JP6958272B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解質二次電池に関する。本発明に係る非水電解質二次電池は、例えば、電気自動車、燃料電池車およびハイブリッド電気自動車等の車両のモータ等の駆動用電源や補助電源に用いられる。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is used, for example, as a driving power source or an auxiliary power source for a motor of a vehicle such as an electric vehicle, a fuel cell vehicle, or a hybrid electric vehicle.

近年、地球温暖化に対処するために二酸化炭素量を低減することが求められている。そこで、環境負荷の少ない非水電解質二次電池は、携帯機器等だけでなく、ハイブリッド自動車(HEV)、電気自動車(EV)、および燃料電池自動車等の電動車両の電源装置にも利用されつつある。電動車両への適用を指向したリチウムイオン二次電池は、大容量かつ大面積であることが高容量であることが求められる。 In recent years, it has been required to reduce the amount of carbon dioxide in order to cope with global warming. Therefore, non-aqueous electrolyte secondary batteries having a low environmental load are being used not only for portable devices and the like, but also for power supply devices for electric vehicles such as hybrid vehicles (HEV), electric vehicles (EV), and fuel cell vehicles. .. Lithium-ion secondary batteries intended for application to electric vehicles are required to have a large capacity and a large area to have a high capacity.

従来、リチウムイオン二次電池の負極には充放電サイクルの寿命やコスト面で有利な黒鉛などの炭素材料が用いられてきた。しかし、黒鉛などの炭素材料を用いた負極活物質ではリチウムイオンの黒鉛結晶中への吸蔵・放出により充放電がなされるため、最大リチウム導入化合物であるLiCから得られる理論容量372mAh/g以上の充放電容量が得られないという欠点がある。このため、黒鉛などの炭素材料を用いた負極活物質のみで車両用途の実用化レベルを満足する容量、エネルギー密度を得るのは困難である。 Conventionally, a carbon material such as graphite, which is advantageous in terms of charge / discharge cycle life and cost, has been used for the negative electrode of a lithium ion secondary battery. However, in a negative electrode active material using a carbon material such as graphite, charging and discharging are performed by occluding and discharging lithium ions into graphite crystals, so the theoretical capacity obtained from LiC 6 , which is the maximum lithium-introduced compound, is 372 mAh / g or more. There is a drawback that the charge / discharge capacity of graphite cannot be obtained. For this reason, it is difficult to obtain a capacity and energy density that satisfy the practical level for vehicle applications only with a negative electrode active material using a carbon material such as graphite.

これに対し、負極活物質にLiと合金化する材料を用いた電池は、従来の黒鉛などの炭素材料を用いた電池と比較しエネルギー密度が向上するため、車両用途における負極活物質材料として期待されている。例えば、Si材料は、充放電において1molあたり3.75molのリチウムイオンを吸蔵放出し、Li15Si(=Li3.75Si)においては理論容量3600mAh/gである。 On the other hand, a battery using a material that alloys with Li as the negative electrode active material has an improved energy density as compared with a conventional battery using a carbon material such as graphite, and is therefore expected as a negative electrode active material for vehicle applications. Has been done. For example, the Si material occludes and releases 3.75 mol of lithium ions per mol during charging and discharging, and has a theoretical capacity of 3600 mAh / g for Li 15 Si 4 (= Li 3.75 Si).

しかしながら、負極にLiと合金化する材料、特にSi材料を用いたリチウムイオン二次電池は、充放電時の負極での膨張収縮が大きい。例えば、Liイオンを吸蔵した場合の体積膨張は、黒鉛材料では約1.2倍であるのに対し、Si材料ではSiとLiが合金化する際、アモルファス状態から結晶状態へ転移し約4倍の大きな体積変化を起こすため、電極のサイクル寿命を低下させる問題があった。また、Si負極活物質の場合、容量とサイクル耐久性はトレードオフの関係であり、高容量を示しつつ高サイクル耐久性を向上させることが困難であるといった問題があった。 However, a lithium ion secondary battery using a material that alloys Li with Li for the negative electrode, particularly a Si material, has a large expansion and contraction at the negative electrode during charging and discharging. For example, the volume expansion when Li ions are occluded is about 1.2 times in the graphite material, whereas in the Si material, when Si and Li are alloyed, the volume expands from the amorphous state to the crystalline state and is about 4 times. There is a problem that the cycle life of the electrode is shortened because a large volume change is caused. Further, in the case of the Si negative electrode active material, there is a trade-off relationship between the capacity and the cycle durability, and there is a problem that it is difficult to improve the high cycle durability while exhibiting a high capacity.

こうした問題を解決すべく、Siの超微粒子がSiO中に分散した構造を持つSiO(0.5≦x≦1.5)を負極活物質として黒鉛と併用してなる負極において、SiO負極活物質と黒鉛との合計含有量に占めるSiO負極活物質の含有割合を3〜20質量%の範囲内の値に制御する技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。この技術によれば、高容量であり、かつ充放電に伴う体積変化の大きなSiOを使用しつつも、その体積変化に伴う電池特性の低下を抑制できる結果、サイクル耐久性の低下を防止することができるとされている。 In order to solve these problems, in a negative electrode in which SiO x (0.5 ≦ x ≦ 1.5) having a structure in which ultrafine particles of Si are dispersed in SiO 2 is used in combination with graphite as a negative electrode active material, SiO x A technique for controlling the content ratio of SiO x negative electrode active material to the total content of the negative electrode active material and graphite to a value in the range of 3 to 20% by mass has been proposed (see, for example, Patent Document 1). According to this technology, while using SiO x having a high capacity and a large volume change due to charge / discharge, it is possible to suppress a decrease in battery characteristics due to the volume change, and as a result, a decrease in cycle durability is prevented. It is said that it can be done.

特開2012−89521号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-89521

本発明者らの検討によれば、上記特許文献1に記載の技術によると、電池のサイクル耐久性の低下をある程度抑制することは可能であることが確認された。しかしながら、この技術では初期の放電容量(エネルギー密度)として十分な値を確保することができないという問題があることが判明した。このように、初期の放電容量(エネルギー密度)が十分に得られなければ、SiOのような高容量の負極活物質を用いた意味が失われてしまう。 According to the studies by the present inventors, it has been confirmed that it is possible to suppress the decrease in the cycle durability of the battery to some extent according to the technique described in Patent Document 1. However, it has been found that this technique has a problem that a sufficient value cannot be secured as the initial discharge capacity (energy density). As described above, if the initial discharge capacity (energy density) is not sufficiently obtained, the meaning of using a high-capacity negative electrode active material such as SiO x is lost.

そこで本発明は、負極活物質としてSi材料と炭素材料とを混合して用いた非水電解質二次電池において、初期の放電容量(エネルギー密度)を十分に確保しつつ、サイクル耐久性の低下をも抑制しうる手段を提供することを目的とする。 Therefore, according to the present invention, in a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a Si material and a carbon material are mixed and used as a negative electrode active material, the initial discharge capacity (energy density) is sufficiently secured and the cycle durability is lowered. The purpose is to provide a means that can suppress the energy.

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を行った。その結果、負極活物質のうちSi材料としてSi含有合金を用い、所定値以上のヤング率を有する所定の炭素材料と併用し、かつ、当該炭素材料の含有割合を所定の範囲内の値に制御することで、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have conducted diligent research in order to solve the above problems. As a result, a Si-containing alloy is used as the Si material among the negative electrode active materials, used in combination with a predetermined carbon material having a Young's modulus of a predetermined value or more, and the content ratio of the carbon material is controlled to a value within a predetermined range. By doing so, it was found that the above problems could be solved, and the present invention was completed.

すなわち本発明は、集電体と、前記集電体の表面に配置された、負極活物質を含む負極活物質層とを有する非水電解質二次電池用負極に関する。また、当該負極活物質は、Si含有合金と、黒鉛、難黒鉛化炭素、および無定形炭素からなる群から選択され、JIS R 7222−1997に規定の測定方法によって測定されるヤング率が30GPa以上である炭素材料とを含む。そして、Si含有合金と炭素材料との合計含有量に占める炭素材料の含有割合は5〜15質量%である点に特徴がある。 That is, the present invention relates to a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material arranged on the surface of the current collector. The negative electrode active material is selected from the group consisting of a Si-containing alloy, graphite, non-graphitized carbon, and amorphous carbon, and has a Young's modulus of 30 GPa or more measured by the measuring method specified in JIS R 7222-1997. Including carbon materials that are. The carbon material content in the total content of the Si-containing alloy and the carbon material is 5 to 15% by mass.

本発明によれば、負極活物質としてSi材料と炭素材料とを混合して用いた非水電解質二次電池において、初期の放電容量(エネルギー密度)を十分に確保しつつ、サイクル耐久性の低下をも抑制することができる。 According to the present invention, in a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a Si material and a carbon material are mixed and used as a negative electrode active material, the initial discharge capacity (energy density) is sufficiently secured and the cycle durability is lowered. Can also be suppressed.

本発明に係る非水電解質二次電池の一実施形態である、扁平型(積層型)の双極型でないリチウムイオン二次電池の基本構成を示す断面概略図である。It is sectional drawing which shows the basic structure of the flat type (laminated type) non-bipolar type lithium ion secondary battery which is one Embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery which concerns on this invention. 本発明に係る非水電解質二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。It is a perspective view which showed the appearance of the flat lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery which concerns on this invention.

本発明の一形態によれば、集電体と、前記集電体の表面に配置された、負極活物質を含む負極活物質層とを有する非水電解質二次電池用負極であって、前記負極活物質が、Si含有合金と、黒鉛、難黒鉛化炭素、および無定形炭素からなる群から選択され、JIS R 7222−1997に規定の測定方法によって測定されるヤング率が30GPa以上である炭素材料とを含み、前記Si含有合金と前記炭素材料との合計含有量に占める前記炭素材料の含有割合が5〜15質量%であることを特徴とする、非水電解質二次電池用負極が提供される。 According to one embodiment of the present invention, the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material arranged on the surface of the current collector. The negative electrode active material is selected from the group consisting of Si-containing alloy, graphite, non-graphitized carbon, and amorphous carbon, and the Young rate measured by the measuring method specified in JIS R 7222-1997 is 30 GPa or more. Provided is a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which comprises a material, and the content ratio of the carbon material in the total content of the Si-containing alloy and the carbon material is 5 to 15% by mass. Will be done.

電気自動車は、近年、環境にやさしいとして注目されているが、ガソリン車に比べて航続距離が短く、空調(冷房、暖房)使用時には特に航続距離の短さは顕著である。このため、非水電解質二次電池、特に電動車両用の非水電解質二次電池は、1回の充電での航続距離を伸ばすために、高出力および高容量であることが要求されている。また、高出力および高容量が、短時間、大電流での繰り返しの充放電によっても低下しないように、耐久性(サイクル特性)の向上は、電動車両に搭載する電池においては重要な課題である。 In recent years, electric vehicles have been attracting attention as being environmentally friendly, but their cruising range is shorter than that of gasoline-powered vehicles, and the short cruising range is particularly remarkable when using air conditioning (cooling, heating). For this reason, non-aqueous electrolyte secondary batteries, particularly non-aqueous electrolyte secondary batteries for electric vehicles, are required to have high output and high capacity in order to extend the cruising range in one charge. In addition, improving durability (cycle characteristics) is an important issue for batteries mounted on electric vehicles so that high output and high capacity do not deteriorate even with repeated charging and discharging at a large current for a short time. ..

本発明者らは、上述したようにSi含有合金と炭素材料との所定割合での併用系において、当該炭素材料として所定値以上のヤング率を有する材料を用いることで、初期の放電容量(エネルギー密度)を十分に確保しつつ、サイクル耐久性の低下を抑制することが可能となることを見出したものである。 As described above, the present inventors use a material having a Young's modulus of a predetermined value or more as the carbon material in the combined system of the Si-containing alloy and the carbon material at a predetermined ratio, thereby performing the initial discharge capacity (energy). It has been found that it is possible to suppress a decrease in cycle durability while ensuring a sufficient density).

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態(本形態に係る非水電解質二次電池用負極を適用したリチウムイオン二次電池)を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (a lithium ion secondary battery to which a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment is applied) will be described with reference to the attached drawings. In the description of the drawings, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.

[非水電解質二次電池]
図1は、本発明の電池の一実施形態である扁平積層型電池の概要を模式的に表した断面概略図である。積層型とすることで、電池をコンパクトにかつ高容量化することができる。なお、本明細書においては、図1に示す扁平積層型の双極型でないリチウムイオン二次電池を例に挙げて詳細に説明する。
[Non-aqueous electrolyte secondary battery]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an outline of a flat laminated battery according to an embodiment of the battery of the present invention. By making it a laminated type, the battery can be made compact and has a high capacity. In this specification, the flat laminated non-bipolar lithium ion secondary battery shown in FIG. 1 will be described in detail as an example.

上記リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、非双極型(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用しうるものである。 When viewed in terms of the electrical connection form (electrode structure) inside the lithium-ion secondary battery, it can be applied to both non-bipolar (internal parallel connection type) batteries and bipolar (internal series connection type) batteries. Is.

リチウムイオン二次電池内の電解質層の種類で区別した場合には、電解質層に非水系の電解液等の溶液電解質を用いた溶液電解質型電池、電解質層に高分子電解質を用いたポリマー電池など従来公知のいずれの電解質層のタイプにも適用しうるものである。該ポリマー電池は、さらに高分子ゲル電解質(単にゲル電解質ともいう)を用いたゲル電解質型電池、高分子固体電解質(単にポリマー電解質ともいう)を用いた固体高分子(全固体)型電池に分けられる。 When distinguished by the type of electrolyte layer in the lithium ion secondary battery, a solution electrolyte type battery using a solution electrolyte such as a non-aqueous electrolyte solution for the electrolyte layer, a polymer battery using a polymer electrolyte for the electrolyte layer, etc. It can be applied to any conventionally known type of electrolyte layer. The polymer battery is further divided into a gel electrolyte type battery using a polymer gel electrolyte (also simply referred to as a gel electrolyte) and a solid polymer (all solid) type battery using a polymer solid electrolyte (also simply referred to as a polymer electrolyte). Be done.

したがって、以下の説明では、本実施形態のリチウムイオン二次電池の例として、非双極型(内部並列接続タイプ)リチウムイオン二次電池について図面を用いてごく簡単に説明する。ただし、本発明に係る電気デバイスおよび本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の技術的範囲が、これらに制限されるべきではない。 Therefore, in the following description, as an example of the lithium ion secondary battery of the present embodiment, a non-bipolar type (internal parallel connection type) lithium ion secondary battery will be described very briefly with reference to the drawings. However, the technical scope of the electric device according to the present invention and the lithium ion secondary battery according to the present embodiment should not be limited to these.

図1は、扁平積層型の双極型ではない非水電解質リチウムイオン二次電池(以下、単に「積層型電池」ともいう)の基本構成を模式的に表した断面概略図である。図1に示すように、本実施形態の積層型電池10は、実際に充放電反応が進行する扁平略矩形の発電要素21が、外装体である電池外装材29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、正極と、セパレータ17と、負極とを積層した構成を有している。なお、セパレータ17は、非水電解質(例えば、液体電解質)を内蔵している。正極は、正極集電体12の両面に正極活物質層15が配置された構造を有する。負極は、負極集電体11の両面に負極活物質層13が配置された構造を有する。具体的には、1つの正極活物質層15とこれに隣接する負極活物質層13とが、セパレータ17を介して対向するようにして、負極、電解質層および正極がこの順に積層されている。これにより、隣接する正極、電解質層および負極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、図1に示す積層型電池10は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the basic configuration of a flat laminated non-bipolar non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery (hereinafter, also simply referred to as “laminated battery”). As shown in FIG. 1, the laminated battery 10 of the present embodiment has a structure in which a flat, substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a battery exterior material 29 which is an exterior body. Has. Here, the power generation element 21 has a configuration in which a positive electrode, a separator 17, and a negative electrode are laminated. The separator 17 contains a non-aqueous electrolyte (for example, a liquid electrolyte). The positive electrode has a structure in which the positive electrode active material layers 15 are arranged on both sides of the positive electrode current collector 12. The negative electrode has a structure in which the negative electrode active material layers 13 are arranged on both sides of the negative electrode current collector 11. Specifically, the negative electrode, the electrolyte layer, and the positive electrode are laminated in this order so that one positive electrode active material layer 15 and the negative electrode active material layer 13 adjacent thereto face each other with the separator 17 interposed therebetween. As a result, the adjacent positive electrode, electrolyte layer and negative electrode form one cell cell layer 19. Therefore, it can be said that the laminated battery 10 shown in FIG. 1 has a configuration in which a plurality of single battery layers 19 are laminated and electrically connected in parallel.

なお、発電要素21の両最外層に位置する最外層負極集電体には、いずれも片面のみに負極活物質層13が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図1とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層正極集電体が位置するようにし、該最外層正極集電体の片面または両面に正極活物質層が配置されているようにしてもよい。 Although the negative electrode active material layer 13 is arranged on only one side of each of the outermost layer negative electrode current collectors located in both outermost layers of the power generation element 21, active material layers may be provided on both sides. That is, instead of using a current collector dedicated to the outermost layer in which the active material layer is provided on only one side, a current collector having active material layers on both sides may be used as it is as the current collector in the outermost layer. Further, by reversing the arrangement of the positive electrode and the negative electrode as in FIG. 1, the outermost layer positive electrode current collectors are located on both outermost layers of the power generation element 21, and the outermost layer positive electrode current collectors are placed on one side or both sides of the outermost layer positive electrode current collectors. The positive electrode active material layer may be arranged.

正極集電体12および負極集電体11は、各電極(正極および負極)と導通される正極集電板(タブ)27および負極集電板(タブ)25がそれぞれ取り付けられ、電池外装材29の端部に挟まれるようにして電池外装材29の外部に導出される構造を有している。正極集電板27および負極集電板25はそれぞれ、必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体12および負極集電体11に超音波溶接や抵抗溶接などにより取り付けられていてもよい。 A positive electrode current collector plate (tab) 27 and a negative electrode current collector plate (tab) 25 that are conductive to each electrode (positive electrode and negative electrode) are attached to the positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 11, respectively, and the battery exterior material 29 It has a structure that is led out to the outside of the battery exterior material 29 so as to be sandwiched between the ends of the battery. The positive electrode current collector plate 27 and the negative electrode current collector plate 25 are ultrasonically welded to the positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 11 of each electrode via positive electrode leads and negative electrode leads (not shown), respectively, as necessary. It may be attached by resistance welding or the like.

以下、電池の主要な構成部材について説明する。 Hereinafter, the main components of the battery will be described.

<活物質層>
活物質層(13、15)は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
<Active material layer>
The active material layer (13, 15) contains the active material and, if necessary, further contains other additives.

[正極活物質層]
正極活物質層15は、正極活物質を含み、必要に応じて、バインダ、導電助剤、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、およびイオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤をさらに含む。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer 15 contains a positive electrode active material, and if necessary, a binder, a conductive auxiliary agent, an electrolyte (polymer matrix, an ionic conductive polymer, an electrolytic solution, etc.), a lithium salt for enhancing ionic conductivity, and the like. Further contains other additives of.

(正極活物質)
正極活物質としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、Li(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。
(Positive electrode active material)
Examples of the positive electrode active material include LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni-Mn-Co) O 2, and lithium such as those in which some of these transition metals are replaced by other elements. Examples thereof include transition metal composite oxides, lithium-transition metal phosphate compounds, and lithium-transition metal sulfate compounds. Preferably, a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material from the viewpoint of capacity and output characteristics. In some cases, two or more kinds of positive electrode active materials may be used in combination.

より好ましくは、Li(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)が用いられる。NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、NiおよびCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を持つ。また、遷移金属の1原子あたり1個のLi原子が含まれ、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。 More preferably, Li (Ni-Mn-Co) O 2 and a part of these transition metals substituted with other elements (hereinafter, also simply referred to as "NMC composite oxide") are used. The NMC composite oxide has a layered crystal structure in which a lithium atomic layer and a transition metal (Mn, Ni, and Co are arranged in an orderly manner) atomic layer are alternately stacked via an oxygen atomic layer. Further, one Li atom is contained in each atom of the transition metal, and the amount of Li that can be taken out is twice that of the spinel-based lithium manganese oxide, that is, the supply capacity is doubled, and a high capacity can be obtained.

NMC複合酸化物は、上述したように、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。その場合の他の元素としては、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Znなどが挙げられる。好ましくは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crである。より好ましくは、Ti、Zr、P、Al、Mg、Crである。サイクル特性向上の観点から、さらに好ましくは、Ti、Zr、Al、Mg、Crである。 As described above, the NMC composite oxide also includes a composite oxide in which a part of the transition metal element is replaced with another metal element. Other elements in that case include Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, Sn, V, Cu. , Ag, Zn and the like. Preferred are Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr and Cr. More preferably, it is Ti, Zr, P, Al, Mg, Cr. From the viewpoint of improving the cycle characteristics, Ti, Zr, Al, Mg and Cr are more preferable.

NMC複合酸化物は、理論放電容量が高いことから、好ましくは、一般式(1):LiNiMnCo(但し、式中、a、b、c、d、xは、0.9≦a≦1.2、0<b<1、0<c≦0.5、0<d≦0.5、0≦x≦0.3を満たす。MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、SrおよびCrから選ばれる少なくとも1種類である)で表される組成を有する。ここで、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Mnの原子比を表し、dは、Coの原子比を表し、xは、Mの原子比を表す。上記一般式(1)において、b、c及びdの関係は、特に制限されず、Mの価数などによって異なるが、b+c+d=1を満たすことが好ましい。なお、各元素の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。 NMC composite oxide, since the theoretical discharge capacity is high, preferably the general formula (1): Li a Ni b Mn c Co d M x O 2 ( In the formula, a, b, c, d, x Satisfies 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 <b <1, 0 <c ≦ 0.5, 0 <d ≦ 0.5, 0 ≦ x ≦ 0.3. M is Ti, Zr, It has a composition represented by (at least one selected from Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr and Cr). Here, a represents the atomic ratio of Li, b represents the atomic ratio of Ni, c represents the atomic ratio of Mn, d represents the atomic ratio of Co, and x represents the atomic ratio of M. Represents. In the above general formula (1), the relationship between b, c and d is not particularly limited and varies depending on the valence of M and the like, but it is preferable that b + c + d = 1 is satisfied. The composition of each element can be measured by, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)は、材料の純度向上および電子伝導性向上という観点から、容量および出力特性に寄与することが知られている。Ti等は、結晶格子中の遷移金属を一部置換するものである。サイクル特性の観点から、遷移元素の一部が他の金属元素により置換されていてもよい。この場合、一般式(1)において0<x≦0.3であることが好ましい。Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、SrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種が固溶することにより結晶構造が安定化されるため、その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。 In general, nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) are known to contribute to capacitance and output characteristics from the viewpoint of improving material purity and electron conductivity. Ti and the like partially replace the transition metal in the crystal lattice. From the viewpoint of cycle characteristics, some of the transition elements may be replaced by other metal elements. In this case, it is preferable that 0 <x ≦ 0.3 in the general formula (1). The crystal structure is stabilized by solid solution of at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr and Cr, resulting in charging and discharging. It is considered that the battery capacity can be prevented from decreasing even if the above steps are repeated, and excellent cycle characteristics can be realized.

上記NMC複合酸化物は、共沈法、スプレードライ法など、種々公知の方法を選択して調製することができる。複合酸化物の調製が容易であることから、共沈法を用いることが好ましい。具体的には、例えば、特開2011−105588号公報に記載の方法のように、共沈法により、ニッケル−コバルト−マンガン複合水酸化物を製造する。その後、ニッケル−コバルト−マンガン複合水酸化物と、リチウム化合物とを混合して焼成することによりNMC複合酸化物を得ることができる。 The NMC composite oxide can be prepared by selecting various known methods such as a coprecipitation method and a spray-drying method. Since the composite oxide can be easily prepared, it is preferable to use the coprecipitation method. Specifically, for example, as in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-105588, a nickel-cobalt-manganese composite hydroxide is produced by a coprecipitation method. Then, the nickel-cobalt-manganese composite hydroxide and the lithium compound are mixed and calcined to obtain an NMC composite oxide.

なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。 Needless to say, a positive electrode active material other than the above may be used.

正極活物質層に含まれる正極活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜25μmである。なお、本明細書において、平均粒子径は、レーザー回折・散乱法の粒度分布測定装置により計測されたD50の値を採用する。 The average particle size of the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 25 μm from the viewpoint of increasing the output. In this specification, the average particle size adopts the value of D50 measured by the particle size distribution measuring device of the laser diffraction / scattering method.

正極活物質層中、正極活物質の含有量(固形分換算)は、80〜99.5質量%であることが好ましく、85〜99.5質量%であることがより好ましい。 The content of the positive electrode active material (in terms of solid content) in the positive electrode active material layer is preferably 80 to 99.5% by mass, more preferably 85 to 99.5% by mass.

正極活物質層の密度は、高密度化の観点から、2.5〜3.8g/cmであることが好ましく、2.6〜3.7g/cmであることがより好ましい。 The density of the positive electrode active material layer is preferably 2.5 to 3.8 g / cm 3 and more preferably 2.6 to 3.7 g / cm 3 from the viewpoint of increasing the density.

また、正極活物質層の片面塗工量(目付)は、高容量化の観点から、12〜30mg/cmであることが好ましく、15〜28mg/cmであることがより好ましい。 The single-side coating amount (base weight) of the positive electrode active material layer is preferably 12 to 30 mg / cm 2 and more preferably 15 to 28 mg / cm 2 from the viewpoint of increasing the volume.

(バインダ)
正極活物質層に用いられるバインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)およびその塩、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのバインダは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
(Binder)
The binder used for the positive electrode active material layer is not particularly limited, and examples thereof include the following materials. Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC) and its salts, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR) ), Isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene copolymer, styrene-butadiene-styrene block copolymer and its hydrogen additive, styrene / isoprene / styrene block copolymer and its hydrogen addition Thermoplastic polymers such as fluoropolymers, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) ), Fluororesin such as ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinylfluorovinyl (PVF), vinylidene fluoride -Hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-based fluoropolymer Rubber (VDF-PFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFMVE-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber) and other vinylidene fluoride-based fluororubbers, epoxy resins and the like can be mentioned. These binders may be used alone or in combination of two or more.

正極活物質層におけるバインダの含有量は、好ましくは1〜10質量%であり、より好ましくは1〜8質量%である。 The binder content in the positive electrode active material layer is preferably 1 to 10% by mass, more preferably 1 to 8% by mass.

(導電助剤)
導電助剤とは、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック等のカーボンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック等のカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF;登録商標)等の種々の炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。
(Conductive aid)
The conductive additive refers to an additive added to improve the conductivity of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. Various conductive auxiliaries include carbon blacks such as acetylene black, Ketjen black (registered trademark) and furnace black, carbon powders such as channel black and thermal black, and vapor-grown carbon fibers (VGCF; registered trademark). Examples include carbon materials such as carbon fiber. When the active material layer contains a conductive auxiliary agent, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to the improvement of the output characteristics of the battery.

正極活物質層における導電助剤の含有量は、好ましくは1〜10質量%であり、より好ましくは1〜8質量%である。導電助剤の配合比(含有量)を上記範囲内に規定することで以下の効果が発現される。すなわち、電極反応を阻害することなく、電子伝導性を十分に担保することができ、電極密度の低下によるエネルギー密度の低下を抑制でき、ひいては電極密度の向上によるエネルギー密度の向上を図ることができるのである。 The content of the conductive auxiliary agent in the positive electrode active material layer is preferably 1 to 10% by mass, and more preferably 1 to 8% by mass. The following effects are exhibited by defining the blending ratio (content) of the conductive auxiliary agent within the above range. That is, the electron conductivity can be sufficiently ensured without inhibiting the electrode reaction, the decrease in energy density due to the decrease in electrode density can be suppressed, and the energy density can be improved by improving the electrode density. It is.

(その他の成分)
リチウム塩としては、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。
(Other ingredients)
Examples of the lithium salt include Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like.

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。 Examples of the ionic conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers.

正極活物質層中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。 The compounding ratio of the components contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited. The compounding ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries.

正極(正極活物質層)は、通常のスラリーを塗布(コーティング)する方法のほか、混練法、スパッタ法、蒸着法、CVD法、PVD法、イオンプレーティング法および溶射法のいずれかの方法によって形成することができる。 The positive electrode (positive electrode active material layer) can be coated by any of a kneading method, a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, a PVD method, an ion plating method, and a thermal spraying method, in addition to a normal slurry coating method. Can be formed.

正極活物質層の空孔率は、正極活物質層の全容積に対し、10〜45体積%、好ましくは15〜40体積%、より好ましくは20〜35体積%の範囲である。空孔率が上記範囲内であれば、電池容量等の特性や強度を損なうことなく、活物質層の空孔が、活物質層内部にまで電解液を含浸させ、電極反応が促進されるように電解液(Liイオン)を供給する経路として有効に機能できるためである。 The porosity of the positive electrode active material layer is in the range of 10 to 45% by volume, preferably 15 to 40% by volume, and more preferably 20 to 35% by volume with respect to the total volume of the positive electrode active material layer. When the pore ratio is within the above range, the pores of the active material layer are impregnated with the electrolytic solution even inside the active material layer without impairing the characteristics and strength such as battery capacity, so that the electrode reaction is promoted. This is because it can effectively function as a pathway for supplying the electrolytic solution (Li + ion) to the battery.

正極活物質層(集電体片面の活物質層)の厚さについても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、正極活物質層の厚さは、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮し、通常1〜500μm程度、好ましくは50〜100μmである。 The thickness of the positive electrode active material layer (active material layer on one side of the current collector) is also not particularly limited, and conventionally known knowledge about the battery can be appropriately referred to. As an example, the thickness of the positive electrode active material layer is usually about 1 to 500 μm, preferably about 50 to 100 μm, in consideration of the purpose of use of the battery (emphasis on output, emphasis on energy, etc.) and ionic conductivity.

[負極活物質層]
本形態に係る非水電解質二次電池において、負極活物質層13は、負極活物質を含む。
[Negative electrode active material layer]
In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, the negative electrode active material layer 13 contains a negative electrode active material.

負極活物質層13に含まれる負極活物質は、Si含有合金および所定の炭素材料を必須に含む。 The negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer 13 indispensably contains a Si-containing alloy and a predetermined carbon material.

(Si含有合金)
負極活物質層13に必須に含まれる負極活物質の1つは、Si含有合金である。
(Si-containing alloy)
One of the negative electrode active materials essentially contained in the negative electrode active material layer 13 is a Si-containing alloy.

Si含有合金は、Siを含有する他の金属との合金であれば特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。ここでは、Si含有合金の好ましい実施形態として、SiTiGe、SiTiZn、SiTiSn、SiSnAl、SiSn、SiSn、SiZn、SiZnSn、SiZnAl、SiZn、SiAlおよびSiAlNb(式中、Aは、不可避不純物である。さらに、x、y、z、およびaは、質量%の値を表し、0<x<100、0<y<100、0≦z<100、および0≦a<0.5であり、x+y+z+a=100である)が挙げられる。より好ましくは、上記式においてさらに0<z<100を満たすSi含有合金である。これらのSi含有合金を負極活物質として用いることで、所定の第1添加元素および所定の第2添加元素を適切に選択することによって、Li合金化の際に、アモルファス−結晶の相転移を抑制してサイクル寿命を向上させることができる。また、これによって、従来の負極活物質、例えば炭素系負極活物質よりも高容量のものとなる。なかでも、容量およびサイクル寿命の観点からは、Siに加えてTiを含有するSi−Ti系合金が好ましく用いられ、さらにSnをも含有するSi−Sn−Ti系合金がさらに好ましく用いられる。 The Si-containing alloy is not particularly limited as long as it is an alloy with another metal containing Si, and conventionally known findings can be appropriately referred to. Here, as a preferred embodiment of the Si-containing alloy, Si x Ti y Ge z A a, Si x Ti y Zn z A a, Si x Ti y Sn z A a, Si x Sn y Al z A a, Si x Sn y V z A a , Si x Sn y C z A a , Si x Zn y V z A a , Si x Zn y Sn z A a , Si x Zn y Al z A a , Si x Zn y C z A a, Si x Al y C z a a and Si x Al y Nb z a a ( wherein, a is unavoidable impurities. further, x, y, z, and a represent the value of mass%, 0 <x <100, 0 <y <100, 0 ≦ z <100, and 0 ≦ a <0.5, and x + y + z + a = 100). More preferably, it is a Si-containing alloy that further satisfies 0 <z <100 in the above formula. By using these Si-containing alloys as the negative electrode active material, the phase transition of amorphous-crystal is suppressed during Li alloying by appropriately selecting the predetermined first additive element and the predetermined second additive element. Therefore, the cycle life can be improved. Further, this makes the capacity of the conventional negative electrode active material higher than that of the conventional negative electrode active material, for example, a carbon-based negative electrode active material. Among them, from the viewpoint of capacity and cycle life, a Si—Ti alloy containing Ti in addition to Si is preferably used, and a Si—Sn—Ti alloy containing Sn is more preferably used.

Si含有合金の平均粒子径は特に制限されない。高出力化の観点からは、好ましくは、二次粒子径のD50が1〜20μmの範囲であり、より好ましくはD50が2〜10μmである。また、好ましくは、二次粒子径のD90が5〜100μmの範囲である。ここでSi材料の二次粒子径はレーザー回折法により得られた値を用いる。ただし、上記範囲に何ら制限されるものではなく、本実施形態の作用効果を有効に発現できるものであれば、上記範囲を外れていてもよいことは言うまでもない。また、Si含有合金の形状としては、特に制限はなく、球状、楕円状、円柱状、多角柱状、鱗片状、不定形などでありうる。 The average particle size of the Si-containing alloy is not particularly limited. From the viewpoint of increasing the output, the secondary particle size D50 is preferably in the range of 1 to 20 μm, and more preferably D50 is in the range of 2 to 10 μm. Further, preferably, the secondary particle size D90 is in the range of 5 to 100 μm. Here, the value obtained by the laser diffraction method is used as the secondary particle size of the Si material. However, it goes without saying that the range is not limited to the above range and may be outside the above range as long as the effects of the present embodiment can be effectively exhibited. The shape of the Si-containing alloy is not particularly limited, and may be spherical, elliptical, columnar, polygonal, scaly, amorphous, or the like.

Si含有合金の製造方法
本形態に係るSi含有合金の製造方法としては、特に制限されるものではなく、従来公知の各種の製造方法を利用して製造することができる。Si含有合金の製造方法の一例として、以下のような製造方法が挙げられるが、これに何ら制限されるものではない。
Method for Producing Si-Containing Alloy The method for producing the Si-containing alloy according to this embodiment is not particularly limited, and can be produced by using various conventionally known production methods. Examples of the manufacturing method of the Si-containing alloy include the following manufacturing methods, but the manufacturing method is not limited thereto.

まず、Si含有合金の原料を混合して混合粉末を得る工程を行う。この工程では、得られるSi含有合金の組成を考慮して、当該合金の原料を混合する。当該合金の原料としては、Si含有合金として必要な元素の比率を実現できれば、その形態などは特に限定されない。例えば、Si含有合金を構成する元素単体を、目的とする比率に混合したものや、目的とする元素比率を有する合金、固溶体、または金属間化合物を用いることができる。また、通常は粉末状態の原料を混合する。これにより、原料からなる混合粉末が得られる。 First, a step of mixing the raw materials of the Si-containing alloy to obtain a mixed powder is performed. In this step, the raw materials of the alloy are mixed in consideration of the composition of the obtained Si-containing alloy. As the raw material of the alloy, the form thereof is not particularly limited as long as the ratio of the elements required for the Si-containing alloy can be realized. For example, a simple substance constituting a Si-containing alloy may be mixed in a target ratio, or an alloy, a solid solution, or an intermetallic compound having a target element ratio can be used. In addition, the raw materials in a powder state are usually mixed. As a result, a mixed powder made of raw materials is obtained.

続いて、上記で得られた混合粉末に対して合金化処理を行う。これにより、非水電解質二次電池用負極活物質として用いることが可能なSi含有合金が得られる。 Subsequently, the mixed powder obtained above is alloyed. As a result, a Si-containing alloy that can be used as a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery can be obtained.

合金化処理の手法としては、固相法、液相法、気相法があるが、例えば、メカニカルアロイ法やアークプラズマ溶融法、鋳造法、ガスアトマイズ法、液体急冷法、イオンビームスパッタリング法、真空蒸着法、メッキ法、気相化学反応法などが挙げられる。なかでも、メカニカルアロイ法を用いて合金化処理を行うことが好ましい。メカニカルアロイ法により合金化処理を行うことで、相の状態の制御を容易に行うことができるため好ましい。また、合金化処理を行う前に、原材料を溶融する工程や前記溶融した溶融物を急冷して凝固させる工程が含まれてもよい。 The alloying method includes a solid phase method, a liquid phase method, and a gas phase method. For example, a mechanical alloy method, an arc plasma melting method, a casting method, a gas atomizing method, a liquid quenching method, an ion beam sputtering method, and a vacuum method. Examples include a vapor deposition method, a plating method, and a vapor phase chemical reaction method. Above all, it is preferable to perform the alloying treatment by using the mechanical alloy method. It is preferable to perform the alloying treatment by the mechanical alloy method because the phase state can be easily controlled. Further, a step of melting the raw material and a step of quenching and solidifying the melted melt may be included before performing the alloying treatment.

上述した手法による合金化処理は、通常乾式雰囲気下で行われるが、合金化処理後の粒度分布は大小の幅が非常に大きい場合がある。このため、粒度を整えるための粉砕処理および/または分級処理を行うことが好ましい。 The alloying treatment by the above-mentioned method is usually performed in a dry atmosphere, but the particle size distribution after the alloying treatment may have a very large or small range. Therefore, it is preferable to perform a pulverization treatment and / or a classification treatment for adjusting the particle size.

合金化処理により得られた粒子を、適宜、分級、粉砕等の処理を行うことによって粒子径を制御することができる。分級方法としては、風力分級、メッシュ濾過法、沈降法などが挙げられる。また、粉砕条件は特に限定されるものではなく、適当な粉砕機(例えば、メカニカルアロイ法でも使用可能な装置、例えば、遊星ボールミル等)による粉砕時間、回転速度などを適宜設定すればよい。粉砕条件の一例を挙げれば、遊星ボールミル等の粉砕機を用い、回転速度200〜400rpmにて30分〜4時間粉砕を行う例が挙げられる。 The particle size of the particles obtained by the alloying treatment can be controlled by appropriately performing treatments such as classification and pulverization. Examples of the classification method include wind power classification, mesh filtration method, and sedimentation method. Further, the crushing conditions are not particularly limited, and the crushing time, rotation speed, etc. by an appropriate crusher (for example, a device that can also be used by the mechanical alloy method, for example, a planetary ball mill) may be appropriately set. As an example of the crushing conditions, there is an example in which crushing is performed at a rotation speed of 200 to 400 rpm for 30 minutes to 4 hours using a crusher such as a planetary ball mill.

(炭素材料)
負極活物質層13に必須に含まれる負極活物質のもう1つは、黒鉛、難黒鉛化炭素、および無定形炭素からなる群から選択され、JIS R 7222−1997に規定の測定方法によって測定されるヤング率が30GPa以上である炭素材料である。
(Carbon material)
The other negative electrode active material essentially contained in the negative electrode active material layer 13 is selected from the group consisting of graphite, non-graphitized carbon, and amorphous carbon, and is measured by the measuring method specified in JIS R 7222-1997. It is a carbon material having a young rate of 30 GPa or more.

上述したように、炭素材料の種類は、黒鉛、難黒鉛化炭素、および無定形炭素からなる群から選択される1種または2種以上である。詳しくは、天然黒鉛、人造黒鉛等の高結晶性カーボンである黒鉛(グラファイト);ハードカーボン等の難黒鉛化炭素;およびケッチェンブラック(登録商標)、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック等のカーボンブラックのような無定形炭素から選択される1種または2種以上である。これらのうち、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛を用いることが好ましい。 As described above, the type of carbon material is one or more selected from the group consisting of graphite, non-graphitized carbon, and amorphous carbon. Specifically, graphite (graphite), which is a highly crystalline carbon such as natural graphite and artificial graphite; non-graphitized carbon such as hard carbon; and Ketjen Black (registered trademark), acetylene black, channel black, lamp black, and oil furnace. One or more selected from amorphous carbon such as carbon black such as black and thermal black. Of these, it is preferable to use graphite such as natural graphite or artificial graphite.

炭素材料の平均粒子径(D50)についても特に制限はない。やはり高出力化の観点から、好ましくは5〜40μmであり、より好ましくは10〜30μmである。また、サイクル耐久性をよりいっそう向上させるという観点から、炭素材料の平均粒子径(D50)は、Si含有合金の平均粒子径(D50)よりも大きいことが好ましい。炭素材料の形状としては、特に制限はなく、球状、楕円状、円柱状、多角柱状、鱗片状、不定形などでありうる。なお、炭素材料のBET比表面積の値についても特に制限はないが、好ましくは50m/g以下であり、より好ましくは20m/g以下である(下限値は特に制限されないが、例えば1m/g以上である)。 The average particle size (D50) of the carbon material is also not particularly limited. Again, from the viewpoint of high output, it is preferably 5 to 40 μm, and more preferably 10 to 30 μm. Further, from the viewpoint of further improving the cycle durability, the average particle size (D50) of the carbon material is preferably larger than the average particle size (D50) of the Si-containing alloy. The shape of the carbon material is not particularly limited and may be spherical, elliptical, cylindrical, polygonal, scaly, amorphous or the like. The value of the BET specific surface area of the carbon material is also not particularly limited, but is preferably 50 m 2 / g or less, more preferably 20 m 2 / g or less (the lower limit is not particularly limited, but for example, 1 m 2). / G or more).

また、炭素材料のヤング率(引張弾性率)の値は、必須に30GPa以上である。ヤング率が小さい炭素材料を採用してSi含有合金と併用した場合、初期の放電容量(エネルギー密度)を十分に確保することは可能である一方で、サイクル耐久性の低下を十分に抑制することができないという問題がある。これに対し、30GPa以上と大きいヤング率を有する上記所定の炭素材料をSi含有合金と併用することで、初期の放電容量(エネルギー密度)を十分に確保しつつ、サイクル耐久性の低下をも防止することが可能となるのである。 Further, the value of Young's modulus (tensile elastic modulus) of the carbon material is indispensably 30 GPa or more. When a carbon material with a low Young's modulus is used and used in combination with a Si-containing alloy, it is possible to secure a sufficient initial discharge capacity (energy density), but it is possible to sufficiently suppress a decrease in cycle durability. There is a problem that it cannot be done. On the other hand, by using the above-mentioned predetermined carbon material having a Young's modulus as large as 30 GPa or more in combination with the Si-containing alloy, the initial discharge capacity (energy density) is sufficiently secured and the decrease in cycle durability is prevented. It becomes possible to do.

ここで、炭素材料のヤング率の値は、JIS R 7222−1997に規定の測定方法によって測定されるものである。炭素材料のヤング率の上限値について特に制限はないが、好ましくは40GPa以下である。なお、炭素材料の構造や見かけ密度によってヤング率は異なることから、炭素材料の種類・構造を適宜選択することによって、上記の範囲内/範囲外のヤング率を有する炭素材料をそれぞれ選択することが可能である。一例として、炭素材料の見かけ密度が小さいとヤング率は大きくなる傾向にある。また、同一の製造原料を用いた場合であっても、炭素材料の製造条件が異なれば得られる炭素材料のヤング率はやはり異なる。このため、炭素材料の製造時における熱処理温度や熱処理時間等の製造条件を適宜設定することによっても、上記の範囲内/範囲外のヤング率を有する炭素材料をそれぞれ選択することが可能である。一例として、熱処理の際の温度が高くなればヤング率も大きくなる傾向にある(ただし、温度が高くなり過ぎるとヤング率は低下する)。 Here, the value of Young's modulus of the carbon material is measured by the measuring method specified in JIS R 7222-1997. The upper limit of the Young's modulus of the carbon material is not particularly limited, but is preferably 40 GPa or less. Since the Young's modulus differs depending on the structure and apparent density of the carbon material, it is possible to select carbon materials having Young's modulus within / outside the above range by appropriately selecting the type and structure of the carbon material. It is possible. As an example, the Young's modulus tends to increase when the apparent density of the carbon material is small. Further, even when the same production raw material is used, the Young's modulus of the obtained carbon material is still different if the production conditions of the carbon material are different. Therefore, it is possible to select carbon materials having Young's modulus within / outside the above range by appropriately setting the production conditions such as the heat treatment temperature and the heat treatment time at the time of producing the carbon material. As an example, the Young's modulus tends to increase as the temperature during the heat treatment increases (however, the Young's modulus decreases when the temperature becomes too high).

本形態に係る非水電解質二次電池においては、上述したSi含有合金と炭素材料との含有割合の範囲が規定されている。具体的には、Si含有合金と上記炭素材料との合計含有量に占める当該炭素材料の含有割合が5〜15質量%であることが必須である。ここで、これらの合計含有量に占める上記炭素材料の含有割合が小さ過ぎると、初期の放電容量(エネルギー密度)については良化するものの、サイクル耐久性が著しく低下するという問題がある。また、当該含有割合が大き過ぎると、初期の放電容量(エネルギー密度)が低下してしまい、そもそもSi含有合金を用いた意義が損なわれてしまうという問題がある。これに対し、上記含有割合を5〜15質量%の範囲に制御することで、初期容量(エネルギー密度)とサイクル耐久性との両立が達成され、バランスの取れた性能を有する非水電解質二次電池が提供されうる。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment, the range of the content ratio of the Si-containing alloy and the carbon material described above is defined. Specifically, it is essential that the content ratio of the carbon material in the total content of the Si-containing alloy and the carbon material is 5 to 15% by mass. Here, if the content ratio of the carbon material to the total content is too small, the initial discharge capacity (energy density) is improved, but there is a problem that the cycle durability is remarkably lowered. Further, if the content ratio is too large, the initial discharge capacity (energy density) is lowered, and there is a problem that the significance of using the Si-containing alloy is impaired in the first place. On the other hand, by controlling the content ratio in the range of 5 to 15% by mass, both the initial capacity (energy density) and the cycle durability are achieved, and the secondary non-aqueous electrolyte has a well-balanced performance. Batteries may be provided.

このような効果が発現するメカニズムについては完全には明らかとはなっていないが、以下のようなメカニズムが推定されている。すなわち、本形態に係る構成を有しない負極(Si含有合金のみを負極活物質として含む負極や、炭素材料を含んでいてもそのヤング率が小さい負極)においては、放電時におけるSi含有合金の収縮に伴って負極活物質の粒子間に空隙が生じる結果、負極活物質層内における導電パスが切断される。このため、負極活物質層における電池の内部抵抗が上昇し、サイクル耐久性が低下する。これに対し、本形態に係る負極の負極活物質層においては、充電時にSi含有合金が膨張すると高ヤング率の炭素材料が押し潰される。押し潰された炭素材料は放電時に弾性変形によって元の形状に戻ることから、充放電前と同様の導電バスを維持することができる。その結果、サイクル耐久性の低下を抑制することが可能となるものと考えられる。ヤング率の小さい炭素材料をSi含有合金と併用したとしても、充電時のSi含有合金の膨張に伴う圧縮力を受けて炭素材料が崩壊してしまうことから、このような効果は得られない。なお、このメカニズムは推測に基づくものであって、その正否が本発明の技術的範囲に影響することはない。 The mechanism by which such effects occur has not been completely clarified, but the following mechanisms have been presumed. That is, in a negative electrode having no configuration according to the present embodiment (a negative electrode containing only a Si-containing alloy as a negative electrode active material, or a negative electrode containing a carbon material but having a small young ratio), the Si-containing alloy shrinks during discharge. As a result, voids are formed between the particles of the negative electrode active material, and as a result, the conductive path in the negative electrode active material layer is cut. Therefore, the internal resistance of the battery in the negative electrode active material layer increases, and the cycle durability decreases. On the other hand, in the negative electrode active material layer of the negative electrode according to the present embodiment, when the Si-containing alloy expands during charging, the carbon material having a high Young's modulus is crushed. Since the crushed carbon material returns to its original shape due to elastic deformation during discharge, it is possible to maintain the same conductive bath as before charging / discharging. As a result, it is considered possible to suppress a decrease in cycle durability. Even if a carbon material having a small Young's modulus is used in combination with a Si-containing alloy, such an effect cannot be obtained because the carbon material collapses due to the compressive force accompanying the expansion of the Si-containing alloy during charging. It should be noted that this mechanism is based on speculation, and its correctness does not affect the technical scope of the present invention.

なお、場合によっては、上述した2種の負極活物質以外の負極活物質が併用されてもよい。併用可能な負極活物質としては、例えば、リチウム−遷移金属複合酸化物(例えば、LiTi12)、金属材料、リチウム合金系負極材料、アモルファスSiO粒子とSi粒子との混合体であるSiO(xはSiの原子価を満足する酸素数を表す)などが挙げられる。これ以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。ただし、本発明の効果を十分に発現させるという観点からは、上述した2種の負極活物質(Si含有合金および所定のヤング率を有する炭素材料)の合計含有量が、負極活物質層13に含まれる負極活物質の全量100質量%に対して、50質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましく、95質量%以上であることがいっそう好ましく、98質量%以上であることが特に好ましく、100質量%であることが最も好ましい。 In some cases, a negative electrode active material other than the above-mentioned two types of negative electrode active materials may be used in combination. Examples of the negative electrode active material that can be used in combination include a lithium-transition metal composite oxide (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ), a metal material, a lithium alloy negative electrode material, and a mixture of amorphous SiO 2 particles and Si particles. A certain SiO x (x represents the number of oxygen satisfying the valence of Si) and the like can be mentioned. Of course, other negative electrode active materials may be used. However, from the viewpoint of fully exhibiting the effects of the present invention, the total content of the above-mentioned two types of negative electrode active materials (Si-containing alloy and carbon material having a predetermined Young ratio) is added to the negative electrode active material layer 13. It is preferably 50% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, further preferably 90% by mass or more, and 95% by mass or more, based on 100% by mass of the total amount of the negative electrode active material contained. Is more preferable, 98% by mass or more is particularly preferable, and 100% by mass is most preferable.

(バインダ)
本形態において、負極活物質層は、バインダを含むことが好ましい。負極活物質層に含まれるバインダの具体的な形態としては、正極活物質層に含まれるバインダとして上述した材料が挙げられる。また、負極活物質層が水系バインダを含むことも好ましい。水系バインダは、原料としての水の調達が容易であることに加え、乾燥時に発生するのは水蒸気であるため、製造ラインへの設備投資が大幅に抑制でき、環境負荷の低減を図ることができるという利点がある。
(Binder)
In the present embodiment, the negative electrode active material layer preferably contains a binder. Specific forms of the binder contained in the negative electrode active material layer include the above-mentioned materials as the binder contained in the positive electrode active material layer. It is also preferable that the negative electrode active material layer contains an aqueous binder. In addition to being easy to procure water as a raw material for water-based binders, since water vapor is generated during drying, capital investment in the production line can be significantly reduced, and the environmental load can be reduced. There is an advantage.

水系バインダとは水を溶媒もしくは分散媒体とするバインダをいい、具体的には熱可塑性樹脂、ゴム弾性を有するポリマー、水溶性高分子など、またはこれらの混合物が該当する。ここで、水を分散媒体とするバインダとは、ラテックスまたはエマルジョンと表現される全てを含み、水と乳化または水に懸濁したポリマーを指し、例えば自己乳化するような系で乳化重合したポリマーラテックス類が挙げられる。 The aqueous binder refers to a binder using water as a solvent or a dispersion medium, and specifically, a thermoplastic resin, a polymer having rubber elasticity, a water-soluble polymer, or a mixture thereof. Here, the binder using water as a dispersion medium includes all expressed as latex or emulsion, and refers to a polymer emulsified or suspended in water, for example, a polymer latex emulsified and polymerized in a self-emulsifying system. Kind.

上記水系バインダは、結着性の観点から、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、メタクリル酸メチル−ブタジエンゴム、およびメタクリル酸メチルゴムからなる群から選択される少なくとも1つのゴム系バインダを含むことが好ましい。さらに、結着性が良好であることから、水系バインダはスチレン−ブタジエンゴム(SBR)を含むことが好ましい。 The water-based binder is at least one rubber-based binder selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber, methyl methacrylate-butadiene rubber, and methyl methacrylate rubber from the viewpoint of binding properties. It is preferable to include it. Further, the water-based binder preferably contains styrene-butadiene rubber (SBR) because of its good binding property.

水系バインダとして好適なスチレン−ブタジエンゴム(SBR)を用いる場合、塗工性向上の観点から、以下の増粘剤を併用することが好ましい。スチレン−ブタジエンゴム(SBR)と併用することが好適な増粘剤としては、ポリビニルアルコールおよびその変性体、デンプンおよびその変性体、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの塩等)、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸(塩)、またはポリエチレングリコールが挙げられる。中でも、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)と、カルボキシメチルセルロース(CMC)又はその塩(CMC(塩))とを組み合わせることが好ましい。SBR(水系バインダ)と、増粘剤との含有質量比は、特に制限されるものではないが、SBR(水系バインダ):増粘剤=1:(0.3〜0.7)であることが好ましい。 When styrene-butadiene rubber (SBR) suitable as an aqueous binder is used, it is preferable to use the following thickeners in combination from the viewpoint of improving coatability. Suitable thickeners to be used in combination with styrene-butadiene rubber (SBR) include polyvinyl alcohol and its modified products, starch and its modified products, cellulose derivatives (carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and these. (Salt, etc.), polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid (salt), or polyethylene glycol. Above all, it is preferable to combine styrene-butadiene rubber (SBR) with carboxymethyl cellulose (CMC) or a salt thereof (CMC (salt)). The mass ratio of SBR (water-based binder) and the thickener is not particularly limited, but SBR (water-based binder): thickener = 1: (0.3 to 0.7). Is preferable.

負極活物質層中に含まれるバインダ量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは負極活物質層の全量100質量%に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%であり、さらに好ましくは1〜8質量%であり、特に好ましくは1〜4質量%であり、最も好ましくは1.5〜3.5質量%である。水系バインダは結着力が高いことから、有機溶媒系バインダと比較して少量の添加で活物質層を形成できる。 The amount of binder contained in the negative electrode active material layer is not particularly limited as long as it can bind the active material, but is preferably 0 with respect to 100% by mass of the total amount of the negative electrode active material layer. It is 5 to 15% by mass, more preferably 1 to 10% by mass, further preferably 1 to 8% by mass, particularly preferably 1 to 4% by mass, and most preferably 1.5 to 3%. It is 5.5% by mass. Since the water-based binder has a high binding force, the active material layer can be formed by adding a small amount as compared with the organic solvent-based binder.

本形態の好ましい実施形態において、負極活物質層はバインダとしてポリイミドまたはSBRを含むことが好ましく、ポリイミドを含むことが特に好ましい。負極活物質層がバインダとしてポリイミドを含むと、本発明の作用効果がよりいっそう発現するため、好ましい。 In a preferred embodiment of the present embodiment, the negative electrode active material layer preferably contains polyimide or SBR as a binder, and particularly preferably contains polyimide. It is preferable that the negative electrode active material layer contains polyimide as a binder because the effects of the present invention are further exhibited.

負極活物質層は、負極活物質、バインダ以外にも、必要に応じて、上記した増粘剤のほか、導電助剤、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤をさらに含む。本明細書に特記する場合を除き、これらの具体的な形態は、正極活物質層と同様である。 In addition to the negative electrode active material and the binder, the negative electrode active material layer includes, if necessary, a conductive additive, an electrolyte (polymer matrix, ionic conductive polymer, electrolytic solution, etc.), and ionic conductivity in addition to the above-mentioned thickener. Further contains other additives such as lithium salts to enhance. Unless otherwise specified herein, these specific forms are the same as those of the positive electrode active material layer.

負極活物質層における導電助剤の含有量は、好ましくは0.1〜10質量%であり、より好ましくは0.5〜8質量%である。導電助剤の配合比(含有量)を上記範囲内に規定することで以下の効果が発現される。すなわち、電極反応を阻害することなく、電子伝導性を十分に担保することができ、電極密度の低下によるエネルギー密度の低下を抑制でき、ひいては電極密度の向上によるエネルギー密度の向上を図ることができるのである。 The content of the conductive auxiliary agent in the negative electrode active material layer is preferably 0.1 to 10% by mass, and more preferably 0.5 to 8% by mass. The following effects are exhibited by defining the blending ratio (content) of the conductive auxiliary agent within the above range. That is, the electron conductivity can be sufficiently ensured without inhibiting the electrode reaction, the decrease in energy density due to the decrease in electrode density can be suppressed, and the energy density can be improved by improving the electrode density. It is.

負極活物質層中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。 The compounding ratio of the components contained in the negative electrode active material layer is not particularly limited. The compounding ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries.

負極活物質層の空孔率は、負極活物質層の全容積に対し、10〜45体積%、好ましくは15〜40体積%、より好ましくは20〜35体積%の範囲である。空孔率が上記範囲内であれば、電池容量等の特性や強度を損なうことなく、活物質層の空孔が、活物質層内部にまで電解液を含浸させ、電極反応が促進されるように電解液(Liイオン)を供給する経路として有効に機能できるためである。 The porosity of the negative electrode active material layer is in the range of 10 to 45% by volume, preferably 15 to 40% by volume, and more preferably 20 to 35% by volume with respect to the total volume of the negative electrode active material layer. When the pore ratio is within the above range, the pores of the active material layer are impregnated with the electrolytic solution even inside the active material layer without impairing the characteristics and strength such as battery capacity, so that the electrode reaction is promoted. This is because it can effectively function as a pathway for supplying the electrolytic solution (Li + ion) to the battery.

本実施形態において、負極活物質層の密度は、特に制限されないが、高密度化の観点から、1.5〜1.8g/cmであることが好ましく、1.5〜1.7g/cmであることがより好ましい。 In the present embodiment, the density of the negative electrode active material layer is not particularly limited , but is preferably 1.5 to 1.8 g / cm 3 from the viewpoint of increasing the density, and is preferably 1.5 to 1.7 g / cm. It is more preferably 3.

負極活物質層の片面塗工量(目付量)は、特に制限されないが、5〜20mg/cmであることが好ましく、8〜15mg/cmであることがより好ましい。負極活物質層の片面塗工量が20mg/cm以下であると、電池のレート特性が向上しうる。一方、負極活物質層の片面塗工量が5mg/cm以上であれば、十分な容量を確保することができる。 Sided coating amount of the negative electrode active material layer (weight per unit area) is not particularly limited, is preferably from 5 to 20 mg / cm 2, more preferably 8~15mg / cm 2. When the amount of one-sided coating of the negative electrode active material layer is 20 mg / cm 2 or less, the rate characteristics of the battery can be improved. On the other hand, if the amount of one-sided coating of the negative electrode active material layer is 5 mg / cm 2 or more, a sufficient capacity can be secured.

負活物質層(集電体片面の活物質層)の厚さについても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、負極活物質層の厚さは、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮し、通常1〜500μm程度、好ましくは50〜150μmである。 The thickness of the negative active material layer (active material layer on one side of the current collector) is also not particularly limited, and conventionally known knowledge about the battery can be appropriately referred to. As an example, the thickness of the negative electrode active material layer is usually about 1 to 500 μm, preferably about 50 to 150 μm in consideration of the purpose of use of the battery (emphasis on output, emphasis on energy, etc.) and ionic conductivity.

負極活物質層は、負極活物質、バインダ、導電助剤、溶媒などを含む負極活物質スラリーを集電体上に塗布して形成することができるが、負極活物質スラリーを調製する際にさらに粉砕処理を行ってもよい。粉砕手段は特に制限されず、公知の手段を適宜採用することができる。粉砕条件は特に限定されるものではなく、粉砕時間、回転速度などを適宜設定すればよい。粉砕条件の一例を挙げれば、回転速度200〜400rpmにて30分〜4時間粉砕を行う例が挙げられる。また、粉砕処理は粉砕処理によって溶媒が加熱されて変性することを防ぐ目的で、冷却時間を挟んで数回に分けて行ってもよい。 The negative electrode active material layer can be formed by applying a negative electrode active material slurry containing a negative electrode active material, a binder, a conductive auxiliary agent, a solvent, etc. onto the current collector, but further when preparing the negative electrode active material slurry. A crushing treatment may be performed. The crushing means is not particularly limited, and known means can be appropriately adopted. The crushing conditions are not particularly limited, and the crushing time, rotation speed, and the like may be appropriately set. As an example of the crushing conditions, there is an example of crushing at a rotation speed of 200 to 400 rpm for 30 minutes to 4 hours. Further, the pulverization treatment may be carried out in several times with a cooling time in between, for the purpose of preventing the solvent from being heated and denatured by the pulverization treatment.

<集電体>
集電体(11、12)は導電性材料から構成される。集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。
<Current collector>
The current collectors (11, 12) are made of a conductive material. The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. For example, if it is used for a large battery that requires high energy density, a current collector having a large area is used.

集電体の厚さについても特に制限はない。集電体の厚さは、通常は1〜100μm程度である。 There is no particular limitation on the thickness of the current collector. The thickness of the current collector is usually about 1 to 100 μm.

集電体の形状についても特に制限されない。図1に示す積層型電池10では、集電箔のほか、網目形状(エキスパンドグリッド等)等を用いることができる。 The shape of the current collector is also not particularly limited. In the laminated battery 10 shown in FIG. 1, in addition to the current collector foil, a mesh shape (expanded grid or the like) or the like can be used.

集電体を構成する材料に特に制限はない。例えば、金属や、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂が採用されうる。 There are no particular restrictions on the materials that make up the current collector. For example, a metal or a resin obtained by adding a conductive filler to a conductive polymer material or a non-conductive polymer material can be adopted.

具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位、集電体へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。 Specific examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, and copper. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Further, the foil may be a metal surface coated with aluminum. Of these, aluminum, stainless steel, copper, and nickel are preferable from the viewpoints of electron conductivity, battery operating potential, adhesion of the negative electrode active material by sputtering to the current collector, and the like.

また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。 Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the current collector.

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはポリスチレン(PS)などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。 Examples of the non-conductive polymer material include polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), etc.), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), and polyimide. (PI), Polyethyleneimide (PAI), Polyethylene (PA), Polytetrafluoroethylene (PTFE), Styrene-butadiene rubber (SBR), Polyacrylonitrile (PAN), Polymethylacrylate (PMA), Polymethylmethacrylate (PMMA) , Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), polystyrene (PS) and the like. Such non-conductive polymer materials can have excellent potential resistance or solvent resistance.

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。 A conductive filler may be added to the above-mentioned conductive polymer material or non-conductive polymer material, if necessary. In particular, when the resin used as the base material of the current collector is composed of only a non-conductive polymer, a conductive filler is inevitably indispensable in order to impart conductivity to the resin.

導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、およびKからなる群から選択される少なくとも1種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン(登録商標)、ブラックパール(登録商標)、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック(登録商標)、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも1種を含むものである。 The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a conductive substance. For example, materials having excellent conductivity, potential resistance, or lithium ion blocking property include metals and conductive carbon. The metal is not particularly limited, but is at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K, or a metal thereof. It is preferable to contain an alloy containing, or a metal oxide. Further, the conductive carbon is not particularly limited. Preferably, it is selected from the group consisting of acetylene black, vulcan (registered trademark), black pearl (registered trademark), carbon nanofiber, Ketjen black (registered trademark), carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. It contains at least one species.

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5〜35質量%程度である。 The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it can impart sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 35% by mass.

<セパレータ(電解質層)>
セパレータは、電解質を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。
<Separator (electrolyte layer)>
The separator has a function of holding an electrolyte and ensuring lithium ion conductivity between the positive electrode and the negative electrode, and a function as a partition wall between the positive electrode and the negative electrode.

セパレータの形態としては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。 Examples of the form of the separator include a porous sheet separator made of a polymer or fiber that absorbs and retains the electrolyte, a non-woven fabric separator, and the like.

ポリマーないし繊維からなる多孔性シートのセパレータとしては、例えば、微多孔質(微多孔膜)を用いることができる。該ポリマーないし繊維からなる多孔性シートの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;これらを複数積層した積層体(例えば、PP/PE/PPの3層構造をした積層体など)、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔質(微多孔膜)セパレータが挙げられる。 As the separator of the porous sheet made of polymer or fiber, for example, microporous (microporous membrane) can be used. Specific forms of the porous sheet made of the polymer or fiber include, for example, a polyolefin such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); a laminate in which a plurality of these are laminated (for example, three layers of PP / PE / PP). Examples thereof include a microporous (microporous film) separator made of a laminated body having a structure, etc.), a hydrocarbon resin such as polyethylene, aramid, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), and glass fiber.

微多孔質(微多孔膜)セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。1例を示せば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。前記微多孔質(微多孔膜)セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)であることが望ましい。 The thickness of the microporous (microporous membrane) separator cannot be uniquely specified because it differs depending on the intended use. To give an example, in applications such as a secondary battery for driving a motor such as an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a fuel cell vehicle (FCV), the length is 4 to 60 μm in a single layer or a multilayer. Is desirable. It is desirable that the fine pore size of the microporous (microporous membrane) separator is 1 μm or less (usually, the pore size is about several tens of nm) at the maximum.

不織布セパレータとしては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5〜200μmであり、特に好ましくは10〜100μmである。 As the non-woven fabric separator, conventionally known ones such as cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefin such as PP and PE; polyimide and aramid are used alone or in combination. Further, the bulk density of the non-woven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated electrolyte. Further, the thickness of the non-woven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, and particularly preferably 10 to 100 μm.

また、上述したように、セパレータは、電解質を含む。電解質としては、かような機能を発揮できるものであれば特に制限されないが、液体電解質またはゲルポリマー電解質が用いられる。ゲルポリマー電解質を用いることにより、電極間距離の安定化が図られ、分極の発生が抑制され、耐久性(サイクル特性)が向上する。 Also, as mentioned above, the separator contains an electrolyte. The electrolyte is not particularly limited as long as it can exhibit such a function, but a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte is used. By using the gel polymer electrolyte, the distance between the electrodes is stabilized, the occurrence of polarization is suppressed, and the durability (cycle characteristics) is improved.

液体電解質は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。電解液層を構成する液体電解質は、可塑剤である有機溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。用いられる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類が例示される。また、リチウム塩としては、Li(CFSON、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiCFSO等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。液体電解質は、上述した成分以外の添加剤をさらに含んでもよい。かような添加剤の具体例としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネート、1−メチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−2−ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、1,1−ジメチル−2−メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。なかでも、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートが好ましく、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートがより好ましい。これらの添加剤は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 The liquid electrolyte has a function as a carrier of lithium ions. The liquid electrolyte constituting the electrolytic solution layer has a form in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent which is a plasticizer. Examples of the organic solvent used include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate. As the lithium salt, Li (CF 3 SO 2) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF such 6, LiCF 3 SO 3 Compounds that can be added to the active material layer of the electrode can also be employed. The liquid electrolyte may further contain additives other than the above-mentioned components. Specific examples of such additives include, for example, vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, dimethylvinylene carbonate, phenylvinylene carbonate, diphenylvinylene carbonate, ethylvinylene carbonate, diethylvinylene carbonate, vinylethylene carbonate, 1,2-divinylethylene. Carbonate, 1-methyl-1-vinylethylene carbonate, 1-methyl-2-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-1-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-2-vinylethylene carbonate, vinylvinylene carbonate, allylethylene carbonate, Vinyloxymethylethylene carbonate, allyloxymethylethylene carbonate, acrylicoxymethylethylene carbonate, methacryloxymethylethylene carbonate, ethynylethylene carbonate, propargylethylene carbonate, ethynyloxymethylethylene carbonate, propargyloxyethylene carbonate, methyleneethylene carbonate, 1,1 -Dimethyl-2-methyleneethylene carbonate and the like. Of these, vinylene carbonate, methylvinylene carbonate and vinylethylene carbonate are preferable, and vinylene carbonate and vinylethylene carbonate are more preferable. Only one of these additives may be used alone, or two or more of these additives may be used in combination.

ゲルポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー(ホストポリマー)に、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導性を遮断することで容易になる点で優れている。マトリックスポリマー(ホストポリマー)として用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HEP)、ポリ(メチルメタクリレート(PMMA)およびこれらの共重合体等が挙げられる。 The gel polymer electrolyte has a structure in which the above liquid electrolyte is injected into a matrix polymer (host polymer) made of an ionic conductive polymer. By using a gel polymer electrolyte as the electrolyte, the fluidity of the electrolyte is lost, and it is excellent in that it becomes easy by blocking the ionic conductivity between the layers. Examples of the ionic conductive polymer used as the matrix polymer (host polymer) include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), and polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene). PVdF-HEP), poly (methyl methacrylate (PMMA)) and copolymers thereof and the like.

ゲル電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。 The matrix polymer of the gel electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, a suitable polymerization initiator is used, and a polymerizable polymer for forming a polyelectrolyte (for example, PEO or PPO) is subjected to thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. It may be polymerized.

また、セパレータとしては多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等の多孔質基体に耐熱絶縁層が積層されたセパレータ(耐熱絶縁層付セパレータ)であることが好ましい。耐熱絶縁層は、無機粒子およびバインダを含むセラミック層である。耐熱絶縁層付セパレータは融点または熱軟化点が150℃以上、好ましくは200℃以上である耐熱性の高いものを用いる。耐熱絶縁層を有することによって、温度上昇の際に増大するセパレータの内部応力が緩和されるため熱収縮抑制効果が得られうる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。また、耐熱絶縁層を有することによって、耐熱絶縁層付セパレータの機械的強度が向上し、セパレータの破膜が起こりにくい。さらに、熱収縮抑制効果および機械的強度の高さから、電池の製造工程でセパレータがカールしにくくなる。 Further, the separator is preferably a separator in which a heat-resistant insulating layer is laminated on a porous substrate such as a porous sheet separator or a non-woven fabric separator (separator with a heat-resistant insulating layer). The heat-resistant insulating layer is a ceramic layer containing inorganic particles and a binder. As the separator with a heat-resistant insulating layer, a separator having a melting point or a thermal softening point of 150 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, having high heat resistance is used. By having the heat-resistant insulating layer, the internal stress of the separator, which increases when the temperature rises, is relaxed, so that the effect of suppressing heat shrinkage can be obtained. As a result, it is possible to prevent the induction of a short circuit between the electrodes of the battery, so that the battery configuration is less likely to cause performance deterioration due to a temperature rise. Further, by having the heat-resistant insulating layer, the mechanical strength of the separator with the heat-resistant insulating layer is improved, and the film breakage of the separator is less likely to occur. Further, due to the effect of suppressing heat shrinkage and high mechanical strength, the separator is less likely to curl in the battery manufacturing process.

耐熱絶縁層における無機粒子は、耐熱絶縁層の機械的強度や熱収縮抑制効果に寄与する。無機粒子として使用される材料は特に制限されない。例えば、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタンの酸化物(SiO、Al、ZrO、TiO)、水酸化物、および窒化物、ならびにこれらの複合体が挙げられる。これらの無機粒子は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来のものであってもよいし、人工的に製造されたものであってもよい。また、これらの無機粒子は1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。これらのうち、コストの観点から、シリカ(SiO)またはアルミナ(Al)を用いることが好ましく、アルミナ(Al)を用いることがより好ましい。 The inorganic particles in the heat-resistant insulating layer contribute to the mechanical strength of the heat-resistant insulating layer and the effect of suppressing heat shrinkage. The material used as the inorganic particles is not particularly limited. Examples include silicon, aluminum, zirconium, titanium oxides (SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 ), hydroxides, and nitrides, and composites thereof. These inorganic particles may be derived from mineral resources such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, and mica, or may be artificially produced. In addition, only one of these inorganic particles may be used alone, or two or more of these inorganic particles may be used in combination. Of these, from the viewpoint of cost, it is preferable to use silica (SiO 2 ) or alumina (Al 2 O 3 ), and it is more preferable to use alumina (Al 2 O 3).

耐熱性粒子の目付けは、特に限定されるものではないが、5〜15g/mであることが好ましい。この範囲であれば、十分なイオン伝導性が得られ、また、耐熱強度を維持する点で好ましい。 The basis weight of the heat-resistant particles is not particularly limited, but is preferably 5 to 15 g / m 2. Within this range, sufficient ionic conductivity can be obtained and heat resistance is maintained, which is preferable.

耐熱絶縁層におけるバインダは、無機粒子どうしや、無機粒子と多孔質基体とを接着させる役割を有する。当該バインダによって、耐熱絶縁層が安定に形成され、また多孔質基体および耐熱絶縁層の間の剥離が防止される。 The binder in the heat-resistant insulating layer has a role of adhering the inorganic particles to each other and the inorganic particles and the porous substrate. The binder stably forms the heat-resistant insulating layer and prevents peeling between the porous substrate and the heat-resistant insulating layer.

耐熱絶縁層に使用されるバインダは、特に制限はなく、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリロニトリル、セルロース、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)、アクリル酸メチルなどの化合物がバインダとして用いられうる。このうち、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アクリル酸メチル、またはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を用いることが好ましい。これらの化合物は、1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 The binder used for the heat-resistant insulating layer is not particularly limited, and is, for example, carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylonitrile, cellulose, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber. , Butadiene rubber, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl fluoride (PVF), methyl acrylate and the like can be used as binders. Of these, carboxymethyl cellulose (CMC), methyl acrylate, or polyvinylidene fluoride (PVdF) is preferably used. Only one of these compounds may be used alone, or two or more of these compounds may be used in combination.

耐熱絶縁層におけるバインダの含有量は、耐熱絶縁層100質量%に対して、2〜20質量%であることが好ましい。バインダの含有量が2質量%以上であると、耐熱絶縁層と多孔質基体との間の剥離強度を高めることができ、セパレータの耐振動性を向上させることができる。一方、バインダの含有量が20質量%以下であると、無機粒子の隙間が適度に保たれるため、十分なリチウムイオン伝導性を確保することができる。 The binder content in the heat-resistant insulating layer is preferably 2 to 20% by mass with respect to 100% by mass of the heat-resistant insulating layer. When the binder content is 2% by mass or more, the peel strength between the heat-resistant insulating layer and the porous substrate can be increased, and the vibration resistance of the separator can be improved. On the other hand, when the binder content is 20% by mass or less, the gaps between the inorganic particles are appropriately maintained, so that sufficient lithium ion conductivity can be ensured.

耐熱絶縁層付セパレータの熱収縮率は、150℃、2gf/cm条件下、1時間保持後にMD、TDともに10%以下であることが好ましい。このような耐熱性の高い材質を用いることで、正極発熱量が高くなり電池内部温度が150℃に達してもセパレータの収縮を有効に防止することができる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。 The heat shrinkage of the separator with a heat-resistant insulating layer is preferably 10% or less for both MD and TD after holding for 1 hour under the conditions of 150 ° C. and 2 gf / cm 2. By using such a material having high heat resistance, it is possible to effectively prevent the separator from shrinking even when the amount of heat generated by the positive electrode increases and the internal temperature of the battery reaches 150 ° C. As a result, it is possible to prevent the induction of a short circuit between the electrodes of the battery, so that the battery configuration is less likely to cause performance deterioration due to a temperature rise.

<集電板(タブ)>
リチウムイオン二次電池においては、電池外部に電流を取り出す目的で、集電体に電気的に接続された集電板(タブ)が外装材であるラミネートフィルムの外部に取り出されている。
<Current collector plate (tab)>
In a lithium ion secondary battery, a current collector plate (tab) electrically connected to a current collector is taken out of a laminate film as an exterior material for the purpose of taking out current to the outside of the battery.

集電板を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。 The material constituting the current collector plate is not particularly limited, and a known highly conductive material conventionally used as a current collector plate for a lithium ion secondary battery can be used.

集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板(正極タブ)と負極集電板(負極タブ)とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。 As the constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. The same material may be used or different materials may be used for the positive electrode current collector plate (positive electrode tab) and the negative electrode current collector plate (negative electrode tab).

<正極端子リードおよび負極端子リード>
負極および正極端子リードの材料は、公知の積層型二次電池で用いられるリードを用いることができる。なお、電池外装材から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。
<Positive terminal lead and negative electrode terminal lead>
As the material of the negative electrode and positive electrode terminal leads, the leads used in known laminated secondary batteries can be used. The part taken out from the battery exterior material is heat-insulating so that it does not come into contact with peripheral devices or wiring and cause an electric leakage, which affects the product (for example, automobile parts, especially electronic devices). It is preferable to cover with a heat-shrinkable tube or the like.

<電池外装体>
電池外装体としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができる。そのほか、図1に示すようなラミネートフィルム29を外装材として用いて、発電要素21をパックしてもよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる3層構造として構成されうる。このようなラミネートフィルムを用いることにより、外装材の開封、容量回復材の添加、外装材の再封止を容易に行うことができる。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができ、所望の電解液層厚みへと調整容易であることから、外装体は、アルミニウムを含むラミネートフィルムからなるもの(例えば、アルミラミネートシート製バッグ)がより好ましい。アルミニウムを含むラミネートフィルムには、上記したポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなるアルミラミネートフィル等を用いることができる。
<Battery exterior>
As the battery exterior, a conventionally known metal can case can be used. In addition, the power generation element 21 may be packed by using the laminated film 29 as shown in FIG. 1 as the exterior material. The laminated film can be configured as, for example, a three-layer structure in which polypropylene, aluminum, and nylon are laminated in this order. By using such a laminated film, it is possible to easily open the exterior material, add the capacity recovery material, and reseal the exterior material. A laminated film is desirable from the viewpoint of high output and excellent cooling performance, and can be suitably used for batteries for large devices for EVs and HEVs. Further, since the group pressure applied to the power generation element from the outside can be easily adjusted and the thickness of the electrolytic solution layer can be easily adjusted, the exterior body is made of a laminated film containing aluminum (for example,). Aluminum laminated sheet bag) is more preferable. As the laminated film containing aluminum, an aluminum laminate fill or the like in which the above-mentioned polypropylene, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used.

[セルサイズ]
図2は、二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。このリチウムイオン二次電池のように、本発明における好ましい実施形態によれば、アルミニウムを含むラミネートフィルムからなる電池外装体に前記発電要素が封入されてなる構成を有する扁平積層型ラミネート電池が提供される。
[Cell size]
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of a flat lithium ion secondary battery, which is a typical embodiment of the secondary battery. According to a preferred embodiment of the present invention, such as this lithium ion secondary battery, there is provided a flat laminated laminated battery having a structure in which the power generation element is enclosed in a battery outer body made of a laminated film containing aluminum. NS.

図2に示すように、扁平なリチウムイオン二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素57は、リチウムイオン二次電池50の電池外装材52によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素57は、正極タブ58および負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素57は、先に説明した図2に示すリチウムイオン二次電池10の発電要素21に相当するものである。発電要素57は、正極(正極活物質層)15、電解質層17および負極(負極活物質層)13で構成される単電池層(単セル)19が複数積層されたものである。 As shown in FIG. 2, the flat lithium ion secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and positive electrode tabs 58 and negative electrode tabs 59 for extracting electric power are pulled out from both side portions thereof. There is. The power generation element 57 is wrapped by the battery exterior material 52 of the lithium ion secondary battery 50, and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element 57 is sealed with the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 pulled out to the outside. Has been done. Here, the power generation element 57 corresponds to the power generation element 21 of the lithium ion secondary battery 10 shown in FIG. 2 described above. The power generation element 57 is formed by stacking a plurality of single battery layers (single cells) 19 composed of a positive electrode (positive electrode active material layer) 15, an electrolyte layer 17, and a negative electrode (negative electrode active material layer) 13.

また、図2に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図2に示すものに制限されるものではない。 Further, the extraction of the tabs 58 and 59 shown in FIG. 2 is not particularly limited. The positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be pulled out from the same side, or the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be divided into a plurality of each and taken out from each side. It is not limited to.

一般的な電気自動車では、電池格納スペースが170L程度である。このスペースにセルおよび充放電制御機器等の補機を格納するため、通常セルの格納スペース効率は50%程度となる。この空間へのセルの積載効率が電気自動車の航続距離を支配する因子となる。単セルのサイズが小さくなると上記積載効率が損なわれるため、航続距離を確保できなくなる。 In a general electric vehicle, the battery storage space is about 170 L. Since the cell and auxiliary equipment such as charge / discharge control equipment are stored in this space, the storage space efficiency of the normal cell is about 50%. The loading efficiency of cells in this space is a factor that controls the cruising range of electric vehicles. If the size of the single cell becomes small, the loading efficiency is impaired, so that the cruising range cannot be secured.

したがって、本発明において、発電要素を外装体で覆った電池構造体は大型であることが好ましい。具体的には、負極活物質層が長方形状(矩形形状)であり、当該長方形の短辺の長さが100mm以上であることが好ましい。かような大型の電池は、車両用途に用いることができる。ここで、負極活物質層の短辺の長さとは、各電極の中で最も長さが短い辺を指す。短辺の長さの上限は特に限定されるものではないが、通常400mm以下である。 Therefore, in the present invention, it is preferable that the battery structure in which the power generation element is covered with the exterior body is large. Specifically, it is preferable that the negative electrode active material layer has a rectangular shape (rectangular shape) and the length of the short side of the rectangle is 100 mm or more. Such large batteries can be used in vehicle applications. Here, the length of the short side of the negative electrode active material layer refers to the side having the shortest length among the electrodes. The upper limit of the length of the short side is not particularly limited, but is usually 400 mm or less.

矩形状の電極のアスペクト比は1〜3であることが好ましく、1〜2であることがより好ましい。なお、電極のアスペクト比は矩形状の正極活物質層の縦横比として定義される。アスペクト比をかような範囲とすることで、車両要求性能と搭載スペースを両立できるという利点がある。 The aspect ratio of the rectangular electrode is preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2. The aspect ratio of the electrode is defined as the aspect ratio of the rectangular positive electrode active material layer. By setting the aspect ratio in such a range, there is an advantage that both vehicle required performance and mounting space can be achieved.

[組電池]
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
[Battery set]
An assembled battery is formed by connecting a plurality of batteries. More specifically, it is composed of serialization, parallelization, or both by using at least two or more. By serializing and parallelizing, the capacitance and voltage can be adjusted freely.

電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。何個の電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。 It is also possible to connect a plurality of batteries in series or in parallel to form a small assembled battery that can be attached / detached. Then, by connecting a plurality of these detachable small assembled batteries in series or in parallel, a large capacity and a large capacity suitable for a vehicle driving power source or an auxiliary power source that require a high volume energy density and a high volume output density. It is also possible to form an assembled battery having an output. How many batteries are connected to make an assembled battery, and how many stages of small assembled batteries are stacked to make a large-capacity assembled battery depends on the battery capacity of the vehicle (electric vehicle) to be installed. It may be decided according to the output.

[車両]
本実施形態の非水電解質二次電池は、レート特性に優れ、長期使用しても放電容量が維持され、サイクル特性が良好である。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大型化が求められるとともに、長寿命化が必要となる。したがって、上記非水電解質二次電池は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
[vehicle]
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment has excellent rate characteristics, maintains the discharge capacity even after long-term use, and has good cycle characteristics. In vehicle applications such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles, and hybrid fuel cell vehicles, higher capacity and larger size are required and longer life is required compared to electric and portable electronic device applications. .. Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery can be suitably used as a power source for a vehicle, for example, a vehicle drive power source or an auxiliary power source.

具体的には、電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本実施形態では、長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。 Specifically, a battery or an assembled battery formed by combining a plurality of batteries can be mounted on the vehicle. In the present embodiment, a long-life battery having excellent long-term reliability and output characteristics can be configured. Therefore, when such a battery is installed, a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV mileage or an electric vehicle having a long one-charge mileage is configured. can. In addition to hybrid vehicles, fuel cell vehicles, electric vehicles (all four-wheeled vehicles (commercial vehicles such as passenger cars, trucks, buses, light vehicles, etc.)) This is because it becomes a highly reliable automobile with a long life by using it for two-wheeled vehicles (including motorcycles) and three-wheeled vehicles. However, the application is not limited to automobiles, and can be applied to various power sources of other vehicles, for example, moving objects such as trains, and power supplies for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use it as.

以下、実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに何ら限定されるわけではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

1.正極の作製
正極活物質としてLiNi0.5Mn0.3Co0.2の組成のNMC複合酸化物(平均粒子径D50:15μm)94質量%、導電助剤としてアセチレンブラック 3質量%、およびバインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)3質量%からなる固形分を準備した。上記PVdFには、株式会社クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製、クレハKFポリマー、粉末タイプ、グレードNo.W♯7200を用いた。この固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量混合して正極活物質スラリーを調製した。得られた正極活物質スラリーを正極集電体であるアルミニウム箔(厚さ:20μm)の表面に塗布し、120℃で3分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形して平面形状が矩形の正極活物質層を作製した。裏面にも同様にして正極活物質層を形成して、正極集電体(アルミニウム箔)の両面にそれぞれ厚さ(箔を含まない)が60μmの正極活物質層が形成されてなる正極を作製した。なお、用いた正極活物質の単位質量あたりの容量は、180mAh/gであった。正極活物質層の片面塗工量は23.5mg/cm(箔を含まない)であった。また、密度は3.0g/cm(箔を含まない)であった。
1. 1. Preparation of positive electrode NMC composite oxide (average particle size D50: 15 μm) with a composition of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 as a positive electrode active material 94% by mass, acetylene black 3% by mass as a conductive auxiliary agent, And as a binder, a solid content consisting of 3% by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) was prepared. The PVdF includes Kureha Battery Materials Japan Co., Ltd., Kureha KF polymer, powder type, grade No. W # 7200 was used. An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, was mixed with this solid content to prepare a positive electrode active material slurry. The obtained positive electrode active material slurry is applied to the surface of an aluminum foil (thickness: 20 μm) which is a positive electrode current collector, dried at 120 ° C. for 3 minutes, and then compression-molded with a roll press to form a positive electrode having a rectangular planar shape. An active material layer was prepared. A positive electrode active material layer is formed on the back surface in the same manner, and a positive electrode active material layer having a thickness (excluding foil) of 60 μm is formed on both sides of the positive electrode current collector (aluminum foil) to prepare a positive electrode. bottom. The capacity of the positive electrode active material used per unit mass was 180 mAh / g. The amount of one-sided coating of the positive electrode active material layer was 23.5 mg / cm 2 (excluding foil). The density was 3.0 g / cm 3 (not including foil).

2.負極の作製
負極活物質である炭素材料として、ヤング率が30GPaの天然黒鉛(1)、およびヤング率が15GPaの天然黒鉛(2)を準備した。なお、炭素材料のヤング率の値は、JIS R 7222−1997に規定の測定方法によって測定した。また、これらの天然黒鉛の平均粒子径(D50)はそれぞれ20μmであった。
2. Preparation of Negative Electrode As the carbon material as the negative electrode active material, natural graphite (1) having a Young's modulus of 30 GPa and natural graphite (2) having a Young's modulus of 15 GPa were prepared. The Young's modulus value of the carbon material was measured by the measuring method specified in JIS R 7222-1997. The average particle size (D50) of these natural graphites was 20 μm, respectively.

一方、負極活物質であるSi含有合金として、Si60Ti40(単位は質量%)で表されるSi−Ti合金を調製した。なお、上記Si含有合金は、メカニカルアロイ法により製造した。具体的には、ドイツ フリッチュ社製遊星ボールミル装置P−6を用いて、ジルコニア製粉砕ポットにジルコニア製粉砕ボールおよび合金の原料粉末を投入し、600rpmで48時間かけて合金化させた。その後400rpmで1時間、粉砕処理を実施した。合金の原料粉末には、Si、Tiの金属粉末を使用した。ここで、合金化処理は、高回転(600rpm)で合金の原料粉末に高エネルギーを付与することで合金化させるものである。一方、粉砕処理は、低回転(400rpm)で2次粒子をほぐす処理を実施するものである(当該処理では合金化しない)。得られたSi含有合金の二次粒子径のD50は3.0μmであり、単位質量あたりの容量は、660mAh/gであった。 On the other hand, as a Si-containing alloy which is a negative electrode active material, a Si—Ti alloy represented by Si 60 Ti 40 (unit: mass%) was prepared. The Si-containing alloy was produced by the mechanical alloy method. Specifically, a zirconia crushed ball and a raw material powder of an alloy were put into a zirconia crushed pot using a planetary ball mill device P-6 manufactured by Frichchu, Germany, and alloyed at 600 rpm for 48 hours. Then, the pulverization treatment was carried out at 400 rpm for 1 hour. As the raw material powder of the alloy, metal powders of Si and Ti were used. Here, the alloying treatment is to alloy the raw material powder of the alloy at a high rotation speed (600 rpm) by applying high energy. On the other hand, in the pulverization treatment, a treatment for loosening secondary particles is carried out at a low rotation speed (400 rpm) (the treatment does not alloy). The secondary particle size D50 of the obtained Si-containing alloy was 3.0 μm, and the capacity per unit mass was 660 mAh / g.

負極活物質として上記の炭素材料のいずれか、および上記のSi含有合金を用い、これらの混合質量比を変化させて、以下の手法により負極(1)〜負極(5)を作製した。 Using any of the above carbon materials and the above Si-containing alloy as the negative electrode active material, the negative electrode (1) to the negative electrode (5) were produced by the following methods by changing the mixed mass ratio of these.

(負極(1)の作製)
負極活物質層の構成成分として、ヤング率が30GPaである天然黒鉛(1)4.05質量%、上記で調製したSi−Ti合金76.95質量%(天然黒鉛とSi−Ti合金との混合質量比は5:95)、導電助剤としてVGCF 2質量%およびカーボンブラック(IMERYS社製、Super−P(登録商標))2質量%、並びにバインダとしてポリイミド15質量%を用意した。次いで、これらの成分スラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)の適量中に添加し、攪拌脱泡機を用いて10分間撹拌混合して、十分に分散されてなる負極活物質スラリーを調製した。なお、スラリーの固形分比は40質量%に調整した。なお、固形分比とは、スラリー質量に占める負極活物質、導電助剤およびバインダの総質量の割合を百分率で示したものである。
(Preparation of negative electrode (1))
As a constituent component of the negative electrode active material layer, natural graphite (1) having a Young's modulus of 30 GPa is 4.05% by mass, and the Si—Ti alloy prepared above is 76.95% by mass (mixture of natural graphite and Si—Ti alloy). The mass ratio was 5:95), 2% by mass of VGCF and 2% by mass of carbon black (manufactured by IMERYS, Super-P®) as a conductive auxiliary agent, and 15% by mass of graphite as a binder were prepared. Next, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a solvent for adjusting the viscosity of these component slurrys, is added to an appropriate amount, and the mixture is stirred and mixed for 10 minutes using a stirring defoaming machine to sufficiently disperse the negative electrode activity. A material slurry was prepared. The solid content ratio of the slurry was adjusted to 40% by mass. The solid content ratio indicates the ratio of the total mass of the negative electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder to the slurry mass as a percentage.

上記で調製した負極活物質スラリーを、負極集電体となる銅箔(厚さ10μm)の片面に塗布し、300℃にて12時間焼成した後、ロールプレス機で圧縮成形して負極を作製した。なお、負極活物質層の片面塗工量は8.6mg/cm(箔を含まない)であった。すなわち、負極活物質層の片面塗工量は、後述する電池の作製の際に対向する正極との間でA/C比が1.20となるように調整した。また、負極活物質層(銅箔除く)の厚さは45μmであった。 The negative electrode active material slurry prepared above is applied to one side of a copper foil (thickness 10 μm) to be a negative electrode current collector, fired at 300 ° C. for 12 hours, and then compression-molded with a roll press to prepare a negative electrode. bottom. The amount of one-sided coating of the negative electrode active material layer was 8.6 mg / cm 2 (excluding foil). That is, the amount of one-sided coating of the negative electrode active material layer was adjusted so that the A / C ratio between the negative electrode active material layer and the opposite positive electrode was 1.20 when the battery was manufactured, which will be described later. The thickness of the negative electrode active material layer (excluding the copper foil) was 45 μm.

(負極(2)の作製)
天然黒鉛(1)とSi−Ti合金との混合質量比が10:90となるように、天然黒鉛(1)およびSi−Ti合金の配合比をそれぞれ8.1質量%および72.9質量%としたこと以外は、上述した負極(1)の作製と同様の手法により、負極(2)を作製した。なお、A/C比が1.20となるように負極活物質の片面塗工量を調整した。
(Preparation of negative electrode (2))
The mixing ratios of the natural graphite (1) and the Si—Ti alloy are 8.1% by mass and 72.9% by mass, respectively, so that the mixed mass ratio of the natural graphite (1) and the Si—Ti alloy is 10:90. The negative electrode (2) was produced by the same method as that for producing the negative electrode (1) described above. The amount of one-sided coating of the negative electrode active material was adjusted so that the A / C ratio was 1.20.

(負極(3)の作製)
天然黒鉛(1)とSi−Ti合金との混合質量比が15:85となるように、天然黒鉛(1)およびSi−Ti合金の配合比をそれぞれ12.15質量%および68.85質量%としたこと以外は、上述した負極(1)の作製と同様の手法により、負極(3)を作製した。なお、A/C比が1.20となるように負極活物質の片面塗工量を調整した。
(Preparation of negative electrode (3))
The mixing ratios of the natural graphite (1) and the Si—Ti alloy are 12.15% by mass and 68.85% by mass, respectively, so that the mixed mass ratio of the natural graphite (1) and the Si—Ti alloy is 15:85. The negative electrode (3) was produced by the same method as that for producing the negative electrode (1) described above. The amount of one-sided coating of the negative electrode active material was adjusted so that the A / C ratio was 1.20.

(負極(4)の作製)
負極活物質としてSi−Ti合金のみを用い、天然黒鉛(1)を用いなかった(天然黒鉛(1)およびSi−Ti合金の配合比をそれぞれ0質量%および100質量%とした)こと以外は、上述した負極(1)の作製と同様の手法により、負極(4)を作製した。なお、A/C比が1.20となるように負極活物質の片面塗工量を調整した。
(Preparation of negative electrode (4))
Except that only Si—Ti alloy was used as the negative electrode active material and natural graphite (1) was not used (the compounding ratios of natural graphite (1) and Si—Ti alloy were set to 0% by mass and 100% by mass, respectively). The negative electrode (4) was manufactured by the same method as that for the negative electrode (1) described above. The amount of one-sided coating of the negative electrode active material was adjusted so that the A / C ratio was 1.20.

(負極(5)の作製)
天然黒鉛(1)とSi−Ti合金との混合質量比が30:70となるように、天然黒鉛(1)およびSi−Ti合金の配合比をそれぞれ24.3質量%および56.7質量%としたこと以外は、上述した負極(1)の作製と同様の手法により、負極(5)を作製した。なお、A/C比が1.20となるように負極活物質の片面塗工量を調整した。
(Preparation of negative electrode (5))
The mixing ratios of the natural graphite (1) and the Si—Ti alloy are 24.3% by mass and 56.7% by mass, respectively, so that the mixed mass ratio of the natural graphite (1) and the Si—Ti alloy is 30:70. The negative electrode (5) was produced by the same method as that for producing the negative electrode (1) described above. The amount of one-sided coating of the negative electrode active material was adjusted so that the A / C ratio was 1.20.

(負極(6)の作製)
天然黒鉛(1)に代えて、ヤング率が15GPaである天然黒鉛(2)を用いたこと以外は、上述した負極(1)の作製と同様の手法により、負極(6)を作製した。なお、A/C比が1.20となるように負極活物質の片面塗工量を調整した。
(Preparation of negative electrode (6))
The negative electrode (6) was produced by the same method as that of the negative electrode (1) described above, except that natural graphite (2) having a Young's modulus of 15 GPa was used instead of the natural graphite (1). The amount of one-sided coating of the negative electrode active material was adjusted so that the A / C ratio was 1.20.

3.電池の作製
[実施例1]
上記で作製した正極および上記で作製した負極(1)を、それぞれ活物質層面積;縦4cm×横3cmになるように切り出し、多孔質ポリプロピレン製セパレータ(厚さ25μm、空孔率55%)を介して積層して(正極1枚、負極2枚)、発電要素を作製した。得られた発電要素の各集電体に正極リードと負極リードを接合し、これらの正極リードまたは負極リードを、正極集電板および負極集電板にそれぞれ接合した。そして、正極集電板および負極集電板が電池外部に露出するように、発電要素を電池外装材であるアルミラミネートシート製バッグ(縦4.5cm×横3.5cm)に挿入し、注液機により開口部より電解液を注液した。なお、このアルミラミネートシート製バッグは、2枚のアルミラミネートシート(アルミニウムをポリプロピレンを含むフィルムでラミネートしたフィルムシート)を重ねあわせ、この外周囲(外縁部)4辺のうち3辺を熱圧着で封止(シール)し、残る1辺を未封止(開口部)としたものである。また、電解液としては、1.0M LiPFをエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との3:7(EC:DECの体積比)混合溶媒に溶解した溶液100質量部に対して、添加剤であるビニレンカーボネートを1質量部添加したものを用いた。ここで、電解液の注液量は、正極活物質層、負極活物質層およびセパレータの全空孔容積(計算により算出した)に対して1.50倍となる量とした。次いで、真空条件下において、両電極(集電体)にリードを介して接続された正極集電板と負極集電板が導出するようにアルミラミネートシート製バッグの開口部を熱圧着で封止し、ラミネート型リチウムイオン二次電池である試験用セル(1)を完成させた。このようにして得られた試験用セル(1)の定格容量を以下の手法により測定したところ、80mAh(0.080Ah)であった。
3. 3. Preparation of Battery [Example 1]
The positive electrode prepared above and the negative electrode (1) prepared above were cut out so as to have an active material layer area of 4 cm in length and 3 cm in width, respectively, and a porous polypropylene separator (thickness 25 μm, porosity 55%) was formed. A power generation element was produced by laminating through (1 positive electrode and 2 negative electrodes). A positive electrode lead and a negative electrode lead were joined to each current collector of the obtained power generation element, and these positive electrode leads or negative electrode leads were joined to the positive electrode current collector plate and the negative electrode current collector plate, respectively. Then, the power generation element is inserted into an aluminum laminated sheet bag (length 4.5 cm x width 3.5 cm), which is a battery exterior material, so that the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are exposed to the outside of the battery, and the liquid is injected. The electrolytic solution was injected through the opening by the machine. In this aluminum laminated sheet bag, two aluminum laminated sheets (a film sheet obtained by laminating aluminum with a film containing polypropylene) are laminated, and three of the four outer circumferences (outer edges) are thermocompression bonded. It is sealed (sealed) and the remaining one side is unsealed (opening). As the electrolytic solution, 1.0 M LiPF 6 was dissolved in a 3: 7 (EC: DEC volume ratio) mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) with respect to 100 parts by mass of the solution. A mixture in which 1 part by mass of vinylene carbonate, which is an additive, was added was used. Here, the injection amount of the electrolytic solution was set to be 1.50 times the total pore volume (calculated by calculation) of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the separator. Next, under vacuum conditions, the opening of the aluminum laminated sheet bag is sealed by thermocompression bonding so that the positive electrode current collector and the negative electrode current collector connected to both electrodes (current collectors) via leads are led out. Then, the test cell (1), which is a laminated lithium ion secondary battery, was completed. When the rated capacity of the test cell (1) thus obtained was measured by the following method, it was 80 mAh (0.080 Ah).

(定格容量の測定方法)
電池(試験用セル)の定格容量は、以下の手法により求めた。試験用セルについて、注液後12時間常温常圧下(25℃、大気圧下)に保持した(この保持期間中に、常温常圧下で、注液後の上記ラミネートシート製バッグの開口部を熱圧着で封止し、得られた試験用セルを評価セル取り付け冶具にセットした)。その後、25℃にて、定電流充電法により0.1Cレートで4.2Vまで充電した後、10分間休止し、定電圧充電法により2時間充電した後、24時間保持した。その後、定電流放電法により、0.1Cで3Vまで放電し、10分間休止した後、定電圧放電法により、3Vで2時間放電した。かかる充放電操作を2回繰り返し、2回目の定電流放電容量と定電圧放電容量とを足し合わせたものを定格容量とした。
(Measuring method of rated capacity)
The rated capacity of the battery (test cell) was determined by the following method. The test cell was held under normal temperature and pressure (25 ° C., atmospheric pressure) for 12 hours after injection (during this holding period, the opening of the laminated sheet bag after injection was heated under normal temperature and pressure. It was sealed by crimping, and the obtained test cell was set in the evaluation cell mounting jig). Then, at 25 ° C., the battery was charged to 4.2 V at a rate of 0.1 C by the constant current charging method, then paused for 10 minutes, charged for 2 hours by the constant voltage charging method, and then held for 24 hours. Then, it was discharged to 3V at 0.1C by the constant current discharge method, paused for 10 minutes, and then discharged at 3V for 2 hours by the constant voltage discharge method. The charge / discharge operation was repeated twice, and the sum of the second constant current discharge capacity and the constant voltage discharge capacity was defined as the rated capacity.

[実施例2]
負極(1)に代えて負極(2)を用いたこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、ラミネート型リチウムイオン二次電池である試験用セル(2)を作製した。このようにして得られた試験用セル(2)の定格容量を上記と同様の手法により測定したところ、82mAhであった。
[Example 2]
A test cell (2), which is a laminated lithium ion secondary battery, was produced by the same method as in Example 1 described above except that the negative electrode (2) was used instead of the negative electrode (1). When the rated capacity of the test cell (2) thus obtained was measured by the same method as above, it was 82 mAh.

[実施例3]
負極(1)に代えて負極(3)を用いたこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、ラミネート型リチウムイオン二次電池である試験用セル(3)を作製した。このようにして得られた試験用セル(3)の定格容量を上記と同様の手法により測定したところ、83mAhであった。
[Example 3]
A test cell (3), which is a laminated lithium ion secondary battery, was produced by the same method as in Example 1 described above except that the negative electrode (3) was used instead of the negative electrode (1). When the rated capacity of the test cell (3) thus obtained was measured by the same method as above, it was 83 mAh.

[比較例1]
負極(1)に代えて負極(4)を用いたこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、ラミネート型リチウムイオン二次電池である試験用セル(4)を作製した。このようにして得られた試験用セル(4)の定格容量を上記と同様の手法により測定したところ、78mAhであった。
[Comparative Example 1]
A test cell (4), which is a laminated lithium ion secondary battery, was produced by the same method as in Example 1 described above except that the negative electrode (4) was used instead of the negative electrode (1). When the rated capacity of the test cell (4) thus obtained was measured by the same method as above, it was 78 mAh.

[比較例2]
負極(1)に代えて負極(5)を用いたこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、ラミネート型リチウムイオン二次電池である試験用セル(5)を作製した。このようにして得られた試験用セル(5)の定格容量を上記と同様の手法により測定したところ、83mAhであった。
[Comparative Example 2]
A test cell (5), which is a laminated lithium ion secondary battery, was produced by the same method as in Example 1 described above except that the negative electrode (5) was used instead of the negative electrode (1). When the rated capacity of the test cell (5) thus obtained was measured by the same method as above, it was 83 mAh.

[比較例3]
負極(1)に代えて負極(6)を用いたこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、ラミネート型リチウムイオン二次電池である試験用セル(6)を作製した。このようにして得られた試験用セル(6)の定格容量を上記と同様の手法により測定したところ、79mAhであった。
[Comparative Example 3]
A test cell (6), which is a laminated lithium ion secondary battery, was produced by the same method as in Example 1 described above except that the negative electrode (6) was used instead of the negative electrode (1). When the rated capacity of the test cell (6) thus obtained was measured by the same method as above, it was 79 mAh.

4.電池特性の評価
上記で作製した各電池(試験用セル)について、0.5Cレートでの充放電を、25℃で100サイクル繰り返した。電池の評価の際、充電条件は、0.5Cレートにて最高電圧が4.2Vとなるまで充電した後、約1時間〜1.5時間保持する定電流定電圧充電法とした。また、放電条件は、電池の最低電圧が3.0Vとなるまで0.5Cレートで放電する定電流放電法で行った。いずれも、常温常圧下(25℃、大気圧下)で行った。そして、1サイクル目の放電容量に対する100サイクル目の放電容量の割合を「容量維持率(%)」として評価した。得られた結果を、下記の表1に示す。
4. Evaluation of Battery Characteristics For each battery (test cell) produced above, charging / discharging at a 0.5 C rate was repeated for 100 cycles at 25 ° C. When evaluating the battery, the charging condition was a constant current constant voltage charging method in which the battery was charged at a rate of 0.5 C until the maximum voltage reached 4.2 V, and then held for about 1 hour to 1.5 hours. The discharge condition was a constant current discharge method in which the battery was discharged at a rate of 0.5 C until the minimum voltage of the battery became 3.0 V. All were performed under normal temperature and pressure (25 ° C., atmospheric pressure). Then, the ratio of the discharge capacity in the 100th cycle to the discharge capacity in the first cycle was evaluated as a "capacity retention rate (%)". The results obtained are shown in Table 1 below.

また、1サイクル目の放電容量を試験用セルの体積で除した値として、初期の体積エネルギー密度(Ah/L)を測定した。なお、試験用セルの体積は当該セルの縦×横×厚さの各長さを測定して算出した。得られた結果について、比較例1の試験用セル(4)の体積エネルギー密度を100%とした場合の相対値として、下記の表1に示す。 Further, the initial volume energy density (Ah / L) was measured as a value obtained by dividing the discharge capacity in the first cycle by the volume of the test cell. The volume of the test cell was calculated by measuring the length, width, and thickness of the cell. The obtained results are shown in Table 1 below as relative values when the volumetric energy density of the test cell (4) of Comparative Example 1 is set to 100%.

Figure 0006958272
Figure 0006958272

表1に示す結果からわかるように、ヤング率が30GPaと比較的大きい炭素材料を、負極活物質としてSi含有合金と併用し、かつ、これらの合計含有量における当該炭素材料の含有割合を5〜15質量%の範囲に制御することで、初期の放電容量(エネルギー密度)を十分に確保しつつ、優れたサイクル耐久性(容量維持率)を達成することができる。 As can be seen from the results shown in Table 1, a carbon material having a relatively large Young's modulus of 30 GPa is used in combination with a Si-containing alloy as a negative electrode active material, and the content ratio of the carbon material in the total content of these is 5 to 5. By controlling to the range of 15% by mass, it is possible to achieve excellent cycle durability (capacity retention rate) while sufficiently securing the initial discharge capacity (energy density).

10、50 リチウムイオン二次電池、
11 負極集電体、
12 正極集電体、
13 負極活物質層、
15 正極活物質層、
17 電解質層(セパレータ)、
19 単電池層、
21、57 発電要素、
25 負極集電板、
27 正極集電板、
29、52 電池外装材、
58 正極タブ、
59 負極タブ。
10,50 Lithium-ion secondary battery,
11 Negative electrode current collector,
12 Positive electrode current collector,
13 Negative electrode active material layer,
15 Positive electrode active material layer,
17 Electrolyte layer (separator),
19 Single battery layer,
21,57 Power generation elements,
25 Negative current collector plate,
27 Positive electrode current collector plate,
29, 52 Battery exterior material,
58 Positive tab,
59 Negative electrode tab.

Claims (3)

集電体と、
前記集電体の表面に配置された、負極活物質を含む負極活物質層と、
を有する非水電解質二次電池用負極であって、
前記負極活物質が、Si含有合金と、黒鉛、難黒鉛化炭素、および無定形炭素からなる群から選択され、JIS R 7222−1997に規定の測定方法によって測定されるヤング率が30GPa以上である炭素材料と、を含み、
前記Si含有合金と前記炭素材料との合計含有量に占める前記炭素材料の含有割合が5〜15質量%であることを特徴とする、非水電解質二次電池用負極。
With the current collector
A negative electrode active material layer containing a negative electrode active material arranged on the surface of the current collector, and a negative electrode active material layer.
Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary batteries
The negative electrode active material is selected from the group consisting of a Si-containing alloy, graphite, non-graphitized carbon, and amorphous carbon, and has a Young's modulus of 30 GPa or more measured by the measuring method specified in JIS R 7222-1997. Including carbon material,
A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the content ratio of the carbon material to the total content of the Si-containing alloy and the carbon material is 5 to 15% by mass.
前記負極活物質層が、バインダとしてポリイミドを含む、請求項1に記載の非水電解質二次電池用負極。 The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material layer contains polyimide as a binder. 請求項1または2に記載の非水電解質二次電池用負極を用いた、非水電解質二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2.
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