protective sheet 416 in the short side direction. Be placed. The assembled battery 403 is located in the space surrounded by the protective sheet 416 and the printed wiring board 404. The lid 418 is attached to the upper surface of the storage container 417.

なお、組電池403の固定には粘着テープ402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。 A heat-shrinkable tape may be used instead of the adhesive tape 402 to fix the assembled battery 403. In this case, protective sheets are arranged on both side surfaces of the assembled battery, the heat-shrinkable tape is circulated, and then the heat-shrinkable tape is heat-shrinked to bind the assembled battery.

図6、図7においては単電池401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、単電池401を並列に接続しても、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。 6 and 7 show the form in which the cell units 401 are connected in series, but in order to increase the battery capacity, the cell cells 401 may be connected in parallel or a combination of series connection and parallel connection may be used. Good. The assembled battery packs can also be connected in series or in parallel.

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両に用いられる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。電池パックを搭載した車両において、電池パックは、例えば、自動車の動力の回生エネルギーを回収するものである。 The mode of the battery pack is appropriately changed depending on the application. The battery pack is preferably used to exhibit excellent cycle characteristics when a large current is taken out. Specific examples thereof include a power source for a digital camera and an in-vehicle use for a vehicle such as a two-wheel to four-wheel hybrid electric vehicle, a two-wheel to four-wheel electric vehicle, and an assisted bicycle. In particular, a battery pack using a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent high temperature characteristics is suitably used for in-vehicle use. In a vehicle equipped with a battery pack, the battery pack recovers, for example, the regenerative energy of the power of the automobile.

以上説明した本実施形態によれば、電池パックを提供することができる。
本実施形態に係る電池パックは、上記第3の実施形態に係る非水電解質電池を少なくとも1つ具備する。このため、本実施形態に係る電池パックは、高容量で優れたサイクル特性を示す。
According to the present embodiment described above, a battery pack can be provided.
The battery pack according to the present embodiment includes at least one non-aqueous electrolyte battery according to the third embodiment. Therefore, the battery pack according to the present embodiment exhibits high capacity and excellent cycle characteristics.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、非水電解質電池用電極活物質は、SiOx(1.8≦x≦2.2)で表されるケイ素酸化物粒子と、炭素材料とを含む複合粒子である。ケイ素酸化物粒子は、ATR法により測定したIRスペクトルにおいて、800〜820cm−1の範囲に最大値を持つ第1のピーク、1030〜1050cm−1の範囲に最大値を持つ第2のピーク、1085〜1115cm−1の範囲に最大値を持つ第3のピーク、および1160〜1210cm−1の範囲に最大値を持つ第4のピークを有し、第2のピークの面積は、第1〜第4のピークの面積の合計に対して10%以上75%以下の範囲にある。本実施形態においては、ケイ素酸化物粒子が、上記のIRスペクトルを示す特徴的な表面構造を有することにより、放電容量とサイクル特性とに優れる非水電解質電池用電極活物質、非水電解質電池用電極、非水電解質電池及び電池パックを実現できる。 According to at least one embodiment described above, the electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery is a composite containing silicon oxide particles represented by SiOx (1.8 ≦ x ≦ 2.2) and a carbon material. It is a particle. Silicon oxide particles in the IR spectrum measured by ATR method, a first peak having a maximum value in the range of 800~820Cm -1, a second peak having a maximum value in the range of 1030~1050cm -1, 1085 third peak having the maximum value in the range of ~1115Cm -1, and a fourth peak having the maximum value in the range of 1160~1210Cm -1, the area of the second peak, the first to fourth It is in the range of 10% or more and 75% or less with respect to the total area of the peaks of. In the present embodiment, the silicon oxide particles have a characteristic surface structure showing the above IR spectrum, so that the electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery and the non-aqueous electrolyte battery are excellent in discharge capacity and cycle characteristics. Electrodes, non-aqueous electrolyte batteries and battery packs can be realized.

以下に具体的な実施例を挙げ、その効果について述べる。但し、これらの実施例に限定されるものではない。 Specific examples will be given below, and the effects will be described. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
テトラエトキシシランを水と混合し、生じた白色沈殿をろ過して、乾燥した後、1000℃で焼成して、ケイ素酸化物粉末を得た。得られたケイ素酸化物粉末は、SiOの組成を有するケイ素酸化物粉末であった。また、SEM観察によれば、得られたケイ素酸化物粉末の粒度分布計による平均粒径は120nmであった。なお、実施例1は、本発明の参考例である。
(Example 1)
Tetraethoxysilane was mixed with water, the resulting white precipitate was filtered, dried and then calcined at 1000 ° C. to give a silicon oxide powder. The obtained silicon oxide powder was a silicon oxide powder having a composition of SiO 2 . Further, according to SEM observation, the average particle size of the obtained silicon oxide powder by the particle size distribution meter was 120 nm. Example 1 is a reference example of the present invention.

得られたケイ素酸化物粉末1.2g、黒鉛粉末0.3g、フルフリルアルコール2.4g、エタノール20gを混練してスラリー状とし、さらに希塩酸0.5gを加え、室温で放置した。得られた塊状物を加熱乾燥後、さらにAr雰囲気下1100℃で1時間焼成、冷却後に粉砕し、直径10μm径以下に分級することにより、電極活物質を得た。 The obtained silicon oxide powder (1.2 g), graphite powder (0.3 g), furfuryl alcohol (2.4 g), and ethanol (20 g) were kneaded to form a slurry, and 0.5 g of dilute hydrochloric acid was further added and left at room temperature. The obtained mass was dried by heating, fired at 1100 ° C. in an Ar atmosphere for 1 hour, cooled, and then pulverized, and classified into a diameter of 10 μm or less to obtain an electrode active material.

得られた電極活物質を、空気下600℃5時間加熱することにより、白色のケイ素酸化物粉末を得た。得られた白色のケイ素酸化物粉末について、ATR法によりIRスペクトルを測定した。ATR法により得たIRスペクトルを横軸リニア波数としてOrigin(登録商標)で処理し、900cm−1および1300cm−1の吸光度をベースラインとして補正し、ガウス関数でピーク分離することにより、809cm−1(第1のピーク)、1048cm−1(第2のピーク)、1101cm−1(第3のピーク)、および1166cm−1(第4のピーク)に最大値を持つ4つのピークに分離した。第2のピーク面積を、4つのピーク面積の合算値に対する割合に換算したところ、55%であった。ベースライン補正前の600〜1500cm−1の領域における最大ピークの吸光度を1とした場合の900cm−1および1300cm−1における吸光度は0.02であった。
また、白色のケイ素酸化物粉末の粒度分布計による平均粒径は120nmであった。
The obtained electrode active material was heated in air at 600 ° C. for 5 hours to obtain a white silicon oxide powder. The IR spectrum of the obtained white silicon oxide powder was measured by the ATR method. By the IR spectrum obtained by the ATR method was treated with Origin (TM) as abscissa linear wavenumber corrects the absorbance of 900 cm -1 and 1300 cm -1 as a baseline, to peaks separated by a Gaussian function, 809cm -1 It was separated into four peaks with maximum values at (first peak), 1048 cm -1 (second peak), 1101 cm -1 (third peak), and 1166 cm -1 (fourth peak). When the second peak area was converted into the ratio of the four peak areas to the total value, it was 55%. Absorbance at 900 cm -1 and 1300 cm -1 in the case of the maximum peak absorbance in the region of the base line before correction 600~1500Cm -1 and 1 was 0.02.
The average particle size of the white silicon oxide powder measured by the particle size distribution meter was 120 nm.

得られた電極活物質0.6gを平均粒径3μmの黒鉛0.1gと混合し、ポリイミドを16質量%となるようにN−メチルピロリドン分散媒に溶解した溶液に混ぜ、自転・公転ミキサーを用いて混合した。得られたペースト状のスラリーを厚さ12μmの銅箔上に塗布して圧延した後、400℃で2時間、Arガス中にて熱処理し、電極を得た。 0.6 g of the obtained electrode active material is mixed with 0.1 g of graphite having an average particle size of 3 μm, and the polyimide is mixed with a solution dissolved in an N-methylpyrrolidone dispersion medium so as to have 16% by mass, and a rotation / revolution mixer is used. Used and mixed. The obtained paste-like slurry was applied onto a copper foil having a thickness of 12 μm, rolled, and then heat-treated at 400 ° C. for 2 hours in Ar gas to obtain an electrode.

前記電極を20mm×20mm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。対極および参照極を金属Li、電解液をLiN(CFSO(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の定電流で充電し、その後定電圧での充電を行った(CC/CV充電)。放電は、1mAの定電流で1.5Vまで行った(CC放電)。さらにその後、参照極と試験電極間の電位差0.01Vまで6mAの定電流で充電、その後定電圧で充電し、6mAの定電流で1.5Vまで放電するというサイクルを100回繰り返し、この6mAでの充放電の1回目の放電容量に対する100回目の放電容量の比を放電容量維持率とした。得られた電池の放電容量維持率は、94%であった。なお、放電容量維持率は、下記の式より算出した。
放電容量維持率(%)=(100回目の放電容量)/(1回目の放電容量)×100
The electrode was cut into a size of 20 mm × 20 mm and then vacuum dried at 100 ° C. for 12 hours to prepare a test electrode. A battery in which the counter electrode and the reference electrode are metallic Li and the electrolytic solution is an EC / DEC (volume ratio EC: DEC = 1: 2) solution of LiN (CF 3 SO 2 ) 2 (1M) is prepared in an argon atmosphere and charged / discharged. The test was conducted.
The conditions of the charge / discharge test were to charge with a constant current of 1 mA up to a potential difference of 0.01 V between the reference electrode and the test electrode, and then charge with a constant voltage (CC / CV charging). Discharge was performed up to 1.5 V with a constant current of 1 mA (CC discharge). After that, the cycle of charging with a constant current of 6 mA to a potential difference of 0.01 V between the reference electrode and the test electrode, then charging with a constant voltage, and discharging to 1.5 V with a constant current of 6 mA was repeated 100 times, and at this 6 mA. The ratio of the 100th discharge capacity to the 1st discharge capacity of the charge / discharge of the above was taken as the discharge capacity retention rate. The discharge capacity retention rate of the obtained battery was 94%. The discharge capacity retention rate was calculated from the following formula.
Discharge capacity retention rate (%) = (100th discharge capacity) / (1st discharge capacity) x 100

以下の実施例および比較例については実施例1と異なる部分のみ説明し、その他の合成および評価手順については実施例1と同様に行ったので説明を省略する。 Only the parts different from those of Example 1 will be described with respect to the following Examples and Comparative Examples, and the other synthesis and evaluation procedures have been carried out in the same manner as in Example 1, and thus the description thereof will be omitted.

(実施例2)
ケイ酸ナトリウムを水に溶解し、塩酸を加えて生じた白色沈殿をろ過・乾燥・1000℃焼成し、ケイ素酸化物粉末を得た。得られたケイ素酸化物粉末は、SiOの組成を有するケイ素酸化物粉末であった。また、SEM観察によれば、得られたケイ素酸化物粉末の粒径は30nmであった。
得られたケイ素酸化物粉末から、実施例1と同様の手法により電極活物質・電池を作成した。得られた電池の放電容量維持率は、96%であった。なお、実施例2は、本発明の参考例である。
(Example 2)
Sodium silicate was dissolved in water, hydrochloric acid was added, and the white precipitate formed was filtered, dried, and calcined at 1000 ° C. to obtain a silicon oxide powder. The obtained silicon oxide powder was a silicon oxide powder having a composition of SiO 2 . Further, according to SEM observation, the particle size of the obtained silicon oxide powder was 30 nm.
From the obtained silicon oxide powder, an electrode active material / battery was prepared by the same method as in Example 1. The discharge capacity retention rate of the obtained battery was 96%. Example 2 is a reference example of the present invention.

また、得られた電極活物質を、実施例1と同様の手法で酸化することにより、ケイ素酸化物粉末を得、IRスペクトルから算出した第2のピーク面積を、4つのピーク面積の合算値に対する割合に換算したところ、11%であった。ベースライン補正前の600〜1500cm−1の領域における最大ピークの吸光度を1とした場合の900cm−1および1300cm−1における吸光度は0.07であった。また、粒度分布計による平均粒径は30nmであった。 Further, the obtained electrode active material was oxidized by the same method as in Example 1 to obtain a silicon oxide powder, and the second peak area calculated from the IR spectrum was applied to the total value of the four peak areas. When converted to a ratio, it was 11%. Absorbance at 900 cm -1 and 1300 cm -1 in the case of the maximum peak absorbance in the region of the base line before correction 600~1500Cm -1 and 1 was 0.07. The average particle size measured by the particle size distribution meter was 30 nm.

(実施例3)
ケイ酸ナトリウムを水に溶解し、塩酸を加えて生じた白色沈殿をろ過・乾燥・1000℃焼成し、第1のケイ素酸化物粉末を得た。得られた第1のケイ素酸化物粉末は、SiO2.1の組成を有するケイ素酸化物粉末であった。また、SEM観察によれば、得られた第1のケイ素酸化物の粒径は30nmであった。
テトラエトキシシランを水と混合し、生じた白色沈殿をろ過・乾燥・1000℃焼成し、第2のケイ素酸化物粉末を得た。得られた第2のケイ素酸化物粉末は、SiOの組成を有するケイ素酸化物粉末であった。また、SEM観察によれば、得られた第2のケイ素酸化物の粒径は120nmであった。
第1のケイ素酸化物と、第2のケイ素酸化物を、同一重量混合し、実施例1と同様の手法により電極活物質・電池を作成した。得られた電池の放電容量維持率は、95%であった。
(Example 3)
Sodium silicate was dissolved in water, hydrochloric acid was added, and the white precipitate formed was filtered, dried, and calcined at 1000 ° C. to obtain a first silicon oxide powder. The first silicon oxide powder obtained was a silicon oxide powder having a composition of SiO 2.1 . Further, according to SEM observation, the particle size of the obtained first silicon oxide was 30 nm.
Tetraethoxysilane was mixed with water, and the resulting white precipitate was filtered, dried, and calcined at 1000 ° C. to obtain a second silicon oxide powder. The second silicon oxide powder obtained was a silicon oxide powder having a composition of SiO 2 . Further, according to SEM observation, the particle size of the obtained second silicon oxide was 120 nm.
The first silicon oxide and the second silicon oxide were mixed in the same weight to prepare an electrode active material / battery by the same method as in Example 1. The discharge capacity retention rate of the obtained battery was 95%.

得られた電極活物質を、実施例1と同様の手法で酸化することにより、ケイ素酸化物粉末を得、IRスペクトルから算出した第2のピーク面積を、4つのピーク面積の合算値に対する割合に換算したところ、26%であった。ベースライン補正前の600〜1500cm−1の領域における最大ピークの吸光度を1とした場合の900cm−1および1300cm−1における吸光度は0.04であった。また、粒度分布計によると、粒径30nmおよび120nmに二つのピークを有した。 The obtained electrode active material was oxidized by the same method as in Example 1 to obtain a silicon oxide powder, and the second peak area calculated from the IR spectrum was set as a ratio to the total value of the four peak areas. When converted, it was 26%. Absorbance at 900 cm -1 and 1300 cm -1 in the case of the maximum peak absorbance in the region of the base line before correction 600~1500Cm -1 and 1 was 0.04. Moreover, according to the particle size distribution meter, it had two peaks at a particle size of 30 nm and 120 nm.

(実施例4)
塩化ケイ素を水素炎中に噴射し、ケイ素酸化物粉末を得た。得られたケイ素酸化物粉末は、SiOの組成を有するケイ素酸化物粉末であった。また、SEM観察によれば、得られたケイ素酸化物粉末の粒径は20nmであった。
得られたケイ素酸化物粉末から、実施例1と同様の手法により電極活物質・電池を作成した。得られた電池の放電容量維持率は、90%であった。なお、実施例4は、本発明の参考例である。
(Example 4)
Silicon chloride was injected into a hydrogen flame to obtain a silicon oxide powder. The obtained silicon oxide powder was a silicon oxide powder having a composition of SiO 2 . Further, according to SEM observation, the particle size of the obtained silicon oxide powder was 20 nm.
From the obtained silicon oxide powder, an electrode active material / battery was prepared by the same method as in Example 1. The discharge capacity retention rate of the obtained battery was 90%. Example 4 is a reference example of the present invention.

得られた電極活物質を、実施例1と同様の手法で酸化することにより、ケイ素酸化物粉末を得、IRスペクトルから算出した第2のピーク面積を、4つのピーク面積の合算値に対する割合に換算したところ、11%であった。ベースライン補正前の600〜1500cm−1の領域における最大ピークの吸光度を1とした場合の900cm−1および1300cm−1における吸光度は0.07であった。また、粒度分布計による平均粒径は20nmであった。 The obtained electrode active material was oxidized by the same method as in Example 1 to obtain a silicon oxide powder, and the second peak area calculated from the IR spectrum was set as a ratio to the total value of the four peak areas. When converted, it was 11%. Absorbance at 900 cm -1 and 1300 cm -1 in the case of the maximum peak absorbance in the region of the base line before correction 600~1500Cm -1 and 1 was 0.07. The average particle size measured by the particle size distribution meter was 20 nm.

(比較例1)
ケイ酸ナトリウムを水に溶解し、塩酸を加えて生じた白色沈殿をろ過・乾燥・1400℃焼成した後、粉砕することによりケイ素酸化物粉末を得た。得られたケイ素酸化物粉末は、SiOの組成を有するケイ素酸化物粉末であった。また、SEM観察によれば、ケイ素酸化物の粒径は200nmであった。
得られたケイ素酸化物から、実施例1と同様の手法により電極活物質・電池を作成した。得られた電池の放電容量維持率は、81%であった。
得られた電極活物質を、実施例1と同様の手法で酸化することにより、ケイ素酸化物粉末を得た。IRスペクトルを測定し、Origin(登録商標)で処理、900cm−1および1300cm−1の吸光度をベースラインとして補正し、ガウス関数でピーク分離したところ、800〜820cm−1の範囲にピーク(第1のピーク)が存在しなかった。ベースライン補正前の600〜1500cm−1の領域における最大ピークの吸光度を1とした場合の900cm−1の吸光度は0.3、1300cm−1における吸光度は0.05であり、800〜820cm−1の吸光度はベースラインよりマイナスの値を示した。
(Comparative Example 1)
Sodium silicate was dissolved in water, hydrochloric acid was added, and the white precipitate formed was filtered, dried, calcined at 1400 ° C., and then pulverized to obtain a silicon oxide powder. The obtained silicon oxide powder was a silicon oxide powder having a composition of SiO 2 . Further, according to SEM observation, the particle size of the silicon oxide was 200 nm.
From the obtained silicon oxide, an electrode active material / battery was prepared by the same method as in Example 1. The discharge capacity retention rate of the obtained battery was 81%.
The obtained electrode active material was oxidized in the same manner as in Example 1 to obtain a silicon oxide powder. And IR spectrum, Origin (TM) treated to correct the absorbance at 900 cm -1 and 1300 cm -1 as the baseline, were peaks separated by a Gaussian function, a peak in the range of 800~820cm -1 (first Peak) did not exist. Absorbance of 900 cm -1 in the case where the absorbance of the maximum peak was 1 in the region of the base line before correction 600~1500Cm -1 is the absorbance is 0.05 at 0.3,1300cm -1, 800~820cm -1 The absorbance of was negative from the baseline.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention as well as the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

100…負極、101…負極集電体、102…負極合剤層、200…非水電解質電池、201…捲回電極群、202…袋状外装材、203…負極、203a…負極集電体、203b…負極合剤層、204…セパレータ、205…正極、205a…正極集電体、205b…正極合剤層、206…負極端子、207…正極端子、300…非水電解質電池、301…積層型電極群、302…外装材、303…正極、303a…正極集電体、303b…正極合剤層、304…負極、304a…負極集電体、304b…負極合剤層、305…セパレータ、306…負極端子、307…正極端子、400…電池パック、401…単電池、402…粘着テープ、403…組電池、404…プリント配線基板、405…サーミスタ、406…保護回路、407…通電用端子、408…正極側リード、409…正極側コネクタ、410…負極側リード、411…負極側コネクタ、412…配線、413…配線、414a…プラス側配線、414b…マイナス側配線、415…配線、416…保護シート、417…収納容器、418…蓋 100 ... Negative electrode, 101 ... Negative electrode current collector, 102 ... Negative electrode mixture layer, 200 ... Non-aqueous electrolyte battery, 201 ... Winding electrode group, 202 ... Bag-shaped exterior material, 203 ... Negative electrode, 203a ... Negative electrode current collector, 203b ... Negative electrode mixture layer, 204 ... Separator, 205 ... Positive electrode, 205a ... Positive electrode current collector, 205b ... Positive electrode mixture layer, 206 ... Negative electrode terminal, 207 ... Positive electrode terminal, 300 ... Non-aqueous electrolyte battery, 301 ... Laminated type Electrode group, 302 ... Exterior material, 303 ... Positive electrode, 303a ... Positive electrode current collector, 303b ... Positive electrode mixture layer, 304 ... Negative electrode, 304a ... Negative electrode current collector, 304b ... Negative electrode mixture layer, 305 ... Separator, 306 ... Negative electrode terminal, 307 ... Positive electrode terminal, 400 ... Battery pack, 401 ... Single cell, 402 ... Adhesive tape, 403 ... Assembly battery, 404 ... Printed wiring board, 405 ... Thermista, 406 ... Protection circuit, 407 ... Energizing terminal, 408 ... Positive electrode side lead, 409 ... Positive electrode side connector, 410 ... Negative electrode side lead, 411 ... Negative electrode side connector, 412 ... Wiring, 413 ... Wiring, 414a ... Positive side wiring, 414b ... Minus side wiring, 415 ... Wiring, 416 ... Protection Sheet, 417 ... Storage container, 418 ... Lid

Claims (10)

SiOx(1.8≦x≦2.2)で表されるケイ素酸化物粒子と、炭素材料とを含み、
前記ケイ素酸化物粒子は、前記炭素材料に分散されていて、
前記ケイ素酸化物粒子は、全反射測定法により測定した赤外吸収スペクトルにおいて、 800〜820cm−1の範囲に最大値を持つ第1のピーク、1030〜1050cm−1の範囲に最大値を持つ第2のピーク、1085〜1115cm−1の範囲に最大値を持つ第3のピーク、および1160〜1210cm−1の範囲に最大値を持つ第4のピークを有し、
前記第2のピークの面積が、前記第1〜第4のピークの面積の合計に対して10%以上75%以下の範囲にあり、
前記ケイ素酸化物粒子は、
粒径が20nm以上100nm未満の範囲にある第1の領域、および粒径が100nm以上600nm以下の範囲にある第2の領域のそれぞれにピークを有する粒度分布を有する非水電解質電池用電極活物質。
It contains silicon oxide particles represented by SiOx (1.8 ≦ x ≦ 2.2) and a carbon material.
The silicon oxide particles are dispersed in the carbon material, and the silicon oxide particles are dispersed in the carbon material.
In the infrared absorption spectrum measured by the total reflection measurement method, the silicon oxide particles have a first peak having a maximum value in the range of 800 to 820 cm -1 , and a first peak having a maximum value in the range of 1030 to 1050 cm -1 . second peak, a fourth peak having the maximum value in the range of the third peak, and 1160~1210Cm -1 having a maximum value in the range of 1085~1115Cm -1,
The area of the second peak, Ri said first to fourth total of 75% or less near 10% or more with respect to the area of the peak,
The silicon oxide particles are
The first region, and a particle size that have a particle size distribution having a peak in each of the second regions in the range of 100nm or more 600nm or less non-aqueous electrolyte battery electrode having a particle size in the range of less than 100nm or 20nm Active material.
前記炭素材料は、
粉末X線回折法によって測定される結晶面間隔d002が、0.337nm以上0.430nm以下の範囲にある請求項1に記載の非水電解質電池用電極活物質。
The carbon material is
The electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the crystal plane spacing d002 measured by the powder X-ray diffraction method is in the range of 0.337 nm or more and 0.430 nm or less.
さらに、SiOy(y≦0.2)で表されるケイ素粒子を含み、
前記ケイ素酸化物粒子の平均粒径をD1、前記ケイ素粒子の平均粒径をD2としたとき、D2とD1との比であるD2/D1が0.5以上0.8以下の範囲にある請求項1または2に記載の非水電解質電池用電極活物質。
Further, it contains silicon particles represented by SiOy (y ≦ 0.2), and contains silicon particles.
When the average particle size of the silicon oxide particles is D1 and the average particle size of the silicon particles is D2, D2 / D1, which is the ratio of D2 to D1, is in the range of 0.5 or more and 0.8 or less. Item 2. The electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery according to Item 1 or 2 .
前記ケイ素酸化物粒子を40質量%以上80質量%以下の範囲にて含む請求項1乃至のいずれか1項に記載の非水電解質電池用電極活物質。 The electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 3 , which contains the silicon oxide particles in a range of 40% by mass or more and 80% by mass or less. さらに、炭化ケイ素を含む請求項1乃至のいずれか1項に記載の非水電解質電池用電極活物質。 The electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 4 , further comprising silicon carbide. 集電体と、前記集電体の片面あるいは両面に形成されている電極合剤層と、を備え、
前記電極合剤層が請求項1乃至のいずれか1項に記載の非水電解質電池用電極活物質、導電剤および結着剤を含有する非水電解質電池用電極。
A current collector and an electrode mixture layer formed on one side or both sides of the current collector are provided.
An electrode for a non-aqueous electrolyte battery, wherein the electrode mixture layer contains the electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery, a conductive agent, and a binder according to any one of claims 1 to 5 .
外装材と、前記外装材内に収納された正極と、前記外装材内において、前記正極と空間的に離間して、セパレータを介して収納された負極と、前記外装材内に充填された非水電解質と、を具備し、
前記負極は、請求項に記載の非水電解質電池用電極からなる非水電解質電池。
The exterior material, the positive electrode housed in the exterior material, the negative electrode stored in the exterior material with a separator spatially separated from the positive electrode, and the non-filled in the exterior material. Equipped with water electrolyte,
The negative electrode is a non-aqueous electrolyte battery comprising the electrode for the non-aqueous electrolyte battery according to claim 6 .
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 non-aqueous electrolyte battery according to claim 7 . 通電用の外部端子と、保護回路とをさらに含む請求項に記載の電池パック。 The battery pack according to claim 8 , further comprising an external terminal for energization and a protection circuit. 請求項またはに記載の電池パックを備える車両。 A vehicle comprising the battery pack according to claim 8 or 9 .
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