JP6988896B2 - Negative electrode active material and its manufacturing method, batteries and electronic devices - Google Patents

Negative electrode active material and its manufacturing method, batteries and electronic devices Download PDF

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Description

本開示は、負極活物質およびその製造方法、電池ならびに電子機器に関する。 The present disclosure relates to a negative electrode active material and a method for producing the same, a battery and an electronic device.

近年、リチウムイオン二次電池の高容量化技術開発が急務となっている。炭素系材料を超える高容量化負極材料として、Si系材料の開発が世界中で進められている。Si系材料のうち、最もサイクル特性が良好な材料の1つとしてケイ素酸化物(SiOx)が挙げられる。ケイ素酸化物は、酸素によるSi−O−Si結合の安定性が膨張収縮による構造崩壊を抑制可能であるという利点を有している。一方、ケイ素酸化物は初回充放電効率が低いことが知られている。In recent years, there is an urgent need to develop technology for increasing the capacity of lithium-ion secondary batteries. Si-based materials are being developed all over the world as negative electrode materials with higher capacities than carbon-based materials. Among Si-based materials, silicon oxide (SiO x ) can be mentioned as one of the materials having the best cycle characteristics. The silicon oxide has an advantage that the stability of the Si—O—Si bond due to oxygen can suppress the structural collapse due to expansion and contraction. On the other hand, silicon oxide is known to have low initial charge / discharge efficiency.

特許文献1では、初回充放電効率の低下を抑制するために、ケイ素酸化物にリチウム(Li)をプレドープする技術が提案されている。具体的には、電位規制および電流規制を行いながら、ケイ素系材料にリチウムを挿入する技術が提案されている。 Patent Document 1 proposes a technique of pre-doping lithium (Li) into a silicon oxide in order to suppress a decrease in initial charge / discharge efficiency. Specifically, a technique for inserting lithium into a silicon-based material while performing potential regulation and current regulation has been proposed.

特許文献2では、シリコン酸化物とリチウムイオン等の伝導イオンとの不可逆反応の進行を抑制するために、シリコン酸化物と遷移金属酸化物とを混合し、非酸化性雰囲気下で加熱処理することで、シリコン酸化物とシリケート化合物とを含む負極活物質を製造する技術が提案されている。 In Patent Document 2, in order to suppress the progress of the irreversible reaction between the silicon oxide and the conduction ion such as lithium ion, the silicon oxide and the transition metal oxide are mixed and heat-treated in a non-oxidizing atmosphere. Therefore, a technique for producing a negative electrode active material containing a silicon oxide and a silicate compound has been proposed.

特開2015−111547号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-11547 特開2013−8567号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-8567

本開示の目的は、初回充放電効率を向上することができる負極活物質およびその製造方法、電池ならびにその電池を備える電子機器を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a negative electrode active material capable of improving the initial charge / discharge efficiency, a method for producing the same, a battery, and an electronic device including the battery.

上述の課題を解決するために、第1の開示は、二酸化ケイ素および二酸化ゲルマニウムのうちの少なくとも1種の酸化物と、スズ、亜鉛、鉛、ビスマス、インジウム、金およびカドミウムのうちの少なくとも1種の第1元素と、ケイ素およびゲルマニウムのうちの少なくとも1種の第2元素とを含み、第1元素と第2元素とを含む第1の凝集体が、構成され、第1の凝集体は、第1元素を含む結晶質または非晶質の第1の微小粒と、第2元素を含む結晶質または非晶質の第2の微小粒との混合体を含み、第1の微小粒および第2の微小粒の平均サイズは、2nm以下であり、第1の微小粒の平均サイズは、負極活物質の断面TEM像から無作為に10個の第1の微小粒を選び出し、各第1の微小粒の断面の面積を画像処理により測定し、第1の微小粒の断面が円形状と仮定して各第1の微小粒の断面の面積から各第1の微小粒の直径を求め、求めた10個の第1の微小粒の直径を算術平均することにより求められ、第2の微小粒の平均サイズは、負極活物質の断面TEM像から無作為に10個の第2の微小粒を選び出し、各第2の微小粒の断面の面積を画像処理により測定し、第2の微小粒の断面が円形状と仮定して各第2の微小粒の断面の面積から各第2の微小粒の直径を求め、求めた10個の第2の微小粒の直径を算術平均することにより求められる負極活物質である。 To solve the above problems, the first disclosure discloses at least one oxide of silicon dioxide and germanium dioxide and at least one of tin, zinc, lead, bismuth, indium, gold and cadmium. A first agglomerate containing the first element of the above and at least one second element of silicon and germanium, and containing the first element and the second element, is composed of the first agglomerate. Contains a mixture of crystalline or amorphous first micrograins containing the first element and crystalline or amorphous second micrograins containing the second element, the first micrograins and the first. the average size of the second fine particle is 2 nm Ri der hereinafter, the average size of the first small grains randomly picked ten first minute particle from a cross-sectional TEM images of the negative electrode active material, the first The area of the cross section of the micrograins was measured by image processing, and the diameter of each first micrograin was obtained from the area of the cross section of each first micrograin assuming that the cross section of the first micrograin was circular. The average size of the second micrograins is determined by arithmetically averaging the diameters of the 10 first micrograins obtained, and the average size of the second micrograins is 10 second micrograins randomly selected from the cross-sectional TEM image of the negative electrode active material. Is selected, the area of the cross section of each second micrograin is measured by image processing, and it is assumed that the cross section of the second micrograin is circular, and the area of each second micrograin is taken from the area of the cross section of each second micrograin. It determined the particle diameter, ten second diameter of the fine particles obtained are negative electrode active material that is determined by arithmetic average.

第2の開示は、スズ、亜鉛、鉛、ビスマス、インジウム、金、銀およびカドミウムのうちの少なくとも1種の第1元素と、ケイ素およびゲルマニウムのうちの少なくとも1種の第2元素と、少なくとも1種の第2元素の酸化物とを含む混合物を溶媒に浸漬して固化させたものを蒸着源として、電子ビームで基板上に負極活物質を堆積させ堆積した負極活物質を熱処理することを含む負極活物質の製造方法である。 The second disclosure is at least one first element of tin, zinc, lead, bismuth, indium, gold, silver and cadmium, and at least one second element of silicon and germanium. Using a mixture containing an oxide of the second element of the seed as a vapor deposition source, which is solidified by immersing it in a solvent, a negative electrode active material is deposited on a substrate with an electron beam, and the deposited negative electrode active material is heat-treated. It is a method of manufacturing a negative electrode active material including.

第3の開示は、第1の開示の負極活物質を含む負極と、正極と、電解質とを備える電池である。 The third disclosure is a battery comprising a negative electrode containing the negative electrode active material of the first disclosure, a positive electrode, and an electrolyte.

第4の開示は、第3の開示の電池を備え、電池から電力の供給を受ける電子機器である。 The fourth disclosure is an electronic device comprising the battery of the third disclosure and receiving power from the battery.

本開示によれば、初回充放電効率を向上することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果またはそれらと異質な効果であってもよい。 According to the present disclosure, the initial charge / discharge efficiency can be improved. The effects described herein are not necessarily limited, and may be any of the effects described in the present disclosure or an effect different from them.

本開示の第1の実施形態に係る負極活物質の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure of the negative electrode active material which concerns on 1st Embodiment of this disclosure. 本開示の第1の実施形態の変形例に係る負極活物質の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure of the negative electrode active material which concerns on the modification of 1st Embodiment of this disclosure. 本開示の第2の実施形態に係る非水電解質二次電池の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure of the non-aqueous electrolyte secondary battery which concerns on 2nd Embodiment of this disclosure. 図3に示した巻回型電極体の一部を拡大して表す断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the wound type electrode body shown in FIG. 本開示の第3の実施形態に係る非水電解質二次電池の構成の一例を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows an example of the structure of the non-aqueous electrolyte secondary battery which concerns on 3rd Embodiment of this disclosure. 図5のVI−VI線に沿った断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 応用例としての電子機器の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the structure of the electronic device as an application example. 応用例としての車両の構成の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows an example of the structure of the vehicle as an application example. 応用例としての蓄電システムの構成の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows an example of the structure of the power storage system as an application example. 図10は、800℃で熱処理することによりSnをドープしたSi粒子の断面SEM像である。FIG. 10 is a cross-sectional SEM image of Si particles doped with Sn by heat treatment at 800 ° C. 図11Aは、熱処理無しのSn添加SiOx薄膜の表面SEM像である。図11Bは、800℃の熱処理有りのSn添加SiOx薄膜の表面SEM像である。FIG. 11A is a surface SEM image of a Sn-added SiO x thin film without heat treatment. FIG. 11B is a surface SEM image of a Sn-added SiO x thin film with heat treatment at 800 ° C. 図12Aは、無添加SiOx薄膜内部のXPSスペクトルを示すグラフである。図12Bは、Fe添加SiOx薄膜内部のXPSスペクトルを示すグラフである。図12Cは、Ni添加SiOx薄膜内部のXPSスペクトルを示すグラフである。図12Dは、Sn添加SiOx薄膜内部のXPSスペクトルを示すグラフである。FIG. 12A is a graph showing the XPS spectrum inside the additive-free SiO x thin film. FIG. 12B is a graph showing the XPS spectrum inside the Fe-added SiO x thin film. FIG. 12C is a graph showing the XPS spectrum inside the Ni-added SiO x thin film. FIG. 12D is a graph showing the XPS spectrum inside the Sn-added SiO x thin film. 図13Aは、熱処理有りの無添加SiOx薄膜内部の構造イメージ図である。図13Bは、熱処理有りのFe添加SiOx薄膜内部の構造イメージ図である。図13Cは、熱処理有りのNi添加SiOx薄膜内部の構造イメージ図である。図13Dは、熱処理有りのSn添加SiOx薄膜内部の構造イメージ図である。FIG. 13A is a structural image diagram of the inside of an additive-free SiO x thin film with heat treatment. FIG. 13B is a structural image diagram of the inside of the Fe-added SiO x thin film with heat treatment. FIG. 13C is a structural image diagram of the inside of the Ni-added SiO x thin film with heat treatment. FIG. 13D is a structural image diagram of the inside of the Sn-added SiO x thin film with heat treatment. SnおよびSiのエリンガムダイアグラム(酸素に対するギブスの自由エネルギー)である。Ellingham diagram of Sn and Si (Gibbs free energy for oxygen). 図15Aは、熱処理無しのSn添加SiOx薄膜の低倍率TEM像である。図15Bは、熱処理有りのSn添加SiOx薄膜の低倍率TEM像である。FIG. 15A is a low magnification TEM image of a Sn-added SiO x thin film without heat treatment. FIG. 15B is a low-magnification TEM image of a Sn-added SiO x thin film with heat treatment. 図16Aは、無添加SiOx薄膜(800℃熱処理有り)の高倍率TEM像である。図16Bは、図16Aの高倍率TEM像のFFT像である。FIG. 16A is a high-magnification TEM image of an additive-free SiO x thin film (with heat treatment at 800 ° C.). 16B is an FFT image of the high magnification TEM image of FIG. 16A. 図17Aは、Sn添加SiOx薄膜(800℃熱処理有り)の高倍率TEM像である。図17Bは、図17Aの高倍率TEM像のFFT像である。FIG. 17A is a high-magnification TEM image of a Sn-added SiO x thin film (with heat treatment at 800 ° C.). FIG. 17B is an FFT image of the high magnification TEM image of FIG. 17A. Sn添加SiOx薄膜(800℃熱処理有り)のSTEM−EDXマッピングを示す図である。It is a figure which shows STEM-EDX mapping of Sn addition SiO x thin film (with heat treatment at 800 degreeC). 図19Aは、Sn添加SiOx薄膜(800℃熱処理有り)のSTEM−HAADF像である。図19Bは、Sn添加SiOx薄膜(800℃熱処理有り)のSTEM像とSn元素マップとを重ね書きした図である。FIG. 19A is a STEM-HAADF image of a Sn-added SiO x thin film (with heat treatment at 800 ° C.). FIG. 19B is a diagram in which a STEM image of a Sn-added SiO x thin film (with heat treatment at 800 ° C.) and a Sn element map are overlaid.

本開示の実施形態および応用例について以下の順序で説明する。
1 第1の実施形態(負極活物質の例)
2 第2の実施形態(円筒型電池の例)
3 第3の実施形態(ラミネートフィルム型電池の例)
4 応用例1(電池パックおよび電子機器の例)
5 応用例2(車両の例)
6 応用例3(蓄電システムの例)
The embodiments and application examples of the present disclosure will be described in the following order.
1 First embodiment (example of negative electrode active material)
2 Second embodiment (example of cylindrical battery)
3 Third embodiment (example of laminated film type battery)
4 Application example 1 (example of battery pack and electronic device)
5 Application example 2 (example of vehicle)
6 Application example 3 (example of power storage system)

<1 第1の実施形態>
[負極活物質の構成]
本開示の第1の実施形態に係る負極活物質は、負極活物質粒子の粉末を含む。この負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池用のものである。負極活物質粒子は、図1に示すように、マトリックス111と、マトリックス111に分散された凝集体112とを含む。
<1 First Embodiment>
[Construction of negative electrode active material]
The negative electrode active material according to the first embodiment of the present disclosure includes powder of negative electrode active material particles. This negative electrode active material is for a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery. As shown in FIG. 1, the negative electrode active material particles include a matrix 111 and an aggregate 112 dispersed in the matrix 111.

マトリックス111は、二酸化ケイ素および二酸化ゲルマニウムのうちの少なくとも1種の酸化物を含む。ここで、二酸化ケイ素には、僅かな酸素欠損のあるものも含まれ、具体的には平均組成SiO2-x(xは0≦x≦0.5である。)で表されるものも含まれるものとする。また、二酸化ゲルマニウムには、僅かな酸素欠損のあるものも含まれ、具体的には平均組成GeO2-y(yは0≦y≦0.5である。)で表されるものも含まれるものとする。上記平均組成は、例えば、X線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy:XPS)により測定することができる。マトリックス111は、非晶質であることが好ましい。膨張収縮による負極活物質粒子の構造崩壊を抑制することができるからである。マトリックス111が非晶質であることは、負極活物質粒子の断面TEM(Transmission Electron Microscope)観察により確認することができる。The matrix 111 contains an oxide of at least one of silicon dioxide and germanium dioxide. Here, the silicon dioxide includes those having a slight oxygen deficiency, and specifically, those represented by the average composition SiO 2-x (x is 0 ≦ x ≦ 0.5). It shall be. Further, germanium dioxide includes those having a slight oxygen deficiency, and specifically, those represented by the average composition GeO 2-y (y is 0 ≦ y ≦ 0.5). It shall be. The average composition can be measured by, for example, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). The matrix 111 is preferably amorphous. This is because it is possible to suppress the structural collapse of the negative electrode active material particles due to expansion and contraction. It can be confirmed that the matrix 111 is amorphous by observing the cross section of the negative electrode active material particles by TEM (Transmission Electron Microscope).

凝集体112は、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、インジウム(In)、金(Au)およびカドミウム(Cd)のうちの少なくとも1種の第1元素(金属元素)を含む。第1元素は、金属相を構成していてもよい。第1元素は、ケイ素およびゲルマニウム(第2元素)とは結合を形成することが困難であり、かつケイ素、ゲルマニウム、酸化ケイ素および酸化ゲルマニウム(第2元素およびその酸化物)中を拡散することが困難であるという特性を有している。 The aggregate 112 is the first element of at least one of tin (Sn), zinc (Zn), lead (Pb), bismuth (Bi), indium (In), gold (Au) and cadmium (Cd). Metal element) is included. The first element may constitute a metallic phase. The first element is difficult to form bonds with silicon and germanium (second element) and can diffuse in silicon, germanium, silicon oxide and germanium oxide (second element and its oxides). It has the characteristic of being difficult.

凝集体112の平均サイズが、10nm以下であることが好ましい。凝集体112の平均サイズが10nmを超えると、凝集体112の膨張変位量が増大し、サイクル特性が低下する虞がある。凝集体112の平均サイズの下限値は特に限定されるものではないが、例えば2nm以上である。 The average size of the aggregate 112 is preferably 10 nm or less. If the average size of the agglomerates 112 exceeds 10 nm, the amount of expansion displacement of the agglomerates 112 may increase and the cycle characteristics may deteriorate. The lower limit of the average size of the aggregate 112 is not particularly limited, but is, for example, 2 nm or more.

凝集体112の平均サイズは次のようにして求められる。まず、負極活物質粒子の断面を集束イオンビーム(FIB)により切り出す。次に、TEMを用い、負極活物質粒子の断面TEM像を撮影し、撮影したTEM像から無作為に10個の凝集体112を選び出し、凝集体112の断面の面積を画像処理により測定し、凝集体112の断面が円形状と仮定して各粒子の粒径(直径)のを求める。続いて、求めた10個の粒子の粒径を単純に平均(算術平均)して平均粒径を求め、これを凝集体112の平均サイズとする。 The average size of the aggregate 112 is determined as follows. First, a cross section of the negative electrode active material particles is cut out by a focused ion beam (FIB). Next, using TEM, a cross-sectional TEM image of the negative electrode active material particles was photographed, 10 aggregates 112 were randomly selected from the photographed TEM images, and the cross-sectional area of the aggregates 112 was measured by image processing. The particle size (diameter) of each particle is determined on the assumption that the cross section of the aggregate 112 is circular. Subsequently, the particle size of the obtained 10 particles is simply averaged (arithmetic mean) to obtain the average particle size, which is used as the average size of the aggregate 112.

凝集体112は、非晶質状態、または非晶質相と結晶質相との混合状態であることが好ましい。上記混合状態において結晶質相は、微小な結晶粒であってもよい。この場合、結晶粒の平均サイズは、例えば2nm以下である。凝集体112が上記のように非晶質状態または混合状態であると、膨張収縮による負極活物質粒子の構造崩壊を抑制することができる。なお、凝集体112が非晶質状態または混合状態であることは、負極活物質粒子の断面TEM観察により確認することができる。また、結晶粒の平均サイズは、上述の凝集体112の平均サイズと同様の算出方法により求められる。 The aggregate 112 is preferably in an amorphous state or a mixed state of an amorphous phase and a crystalline phase. In the above mixed state, the crystalline phase may be fine crystal grains. In this case, the average size of the crystal grains is, for example, 2 nm or less. When the aggregate 112 is in an amorphous state or a mixed state as described above, it is possible to suppress the structural collapse of the negative electrode active material particles due to expansion and contraction. The fact that the aggregate 112 is in an amorphous state or a mixed state can be confirmed by TEM observation of the cross section of the negative electrode active material particles. Further, the average size of the crystal grains is obtained by the same calculation method as the above-mentioned average size of the aggregate 112.

マトリックス111および凝集体112のうちの少なくとも一方が、ケイ素(Si)およびゲルマニウム(Ge)のうちの少なくとも1種の第2元素(半導体元素)を含む。凝集体112が第2元素を含む場合、第1元素と第2元素とは結合を形成しない。第1元素と第2元素とを含む凝集体112は、(a)第1元素と第2元素とを含む非晶質相、または(b)第1元素を含む結晶質または非晶質の第1の微小粒と、第2元素を含む結晶質または非晶質の第2の微小粒との混合体を含む。第1、第2の微小粒の平均サイズは、例えば2nm以下である。なお、第1、第2の微小粒の平均サイズは、上述の凝集体112の平均サイズと同様の算出方法により求められる。凝集体112が(a)第1元素と第2元素とを含む非晶質相を含む場合、この非晶質相は、第1元素を含む非晶質相と第2元素を含む非晶質相との混合体であってもよい。 At least one of the matrix 111 and the aggregate 112 contains at least one second element (semiconductor element) of silicon (Si) and germanium (Ge). When the aggregate 112 contains the second element, the first element and the second element do not form a bond. The aggregate 112 containing the first element and the second element is (a) an amorphous phase containing the first element and the second element, or (b) a crystalline or amorphous first containing the first element. It contains a mixture of the fine particles of 1 and the crystalline or amorphous second fine particles containing the second element. The average size of the first and second fine particles is, for example, 2 nm or less. The average size of the first and second fine particles is obtained by the same calculation method as the average size of the aggregate 112 described above. When the agglomerate 112 contains (a) an amorphous phase containing the first element and the second element, the amorphous phase is an amorphous phase containing the first element and an amorphous phase containing the second element. It may be a mixture with a phase.

マトリックス111が第2元素を含む場合、第2元素は、マトリックス111中に分散されていてもよい。第2元素が平均サイズ2nm以下の微小粒を構成し、この微小粒がマトリックス111中に分散されていてもよい。微小粒は、結晶質であってもよいし、非晶質であってもよいが、非晶質であることが好ましい。膨張収縮による負極活物質粒子の構造崩壊を抑制することができるからである。なお、微小粒の平均サイズは、上述の凝集体112の平均サイズと同様の算出方法により求められる。また、微小粒が非晶質であることは、負極活物質粒子の断面TEM観察により確認することができる。 When the matrix 111 contains a second element, the second element may be dispersed in the matrix 111. The second element may form fine particles having an average size of 2 nm or less, and the fine particles may be dispersed in the matrix 111. The fine particles may be crystalline or amorphous, but are preferably amorphous. This is because it is possible to suppress the structural collapse of the negative electrode active material particles due to expansion and contraction. The average size of the fine particles is obtained by the same calculation method as the average size of the aggregate 112 described above. Further, it can be confirmed by TEM observation of the cross section of the negative electrode active material particles that the fine particles are amorphous.

第1元素、第2元素および酸素の総量に対する第1元素の含有量が、30at%以上70at%以下であることが好ましい。第1元素、第2元素および酸素の総量に対する第2元素の含有量が、1at%以上50at%以下であることが好ましい。第1元素、第2元素および酸素の総量に対する酸素の含有量は、20at%以上70at%以下であることが好ましい。第1、第2元素および酸素の含有量は、XPSにより測定することができる。 The content of the first element with respect to the total amount of the first element, the second element and oxygen is preferably 30 at% or more and 70 at% or less. The content of the second element with respect to the total amount of the first element, the second element and oxygen is preferably 1 at% or more and 50 at% or less. The oxygen content with respect to the total amount of the first element, the second element and the oxygen is preferably 20 at% or more and 70 at% or less. The contents of the first and second elements and oxygen can be measured by XPS.

負極活物質粒子は、第1元素と第2元素とが結合した第1の化合物、および第1元素と酸素とが結合した第2の化合物を含まない。これは、第1元素は第2元素とは通常、結合を形成することがなく、また第1元素と酸素とは、後述する負極活物質の製造方法において結合を形成することがないためである。なお、第2元素がケイ素である場合、第1の化合物はシリサイド化合物であり、第2の化合物はシリケート化合物である。 The negative electrode active material particles do not contain the first compound in which the first element and the second element are bonded, and the second compound in which the first element and oxygen are bonded. This is because the first element usually does not form a bond with the second element, and the first element and oxygen do not form a bond with the negative electrode active material manufacturing method described later. .. When the second element is silicon, the first compound is a silicide compound and the second compound is a silicate compound.

第1元素がスズを含む場合、負極活物質は、XPSから得られるSn3d波形において、結合エネルギー484eV以上486eV以下の範囲にピークトップを有する。結合エネルギー484eV以上486eV以下の範囲にピークトップを有するピークは、Sn−Sn結合に起因するピークである。 When the first element contains tin, the negative electrode active material has a peak top in the range of binding energy 484 eV or more and 486 eV or less in the Sn3d waveform obtained from XPS. A peak having a peak top in the range of binding energy of 484 eV or more and 486 eV or less is a peak caused by Sn—Sn coupling.

[負極活物質の製造方法]
以下、第1の実施形態に係る負極活物質の製造方法の一例について説明する。この負極活物質の製造方法は、共蒸着法を用いて負極活物質を合成するものである。
[Manufacturing method of negative electrode active material]
Hereinafter, an example of a method for producing a negative electrode active material according to the first embodiment will be described. This method for producing a negative electrode active material is to synthesize a negative electrode active material by using a co-deposited method.

まず、スズ、亜鉛、鉛、ビスマス、インジウム、金、銀およびカドミウムのうちの少なくとも1種の第1元素の粉末と、ケイ素およびゲルマニウムのうちの少なくとも1種の第2元素の粉末と、当該少なくとも1種の第2元素の酸化物とを混合し、混合物を得る。次に、この混合物を水等の溶媒に浸漬し、超音波洗浄機等により均一分散させた後に、溶媒を乾燥させ、固化した混合物を得る。液体に浸漬された粉末が固化する際には、表面張力によって粒子間に発生する毛管吸引力が発生する。この毛管吸引力により、蒸着材料としての粉末が均一な状態で固化する。なお、第1元素の粉末の粒径が小さいほどスプラッシュ(不均一蒸発により噴射される溶融粒)が少なく、均一な膜となる。第1元素のうちのでも特に融点の低いものは、5μm以下の小粒径粉末であることが好ましい。 First, a powder of at least one first element of tin, zinc, lead, bismuth, indium, gold, silver and cadmium, a powder of at least one second element of silicon and germanium, and at least the powder of the second element. Mix with the oxide of one second element to obtain a mixture. Next, this mixture is immersed in a solvent such as water, uniformly dispersed by an ultrasonic cleaner or the like, and then the solvent is dried to obtain a solidified mixture. When the powder immersed in the liquid solidifies, the surface tension generates a capillary suction force generated between the particles. Due to this capillary suction force, the powder as a vapor deposition material is solidified in a uniform state. The smaller the particle size of the powder of the first element, the smaller the splash (melted particles ejected by non-uniform evaporation), and the more uniform the film becomes. Among the first elements, those having a particularly low melting point are preferably powders having a small particle size of 5 μm or less.

続いて、固化した混合物を蒸着源として、共蒸着法により基板上に薄膜を堆積させる。具体的には、固化した混合物を真空チャンバ内のるつぼに入れ、電子ビームにより混合物を加熱し蒸発させ、るつぼに対向配置された基板に堆積させる。これにより、薄膜(負極活物質層)が得られる。 Subsequently, a thin film is deposited on the substrate by a co-deposited method using the solidified mixture as a vapor deposition source. Specifically, the solidified mixture is placed in a crucible in a vacuum chamber, and the mixture is heated and evaporated by an electron beam and deposited on a substrate facing the crucible. As a result, a thin film (negative electrode active material layer) can be obtained.

その後、得られた薄膜に対して熱処理を施す。薄膜が酸化ケイ素(SiOx)を含む場合には、上記熱処理の際に、第1元素の作用により、酸化ケイ素が二酸化ケイ素に変化する。また、薄膜が酸化ゲルマニウム(GeOx)を含む場合には、上記熱処理の際に、第1元素の作用により、酸化ゲルマニウムが二酸化ゲルマニウムに変化する。また、上記熱処理の際に、第1元素が薄膜内において凝集し、凝集体112が形成される。この凝集によって、第1元素が金属相を形成してもよい。Then, the obtained thin film is heat-treated. When the thin film contains silicon oxide (SiO x ), silicon oxide is changed to silicon dioxide by the action of the first element during the heat treatment. When the thin film contains germanium oxide (GeO x ), germanium oxide is changed to germanium dioxide by the action of the first element during the heat treatment. Further, during the heat treatment, the first element aggregates in the thin film to form an aggregate 112. By this aggregation, the first element may form a metallic phase.

熱処理の温度は、酸化ケイ素(SiOx)から二酸化ケイ素への変化、および酸化ゲルマニウム(GeOx)から二酸化ゲルマニウムへの変化を促すためには、好ましくは600℃以上、より好ましくは730℃以上、さらにより好ましくは800℃以上、特に好ましくは900℃以上である。最後に、基板から薄膜を剥離し、粉砕する。これにより、粉末状の負極活物質が得られる。The temperature of the heat treatment is preferably 600 ° C. or higher, more preferably 730 ° C. or higher, in order to promote the change from silicon oxide (SiO x ) to silicon dioxide and from germanium oxide (GeO x) to germanium dioxide. Even more preferably 800 ° C. or higher, particularly preferably 900 ° C. or higher. Finally, the thin film is peeled off from the substrate and crushed. As a result, a powdery negative electrode active material can be obtained.

[効果]
第1の実施形態に係る負極活物質粒子は、マトリックス111が二酸化ケイ素および二酸化ゲルマニウムのうちの少なくとも1種を含む。二酸化ケイ素および二酸化ゲルマニウムは安定状態またはほぼ安定状態であるため、リチウムと酸素の反応性が低下し、リチウムロスが低減する。したがって、初回充放電効率を向上することができる。
[effect]
In the negative electrode active material particles according to the first embodiment, the matrix 111 contains at least one of silicon dioxide and germanium dioxide. Since silicon dioxide and germanium dioxide are in a stable or nearly stable state, the reactivity between lithium and oxygen is reduced, and lithium loss is reduced. Therefore, the initial charge / discharge efficiency can be improved.

これに対して、特許文献2の負極活物質は、一般式SiOx(0<x<2)で表わされるシリコン酸化物と、シリケート化合物とを含有するものである。また、特許文献2では、このようにシリコン酸化物SiOxとシリケート化合物とを共存させることによって、Si欠陥への伝導イオンの入り込みを阻止することが可能となり、連鎖的な不可逆反応の進行を効果的に抑制することができ、これにより、SiOxとリチウムイオン等の伝導イオンとの不可逆的な副反応を抑制できる。On the other hand, the negative electrode active material of Patent Document 2 contains a silicon oxide represented by the general formula SiO x (0 <x <2) and a silicate compound. Further, in Patent Document 2, by coexisting the silicon oxide SiO x and the silicate compound in this way, it is possible to prevent the entry of conduction ions into the Si defect, and the progress of a chained irreversible reaction is effective. This can suppress irreversible side reactions between SiO x and conduction ions such as lithium ions.

したがって、第1の実施形態に係る負極活物質と、特許文献2の負極活物質とは、構成および初回充放電効率の向上のメカニズムが異なっている。 Therefore, the negative electrode active material according to the first embodiment and the negative electrode active material of Patent Document 2 have different configurations and mechanisms for improving the initial charge / discharge efficiency.

特許文献1の負極活物質では、酸素サイトとリチウムとを結合させているため、リチウムが粒子外部へ溶出し、安全性が低下する虞がある。これに対して、第1の実施形態に係る負極活物質では、酸素サイトとリチウムとを結合させていないので、リチウムが粒子外部へ溶出することがない。したがって、初回充放電効率を向上させることができると共に、負極活物質の安全性を向上させることができる。 In the negative electrode active material of Patent Document 1, since oxygen sites and lithium are bonded to each other, lithium may elute to the outside of the particles and the safety may be lowered. On the other hand, in the negative electrode active material according to the first embodiment, since oxygen sites and lithium are not bonded, lithium does not elute to the outside of the particles. Therefore, the initial charge / discharge efficiency can be improved, and the safety of the negative electrode active material can be improved.

また、凝集体112は、スズ、亜鉛、鉛、ビスマス、インジウム、金およびカドミウムのうちの少なくとも1種の第1元素を含むので、活物質として機能する。したがって、第1元素の添加による容量低下を抑制することができる。 Further, since the aggregate 112 contains at least one first element of tin, zinc, lead, bismuth, indium, gold and cadmium, it functions as an active material. Therefore, it is possible to suppress the volume decrease due to the addition of the first element.

第1の実施形態に係る負極活物質の製造方法では、共蒸着法により成膜した薄膜が酸化ケイ素(SiOx)を含む場合には、薄膜に対して熱処理を施すと、第1元素の作用により、酸化ケイ素が二酸化ケイ素に変化する。また、共蒸着法により成膜した薄膜が酸化ゲルマニウム(GeOx)を含む場合には、薄膜に対して熱処理を施すと、第1元素の作用により、酸化ゲルマニウムが二酸化ゲルマニウムに変化する。In the method for producing a negative electrode active material according to the first embodiment, when the thin film formed by the co-deposition method contains silicon oxide (SiO x ), when the thin film is heat-treated, the action of the first element is applied. Changes silicon oxide to silicon dioxide. When the thin film formed by the co-deposited method contains germanium oxide (GeO x ), when the thin film is heat-treated, the germanium oxide is changed to germanium dioxide by the action of the first element.

また、負極活物質の熱処理の際に、第1元素が薄膜内において凝集し、凝集体112が形成される。更に、第1元素は、薄膜内において第2元素が結晶化すること、または第2元素を含む結晶粒が肥大化することを抑制する。したがって、第2元素を含む結晶粒が形成された場合にも、その結晶粒の膨張変位量の増大を抑制することができる。よって、サイクル特性を向上することができる。 Further, during the heat treatment of the negative electrode active material, the first element aggregates in the thin film to form an aggregate 112. Further, the first element suppresses the crystallization of the second element in the thin film or the enlargement of the crystal grains containing the second element. Therefore, even when crystal grains containing the second element are formed, it is possible to suppress an increase in the amount of expansion and displacement of the crystal grains. Therefore, the cycle characteristics can be improved.

第2元素を含む結晶は電子導電性が低いため、第2元素を含む結晶粒が肥大化すると、負荷特性が低下する虞があるが、第1元素が、上述のように第2元素を含む結晶粒の肥大化を抑制することで、負荷特性の低下を抑制できる。また、第2元素を含む結晶の肥大化を抑制することで、リチウムイオンパスとなる、第2元素を含むナノ粒子の個数の低下を抑制することができる。 Since the crystal containing the second element has low electron conductivity, if the crystal grains containing the second element become enlarged, the load characteristics may deteriorate. However, the first element contains the second element as described above. By suppressing the enlargement of the crystal grains, it is possible to suppress the deterioration of the load characteristics. Further, by suppressing the enlargement of the crystal containing the second element, it is possible to suppress the decrease in the number of nanoparticles containing the second element, which is a lithium ion path.

第1元素は金属元素であり、第2元素は半導体元素であるため、第1元素は第2元素よりも高い電子導電性を有している。したがって、負極活物質が第1元素を含むことで、負極活物質の電子導電性を向上することができ、良好な集電性を得ることができる。よって、負荷特性を向上することができる。 Since the first element is a metal element and the second element is a semiconductor element, the first element has higher electron conductivity than the second element. Therefore, when the negative electrode active material contains the first element, the electron conductivity of the negative electrode active material can be improved, and good current collecting property can be obtained. Therefore, the load characteristics can be improved.

[変形例]
負極活物質粒子が、図2に示すように、マトリックス111に分散された凝集体113をさらに含んでいてもよい。凝集体113は、ケイ素およびゲルマニウムのうちの少なくとも1種の第2元素を含む。凝集体113は、非晶質状態、または非晶質相と結晶質相との混合状態であることが好ましい。上記混合状態において結晶質相は、微小な結晶粒であってもよい。この場合、結晶粒の平均サイズは、例えば2nm以下である。凝集体113が上記のように非晶質状態または混合状態であると、膨張収縮による負極活物質粒子の構造崩壊を抑制することができる。なお、凝集体113が非晶質状態または混合状態であることは、負極活物質粒子の断面TEM観察により確認することができる。また、結晶粒の平均サイズは、上述の凝集体112の平均サイズと同様の算出方法により求められる。
[Modification example]
As shown in FIG. 2, the negative electrode active material particles may further contain the aggregate 113 dispersed in the matrix 111. The aggregate 113 contains at least one second element of silicon and germanium. The aggregate 113 is preferably in an amorphous state or a mixed state of an amorphous phase and a crystalline phase. In the above mixed state, the crystalline phase may be fine crystal grains. In this case, the average size of the crystal grains is, for example, 2 nm or less. When the aggregate 113 is in an amorphous state or a mixed state as described above, it is possible to suppress the structural collapse of the negative electrode active material particles due to expansion and contraction. The fact that the aggregate 113 is in an amorphous state or a mixed state can be confirmed by TEM observation of the cross section of the negative electrode active material particles. Further, the average size of the crystal grains is obtained by the same calculation method as the above-mentioned average size of the aggregate 112.

凝集体113の平均サイズが、10nm以下であることが好ましい。凝集体113の平均サイズが10nmを超えると、凝集体113の膨張変位量が増大し、サイクル特性が低下する虞がある。凝集体113の平均サイズの下限値は特に限定されるものではないが、例えば2nm以上である。なお、凝集体113の平均サイズは、上述の凝集体112の平均サイズと同様の算出方法により求められる。 The average size of the aggregate 113 is preferably 10 nm or less. If the average size of the agglomerates 113 exceeds 10 nm, the amount of expansion displacement of the agglomerates 113 may increase and the cycle characteristics may deteriorate. The lower limit of the average size of the aggregate 113 is not particularly limited, but is, for example, 2 nm or more. The average size of the aggregate 113 is obtained by the same calculation method as the above-mentioned average size of the aggregate 112.

負極活物質の形状は粉末状に限定されるものではなく、薄膜状またはブロック状等であってもよい。 The shape of the negative electrode active material is not limited to the powder shape, but may be a thin film shape, a block shape, or the like.

薄膜(負極活物質層)を堆積する基板として負極集電体を用い、共蒸着法により負極集電体上に薄膜(負極活物質層)を直接成膜することで、薄膜電極(負極)を作製するようにしてもよい。この場合、バインダーや導電助剤を用いずに、負極活物質層を形成することができる。 A thin film electrode (negative electrode) is formed by using a negative electrode current collector as a substrate on which a thin film (negative electrode active material layer) is deposited and directly forming a thin film (negative electrode active material layer) on the negative electrode current collector by a co-deposited method. You may make it. In this case, the negative electrode active material layer can be formed without using a binder or a conductive auxiliary agent.

上述の第1の実施形態では、薄膜を粉砕することにより、粉末状の負極活物質を得る場合について説明したが、共蒸着法により粉末状の負極活物質を合成するようにしてもよい。より具体的には、真空蒸着装置のチャンバを冷却可能な構成とし、蒸着源としての混合物を蒸発させ、冷却凝集させることにより、粉末状の負極活物質を合成するようにしてもよい。 In the above-mentioned first embodiment, the case where the powdery negative electrode active material is obtained by crushing the thin film has been described, but the powdery negative electrode active material may be synthesized by the co-deposited method. More specifically, the chamber of the vacuum vapor deposition apparatus may be configured to be coolable, and the mixture as the vapor deposition source may be evaporated and cooled and aggregated to synthesize a powdery negative electrode active material.

上述の第1の実施形態では、電子ビームにより混合物(蒸着源)を加熱する場合について説明したが、電子ビーム以外の加熱手段で混合物(蒸着源)を加熱するようにしてもよい。但し、混合物(蒸着源)を1700℃まで加熱可能な加熱手段が好ましい。なお、酸素との反応性を示すエリンガムダイアグラム上、例えば炭素や金属等の異元素と混合することで1100℃程度まで低温化が可能であり、加熱温度は1700℃に限定されるものではない。 In the first embodiment described above, the case where the mixture (deposited source) is heated by the electron beam has been described, but the mixture (deposited source) may be heated by a heating means other than the electron beam. However, a heating means capable of heating the mixture (deposited source) up to 1700 ° C. is preferable. On the Ellingham diagram showing the reactivity with oxygen, the temperature can be lowered to about 1100 ° C by mixing with a foreign element such as carbon or metal, and the heating temperature is not limited to 1700 ° C. ..

負極活物質の製造工程において、第1元素の粉末の粒径は10μm以下であることが好ましい。金属ドロップレット(溶融した金属単体の粒子)発生を抑制することができるからである。第1、第2元素および第2元素の酸化物の形態は、上述の第1の実施形態におけるように粉末状であることが好ましいが、これに限定されるものではない。 In the process of manufacturing the negative electrode active material, the particle size of the powder of the first element is preferably 10 μm or less. This is because it is possible to suppress the generation of metal droplets (particles of a single molten metal). The forms of the first, second and second element oxides are preferably, but not limited to, powdery as in the first embodiment described above.

上述の第1の実施形態では、第1元素の粉末と、第2元素の粉末と、第2元素の酸化物の粉末とを混合し、蒸着源を作製する場合について説明したが、蒸着源の作製方法はこれに限定されるものではない。例えば、第1元素の粉末に代えて、または第1元素の粉末と共に、第1元素の酸化物、窒化物、塩化物、炭化物、硫化物、臭化物、フッ化物、ヨウ化物、硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩および有機金属のうちの少なくとも1種の粉末を用いてもよい。また、第2元素としてケイ素に代えて金属ケイ化物を用いてもよいし、第2元素の酸化物として二酸化ケイ素に代えて金属ケイ酸塩を用いてもよい。 In the above-mentioned first embodiment, the case where the powder of the first element, the powder of the second element, and the powder of the oxide of the second element are mixed to prepare a vapor deposition source has been described. The production method is not limited to this. For example, in place of or with the powder of the first element, oxides, nitrides, chlorides, carbides, sulfides, bromides, fluorides, iodides, sulfates, carbonates of the first element. , Nitrate, acetate and at least one powder of organic metal may be used. Further, a metal silicide may be used instead of silicon as the second element, or a metal silicate may be used instead of silicon dioxide as the oxide of the second element.

上述の第1の実施形態では、基板上に成膜した薄膜に対して熱処理を行う場合について説明したが、薄膜を粉砕し、粉末状の負極活物質を作製した後に、粉末状の負極活物質に対して熱処理を行うようにしてもよい。 In the first embodiment described above, the case where the thin film formed on the substrate is heat-treated has been described. However, after the thin film is crushed to produce a powdery negative electrode active material, the powdery negative electrode active material is produced. The heat treatment may be performed on the film.

<2 第2の実施形態>
第2の実施形態では、上述の第1の実施形態に係る負極活物質を含む負極を備える二次電池について説明する。
<2 Second Embodiment>
In the second embodiment, the secondary battery including the negative electrode containing the negative electrode active material according to the first embodiment described above will be described.

[電池の構成]
以下、図3を参照しながら、本開示の第2の実施形態に係る非水電解質二次電池(以下単に「電池」という。)の構成の一例について説明する。この電池は、例えば、負極の容量が、電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池である。この電池はいわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、一対の帯状の正極21と帯状の負極22とがセパレータ23を介して積層し巻回された巻回型電極体20を有している。電池缶11は、ニッケルのめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、液状の電解質としての電解液が注入され、正極21、負極22およびセパレータ23に含浸されている。また、巻回型電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12、13がそれぞれ配置されている。
[Battery configuration]
Hereinafter, an example of the configuration of the non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, simply referred to as “battery”) according to the second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG. This battery is, for example, a so-called lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to occlusion and release of lithium, which is an electrode reactant. This battery is a so-called cylindrical type, and a pair of strip-shaped positive electrodes 21 and strip-shaped negative electrodes 22 are laminated and wound inside a substantially hollow cylindrical battery can 11 via a separator 23. It has a mold electrode body 20. The battery can 11 is made of nickel-plated iron (Fe), one end of which is closed and the other end of which is open. An electrolytic solution as a liquid electrolyte is injected into the inside of the battery can 11 and impregnated into the positive electrode 21, the negative electrode 22 and the separator 23. Further, a pair of insulating plates 12 and 13 are arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding type electrode body 20.

電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、封口ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられている。これにより、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15は、電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱等により電池の内圧が一定以上となった場合に、ディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回型電極体20との電気的接続を切断するようになっている。封口ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。 At the open end of the battery can 11, a battery lid 14, a safety valve mechanism 15 provided inside the battery lid 14, and a heat-sensitive temperature coefficient (PTC element) 16 are interposed via a sealing gasket 17. It is attached by being crimped. As a result, the inside of the battery can 11 is sealed. The battery lid 14 is made of, for example, the same material as the battery can 11. The safety valve mechanism 15 is electrically connected to the battery lid 14, and when the internal pressure of the battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or external heating, the disk plate 15A is inverted and wound around the battery lid 14. The electrical connection with the rotary electrode body 20 is cut off. The sealing gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and the surface thereof is coated with asphalt.

巻回型電極体20の中心には、例えばセンターピン24が挿入されている。巻回型電極体20の正極21にはアルミニウム(Al)等よりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケル(Ni)等よりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。 For example, a center pin 24 is inserted in the center of the wound electrode body 20. A positive electrode lead 25 made of aluminum (Al) or the like is connected to the positive electrode 21 of the wound electrode body 20, and a negative electrode lead 26 made of nickel (Ni) or the like is connected to the negative electrode 22. The positive electrode lead 25 is electrically connected to the battery lid 14 by being welded to the safety valve mechanism 15, and the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11 and electrically connected.

以下、図4を参照しながら、電池を構成する正極21、負極22、セパレータ23、および電解液について順次説明する。 Hereinafter, the positive electrode 21, the negative electrode 22, the separator 23, and the electrolytic solution constituting the battery will be sequentially described with reference to FIG.

(正極)
正極21は、例えば、正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体21Aの片面のみに正極活物質層21Bを設けるようにしてもよい。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔またはステンレス箔等の金属箔により構成されている。正極活物質層21Bは、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質を含んでいる。正極活物質層21Bは、必要に応じて導電剤および結着剤のうちの少なくとも1種をさらに含んでいてもよい。
(Positive electrode)
The positive electrode 21 has, for example, a structure in which positive electrode active material layers 21B are provided on both sides of the positive electrode current collector 21A. Although not shown, the positive electrode active material layer 21B may be provided on only one side of the positive electrode current collector 21A. The positive electrode current collector 21A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The positive electrode active material layer 21B contains a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium. The positive electrode active material layer 21B may further contain at least one of a conductive agent and a binder, if necessary.

(正極活物質)
正極活物質としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物あるいはリチウムを含む層間化合物等のリチウム含有化合物が適当であり、これらの2種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素とを含むリチウム含有化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式(A)に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式(B)に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩等が挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素として、コバルト(Co)、ニッケル、マンガン(Mn)および鉄からなる群のうちの少なくとも1種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式(C)、式(D)もしくは式(E)に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式(F)に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または式(G)に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩等が挙げられ、具体的には、LiNi0.50Co0.20Mn0.302、LiaCoO2(a≒1)、LibNiO2(b≒1)、Lic1Nic2Co1-c22(c1≒1,0<c2<1)、LidMn24(d≒1)あるいはLieFePO4(e≒1)等がある。
(Positive electrode active material)
As the positive electrode active material, for example, a lithium-containing compound such as a lithium oxide, a lithium phosphorus oxide, a lithium sulfide, or an interlayer compound containing lithium is suitable, and two or more of these may be mixed and used. In order to increase the energy density, a lithium-containing compound containing lithium, a transition metal element and oxygen is preferable. Examples of such a lithium-containing compound include a lithium composite oxide having a layered rock salt type structure represented by the formula (A), a lithium composite phosphate having an olivine type structure represented by the formula (B), and the like. Can be mentioned. The lithium-containing compound is more preferably one containing at least one of the group consisting of cobalt (Co), nickel, manganese (Mn) and iron as a transition metal element. Examples of such a lithium-containing compound include a lithium composite oxide having a layered rock salt type structure represented by the formula (C), the formula (D) or the formula (E), and a spinel type represented by the formula (F). Examples thereof include a lithium composite oxide having a structure, a lithium composite phosphate having an olivine-type structure represented by the formula (G), and specifically, LiNi 0.50 Co 0.20 Mn 0.30 O 2 , Li a CoO 2. (a ≒ 1), Li b NiO 2 (b ≒ 1), Li c1 Ni c2 Co 1-c2 O 2 (c1 ≒ 1,0 <c2 <1), Li d Mn 2 O 4 (d ≒ 1) or There are Li e FePO 4 (e≈1) and the like.

LipNi(1-q-r)MnqM1r(2-y)z ・・・(A)
(但し、式(A)中、M1は、ニッケル、マンガンを除く2族〜15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。Xは、酸素以外の16族元素および17族元素のうち少なくとも1種を示す。p、q、y、zは、0≦p≦1.5、0≦q≦1.0、0≦r≦1.0、−0.10≦y≦0.20、0≦z≦0.2の範囲内の値である。)
Li p Ni (1-qr) Mn q M1 r O (2-y) X z ... (A)
(However, in the formula (A), M1 represents at least one of the elements selected from Group 2 to Group 15 excluding nickel and manganese. X is at least one of Group 16 and Group 17 elements other than oxygen. Indicates a species. p, q, y, z are 0 ≦ p ≦ 1.5, 0 ≦ q ≦ 1.0, 0 ≦ r ≦ 1.0, −0.10 ≦ y ≦ 0.20, 0 ≦ It is a value within the range of z ≦ 0.2.)

LiaM2bPO4 ・・・(B)
(但し、式(B)中、M2は、2族〜15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。a、bは、0≦a≦2.0、0.5≦b≦2.0の範囲内の値である。)
Li a M2 b PO 4 ... (B)
(However, in the formula (B), M2 represents at least one of the elements selected from groups 2 to 15. a and b are 0 ≦ a ≦ 2.0 and 0.5 ≦ b ≦ 2.0. It is a value within the range of.)

LifMn(1-g-h)NigM3h(2-j)k ・・・(C)
(但し、式(C)中、M3は、コバルト、マグネシウム(Mg)、アルミニウム、ホウ素(B)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、鉄、銅(Cu)、亜鉛、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、スズ、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種を表す。f、g、h、jおよびkは、0.8≦f≦1.2、0<g<0.5、0≦h≦0.5、g+h<1、−0.1≦j≦0.2、0≦k≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、fの値は完全放電状態における値を表している。)
Li f Mn (1-gh) Ni g M3 h O (2-j) F k ... (C)
(However, in the formula (C), M3 is cobalt, magnesium (Mg), aluminum, boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron, copper (Cu), zinc, Represents at least one of the group consisting of zirconium (Zr), molybdenum (Mo), tin, calcium (Ca), strontium (Sr) and tungsten (W). F, g, h, j and k are 0. .8 ≤ f ≤ 1.2, 0 <g <0.5, 0 ≤ h ≤ 0.5, g + h <1, -0.1 ≤ j ≤ 0.2, 0 ≤ k ≤ 0.1 The composition of lithium differs depending on the state of charge and discharge, and the value of f represents the value in the state of complete discharge.)

LimNi(1-n)M4n(2-p)q ・・・(D)
(但し、式(D)中、M4は、コバルト、マンガン、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、鉄、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、カルシウム、ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも1種を表す。m、n、pおよびqは、0.8≦m≦1.2、0.005≦n≦0.5、−0.1≦p≦0.2、0≦q≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、mの値は完全放電状態における値を表している。)
Li m Ni (1-n) M4 n O (2-p) F q ... (D)
(However, in formula (D), M4 is at least in the group consisting of cobalt, manganese, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, copper, zinc, molybdenum, tin, calcium, strontium and tungsten. Represents one type. M, n, p and q are 0.8 ≦ m ≦ 1.2, 0.005 ≦ n ≦ 0.5, −0.1 ≦ p ≦ 0.2, 0 ≦ q ≦ 0. The value is within the range of 1. The composition of lithium differs depending on the state of charge and discharge, and the value of m represents the value in the state of complete discharge.)

LirCo(1-s)M5s(2-t)u ・・・(E)
(但し、式(E)中、M5は、ニッケル、マンガン、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、鉄、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、カルシウム、ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも1種を表す。r、s、tおよびuは、0.8≦r≦1.2、0≦s<0.5、−0.1≦t≦0.2、0≦u≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、rの値は完全放電状態における値を表している。)
Li r Co (1-s) M5 s O (2-t) Fu ... (E)
(However, in formula (E), M5 is at least in the group consisting of nickel, manganese, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, copper, zinc, molybdenum, tin, calcium, strontium and tungsten. Represents one type. R, s, t and u are 0.8 ≦ r ≦ 1.2, 0 ≦ s <0.5, −0.1 ≦ t ≦ 0.2, 0 ≦ u ≦ 0.1. The composition of lithium differs depending on the state of charge and discharge, and the value of r represents the value in the state of complete discharge.)

LivMn2-wM6wxy ・・・(F)
(但し、式(F)中、M6は、コバルト、ニッケル、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、鉄、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、カルシウム、ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも1種を表す。v、w、xおよびyは、0.9≦v≦1.1、0≦w≦0.6、3.7≦x≦4.1、0≦y≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、vの値は完全放電状態における値を表している。)
Li v Mn 2-w M6 w O x F y ... (F)
(However, in formula (F), M6 is at least in the group consisting of cobalt, nickel, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, copper, zinc, molybdenum, tin, calcium, strontium and tungsten. Represents one type. V, w, x and y are 0.9 ≦ v ≦ 1.1, 0 ≦ w ≦ 0.6, 3.7 ≦ x ≦ 4.1, 0 ≦ y ≦ 0.1. It is a value within the range. The composition of lithium differs depending on the state of charge and discharge, and the value of v represents the value in the state of complete discharge.)

LizM7PO4 ・・・(G)
(但し、式(G)中、M7は、コバルト、マンガン、鉄、ニッケル、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、ニオブ(Nb)、銅、亜鉛、モリブデン、カルシウム、ストロンチウム、タングステンおよびジルコニウムからなる群のうちの少なくとも1種を表す。zは、0.9≦z≦1.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、zの値は完全放電状態における値を表している。)
Li z M7PO 4 ... (G)
(However, in formula (G), M7 is composed of cobalt, manganese, iron, nickel, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, niobium (Nb), copper, zinc, molybdenum, calcium, strontium, tungsten and zirconium. Represents at least one of the groups. Z is a value within the range of 0.9 ≦ z ≦ 1.1. The composition of lithium differs depending on the state of charge and discharge, and the value of z is the state of complete discharge. Represents the value in.)

Niを含むリチウム複合酸化物としては、リチウムとニッケルとコバルトとマンガンと酸素とを含むリチウム複合酸化物(NCM)、リチウムとニッケルとコバルトとアルミニウムと酸素とを含むリチウム複合酸化物(NCA)等を用いてもよい。Niを含むリチウム複合酸化物としては、具体的には、以下の式(H)または式(I)に示したものを用いてもよい。 Examples of the lithium composite oxide containing Ni include a lithium composite oxide containing lithium, nickel, cobalt, manganese and oxygen (NCM), and a lithium composite oxide containing lithium, nickel, cobalt, aluminum and oxygen (NCA). May be used. Specifically, as the lithium composite oxide containing Ni, those represented by the following formula (H) or formula (I) may be used.

Liv1Niw1M1’x1z1 ・・・(H)
(式中、0<v1<2、w1+x1≦1、0.2≦w1≦1、0≦x1≦0.7、0<z<3であり、M1’は、コバルト、鉄、マンガン、銅、亜鉛、アルミニウム、クロム、バナジウム、チタン、マグネシウムおよびジルコニウム等の遷移金属からなる元素を少なくとも1種類以上である。)
Li v1 Ni w1 M1'x1 O z1・ ・ ・ (H)
(In the formula, 0 <v1 <2, w1 + x1 ≦ 1, 0.2 ≦ w1 ≦ 1, 0 ≦ x1 ≦ 0.7, 0 <z <3, and M1 ′ is cobalt, iron, manganese, copper, At least one element composed of transition metals such as zinc, aluminum, chromium, vanadium, titanium, magnesium and zirconium.)

Liv2Niw2M2’x2z2 ・・・(I)
(式中、0<v2<2、w2+x2≦1、0.65≦w2≦1、0≦x2≦0.35、0<z2<3であり、M2’は、コバルト、鉄、マンガン、銅、亜鉛、アルミニウム、クロム、バナジウム、チタン、マグネシウムおよびジルコニウム等の遷移金属からなる元素を少なくとも1種類以上である。)
Li v2 Ni w2 M2'x2 O z2・ ・ ・ (I)
(In the formula, 0 <v2 <2, w2 + x2 ≦ 1, 0.65 ≦ w2 ≦ 1, 0 ≦ x2 ≦ 0.35, 0 <z2 <3, and M2'is cobalt, iron, manganese, copper, At least one element composed of transition metals such as zinc, aluminum, chromium, vanadium, titanium, magnesium and zirconium.)

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、これらの他にも、MnO2、V25、V613、NiS、MoS等のリチウムを含まない無機化合物も挙げられる。Other positive electrode materials capable of occluding and releasing lithium include lithium-free inorganic compounds such as MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13, NiS, and MoS.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記で例示した正極材料は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。 The positive electrode material capable of occluding and releasing lithium may be other than the above. Further, the positive electrode materials exemplified above may be mixed in any combination of two or more.

(結着剤)
結着剤としては、例えば、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)、ポリアクリロニトリル(PAN)、スチレンブタジエンゴム(SBR)およびカルボキシメチルセルロース(CMC)等の樹脂材料、ならびにこれらの樹脂材料を主体とする共重合体等から選択される少なくとも1種が用いられる。
(Binder)
Examples of the binder include resin materials such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylonitrile (PAN), styrene butadiene rubber (SBR) and carboxymethyl cellulose (CMC), and resins thereof. At least one selected from a material-based copolymer and the like is used.

(導電剤)
導電剤としては、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、ケッチェンブラックまたはカーボンナノチューブ等の炭素材料が挙げられ、これらのうちの1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であれば金属材料または導電性高分子材料等を用いるようにしてもよい。
(Conducting agent)
Examples of the conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon fiber, carbon black, Ketjen black or carbon nanotubes, and one of these may be used alone or two or more thereof may be mixed. May be used. Further, in addition to the carbon material, a metal material, a conductive polymer material, or the like may be used as long as it is a conductive material.

(負極)
負極22は、例えば、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、負極集電体22Aの片面のみに負極活物質層22Bを設けるようにしてもよい。負極集電体22Aは、例えば、銅箔、ニッケル箔またはステンレス箔等の金属箔により構成されている。
(Negative electrode)
The negative electrode 22 has, for example, a structure in which the negative electrode active material layers 22B are provided on both sides of the negative electrode current collector 22A. Although not shown, the negative electrode active material layer 22B may be provided on only one side of the negative electrode current collector 22A. The negative electrode current collector 22A is made of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

負極活物質層22Bは、リチウムを吸蔵および放出することが可能な1種または2種以上の負極活物質を含んでいる。負極活物質層22Bは、必要に応じて結着剤および導電剤のうちの少なくとも1種をさらに含んでいてもよい。 The negative electrode active material layer 22B contains one or more negative electrode active materials capable of occluding and releasing lithium. The negative electrode active material layer 22B may further contain at least one of a binder and a conductive agent, if necessary.

なお、この電池では、負極22または負極活物質の電気化学当量が、正極21の電気化学当量よりも大きくなっており、理論上、充電の途中において負極22にリチウム金属が析出しないようになっていることが好ましい。 In this battery, the electrochemical equivalent of the negative electrode 22 or the negative electrode active material is larger than the electrochemical equivalent of the positive electrode 21, and theoretically, lithium metal does not precipitate on the negative electrode 22 during charging. It is preferable to have.

(負極活物質)
負極活物質としては、第1の実施形態に係る負極活物質が用いられる。第1の実施形態に係る負極活物質を炭素材料と共に用いるようにしてもよい。この場合、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができる。
(Negative electrode active material)
As the negative electrode active material, the negative electrode active material according to the first embodiment is used. The negative electrode active material according to the first embodiment may be used together with the carbon material. In this case, a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained.

第1の実施形態に係る負極活物質と共に用いる炭素材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維あるいは活性炭等の炭素材料が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークス等がある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性が得られるので好ましい。更にまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。 Examples of the carbon material used together with the negative electrode active material according to the first embodiment include graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, thermally decomposed carbons, cokes, glassy carbons, and organic polymer compounds. Examples thereof include a calcined body, carbon fiber, and a carbon material such as activated carbon. Among these, cokes include pitch coke, needle coke, petroleum coke and the like. A calcined organic polymer compound is a material obtained by calcining a polymer material such as phenol formaldehyde or furan resin at an appropriate temperature to carbonize it, and some of it is non-graphitizable carbon or easily graphitizable carbon. Some are classified as. These carbon materials are preferable because the change in the crystal structure that occurs during charging / discharging is very small, a high charging / discharging capacity can be obtained, and good cycle characteristics can be obtained. In particular, graphite is preferable because it has a large electrochemical equivalent and can obtain a high energy density. Further, graphitizable carbon is preferable because excellent cycle characteristics can be obtained. Furthermore, those having a low charge / discharge potential, specifically those having a charge / discharge potential close to that of lithium metal, are preferable because high energy density of the battery can be easily realized.

(結着剤)
結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、スチレンブタジエンゴムおよびカルボキシメチルセルロース等の樹脂材料、ならびにこれら樹脂材料を主体とする共重合体等から選択される少なくとも1種が用いられる。
(Binder)
As the binder, for example, at least one selected from resin materials such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, styrene butadiene rubber and carboxymethyl cellulose, and copolymers mainly composed of these resin materials. Is used.

(導電剤)
導電剤としては、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、ケッチェンブラックまたはカーボンナノチューブ等の炭素材料が挙げられ、これらのうちの1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であれば金属材料または導電性高分子材料等を用いるようにしてもよい。
(Conducting agent)
Examples of the conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon fiber, carbon black, Ketjen black or carbon nanotubes, and one of these may be used alone or two or more thereof may be mixed. May be used. Further, in addition to the carbon material, a metal material, a conductive polymer material, or the like may be used as long as it is a conductive material.

(セパレータ)
セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレン等の樹脂製の多孔質膜によって構成されており、これらの2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜は短絡防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。特にポリエチレンは、100℃以上160℃以下の範囲内においてシャットダウン効果を得ることができ、かつ電気化学的安定性にも優れているので、セパレータ23を構成する材料として好ましい。他にも、化学的安定性を備えた樹脂を、ポリエチレンあるいはポリプロピレンと共重合またはブレンド化した材料を用いることができる。あるいは、多孔質膜は、ポリプロピレン層と、ポリエチレン層と、ポリプロピレン層とを順次に積層した3層以上の構造を有していてもよい。
(Separator)
The separator 23 separates the positive electrode 21 and the negative electrode 22 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. The separator 23 is made of, for example, a porous film made of a resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, and may have a structure in which two or more of these porous films are laminated. Above all, the porous film made of polyolefin is preferable because it has an excellent short-circuit prevention effect and can improve the safety of the battery by the shutdown effect. In particular, polyethylene is preferable as a material constituting the separator 23 because it can obtain a shutdown effect in the range of 100 ° C. or higher and 160 ° C. or lower and is also excellent in electrochemical stability. In addition, a material obtained by copolymerizing or blending a resin having chemical stability with polyethylene or polypropylene can be used. Alternatively, the porous membrane may have a structure of three or more layers in which a polypropylene layer, a polyethylene layer, and a polypropylene layer are sequentially laminated.

セパレータ23は、基材と、基材の片面または両面に設けられた表面層を備える構成を有していてもよい。表面層は、電気的な絶縁性を有する無機粒子と、無機粒子を基材の表面に結着するとともに、無機粒子同士を結着する樹脂材料とを含んでいる。この樹脂材料は、例えば、フィブリル化し、フィブリルが相互連続的に繋がった三次元的なネットワーク構造を有していてもよい。無機粒子は、この三次元的なネットワーク構造を有する樹脂材料に担持されることにより、互いに連結することなく分散状態を保つことができる。また、樹脂材料はフィブリル化せずに基材の表面や無機粒子同士を結着してもよい。この場合、より高い結着性を得ることができる。上述のように基材の片面または両面に表面層を設けることで、耐酸化性、耐熱性および機械強度を基材に付与することができる。 The separator 23 may have a structure including a base material and a surface layer provided on one side or both sides of the base material. The surface layer contains inorganic particles having an electrically insulating property and a resin material that binds the inorganic particles to the surface of the base material and also binds the inorganic particles to each other. This resin material may have, for example, a three-dimensional network structure in which fibrils are formed and the fibrils are continuously connected to each other. By being supported on the resin material having this three-dimensional network structure, the inorganic particles can maintain a dispersed state without being connected to each other. Further, the resin material may be bonded to the surface of the base material or the inorganic particles without being made into fibril. In this case, higher binding properties can be obtained. By providing the surface layer on one side or both sides of the base material as described above, oxidation resistance, heat resistance and mechanical strength can be imparted to the base material.

基材は、多孔性を有する多孔質層である。基材は、より具体的には、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を有する絶縁性の膜から構成される多孔質膜であり、基材の空孔に電解液が保持される。基材は、セパレータの主要部として所定の機械的強度を有する一方で、電解液に対する耐性が高く、反応性が低く、膨張しにくいという特性を要することが好ましい。 The base material is a porous layer having porosity. More specifically, the base material is a porous membrane composed of an insulating membrane having a large ion permeability and a predetermined mechanical strength, and the electrolytic solution is held in the pores of the base material. It is preferable that the base material has a predetermined mechanical strength as a main part of the separator, but has high resistance to an electrolytic solution, low reactivity, and resistance to expansion.

基材を構成する樹脂材料は、例えばポリプロピレン若しくはポリエチレン等のポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂またはナイロン樹脂等を用いることが好ましい。特に、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状ポリエチレン等のポリエチレン、若しくはそれらの低分子量ワックス分、またはポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂は溶融温度が適当であり、入手が容易なので好適に用いられる。また、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造、もしくは、2種以上の樹脂材料を溶融混練して形成した多孔質膜としてもよい。ポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜を含むものは、正極21と負極22との分離性に優れ、内部短絡の低下をいっそう低減することができる。 As the resin material constituting the base material, for example, it is preferable to use a polyolefin resin such as polypropylene or polyethylene, an acrylic resin, a styrene resin, a polyester resin, a nylon resin or the like. In particular, polyethylene such as low-density polyethylene, high-density polyethylene and linear polyethylene, or their low-molecular-weight wax components, or polyolefin resins such as polypropylene are preferably used because they have an appropriate melting temperature and are easily available. Further, a structure in which these two or more kinds of porous films are laminated, or a porous film formed by melt-kneading two or more kinds of resin materials may be used. Those containing a porous film made of a polyolefin resin have excellent separability between the positive electrode 21 and the negative electrode 22, and can further reduce the decrease in internal short circuit.

基材としては、不織布を用いてもよい。不織布を構成する繊維としては、アラミド繊維、ガラス繊維、ポリオレフィン繊維、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維、またはナイロン繊維等を用いることができる。また、これら2種以上の繊維を混合して不織布としてもよい。 As the base material, a non-woven fabric may be used. As the fiber constituting the non-woven fabric, aramid fiber, glass fiber, polyolefin fiber, polyethylene terephthalate (PET) fiber, nylon fiber and the like can be used. Further, these two or more kinds of fibers may be mixed to form a nonwoven fabric.

無機粒子は、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物および金属硫化物等の少なくとも1種を含んでいる。金属酸化物としては、酸化アルミニウム(アルミナ、Al23)、ベーマイト(水和アルミニウム酸化物)、酸化マグネシウム(マグネシア、MgO)、酸化チタン(チタニア、TiO2)、酸化ジルコニウム(ジルコニア、ZrO2)、酸化ケイ素(シリカ、SiO2)または酸化イットリウム(イットリア、Y23)等を好適に用いることができる。金属窒化物としては、窒化ケイ素(Si34)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化硼素(BN)または窒化チタン(TiN)等を好適に用いることができる。金属炭化物としては、炭化ケイ素(SiC)または炭化ホウ素(B4C)等を好適に用いることができる。金属硫化物としては、硫酸バリウム(BaSO4)等を好適に用いることができる。また、ゼオライト(M2/nO・Al23・xSiO2・yH2O、Mは金属元素、x≧2、y≧0)等の多孔質アルミノケイ酸塩、層状ケイ酸塩、チタン酸バリウム(BaTiO3)またはチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)等の鉱物を用いてもよい。中でも、アルミナ、チタニア(特にルチル型構造を有するもの)、シリカまたはマグネシアを用いることが好ましく、アルミナを用いることがより好ましい。無機粒子は耐酸化性および耐熱性を備えており、無機粒子を含有する正極対向側面の表面層は、充電時の正極近傍における酸化環境に対しても強い耐性を有する。無機粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、板状、繊維状、キュービック状およびランダム形状等のいずれも用いることができる。The inorganic particles contain at least one kind such as a metal oxide, a metal nitride, a metal carbide and a metal sulfide. Metal oxides include aluminum oxide (alumina, Al 2 O 3 ), boehmite (hydrated aluminum oxide), magnesium oxide (magnesia, MgO), titanium oxide (titania, TiO 2 ), zirconium oxide (zirconia, ZrO 2). ), Silicon oxide (silica, SiO 2 ), yttrium oxide (itria, Y 2 O 3 ) and the like can be preferably used. As the metal nitride, silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), titanium nitride (TiN) and the like can be preferably used. As the metal carbide, silicon carbide (SiC), boron carbide (B4C) or the like can be preferably used. As the metal sulfide, barium sulfate (BaSO 4 ) or the like can be preferably used. In addition, porous aluminosilicates such as zeolite (M 2 / n O, Al 2 O 3 , xSiO 2 , yH 2 O, M is a metal element, x ≧ 2, y ≧ 0), layered silicate, and barium titanate. Minerals such as barium (BaTIO 3 ) or strontium titanate (SrTiO 3 ) may be used. Of these, alumina, titania (particularly those having a rutile-type structure), silica or magnesia are preferably used, and alumina is more preferable. The inorganic particles have oxidation resistance and heat resistance, and the surface layer on the side surface facing the positive electrode containing the inorganic particles has strong resistance to the oxidizing environment in the vicinity of the positive electrode during charging. The shape of the inorganic particles is not particularly limited, and any of spherical, plate-like, fibrous, cubic, random and the like can be used.

表面層を構成する樹脂材料としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等の含フッ素樹脂、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等の含フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体またはその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体またはその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体またはその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等のゴム類、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、全芳香族ポリアミド(アラミド)等のポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリエーテル、アクリル酸樹脂またはポリエステル等の融点およびガラス転移温度の少なくとも一方が180℃以上の高い耐熱性を有する樹脂等が挙げられる。これら樹脂材料は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。中でも、耐酸化性および柔軟性の観点からは、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂が好ましく、耐熱性の観点からは、アラミドまたはポリアミドイミドを含むことが好ましい。 Examples of the resin material constituting the surface layer include fluororesins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, fluororubber containing vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, and fluororubber such as ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, and styrene. -Butadiene copolymer or its hydride, acrylonitrile-butadiene copolymer or its hydride, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer or its hydride, methacrylic acid ester-acrylic acid ester copolymer, styrene-acrylic acid ester Copolymers, acrylonitrile-acrylic acid ester copolymers, rubbers such as ethylene propylene rubber, polyvinyl alcohol, vinyl acetate, cellulose derivatives such as ethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyphenylene ether, polysulfone, polyether sulfone , Polyphenylene sulfide, polyetherimide, polyimide, polyamide such as total aromatic polyamide (aramid), polyamideimide, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyether, acrylic acid resin or polyester, etc. Examples thereof include resins having high heat resistance of ° C. or higher. These resin materials may be used alone or in combination of two or more. Among them, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride is preferable from the viewpoint of oxidation resistance and flexibility, and aramid or polyamide-imide is preferably contained from the viewpoint of heat resistance.

無機粒子の粒径は、1nm〜10μmの範囲内であることが好ましい。1nmより小さいと、入手が困難であり、また入手できたとしてもコスト的に見合わない。一方、10μmより大きいと電極間距離が大きくなり、限られたスペースで活物質充填量が十分得られず電池容量が低くなる。 The particle size of the inorganic particles is preferably in the range of 1 nm to 10 μm. If it is smaller than 1 nm, it is difficult to obtain it, and even if it can be obtained, it is not worth the cost. On the other hand, if it is larger than 10 μm, the distance between the electrodes becomes large, the amount of active material filled cannot be sufficiently obtained in a limited space, and the battery capacity becomes low.

表面層の形成方法としては、例えば、マトリックス樹脂、溶媒および無機物からなるスラリーを基材(多孔質膜)上に塗布し、マトリックス樹脂の貧溶媒且つ上記溶媒の親溶媒浴中を通過させて相分離させ、その後、乾燥させる方法を用いることができる。 As a method for forming the surface layer, for example, a slurry composed of a matrix resin, a solvent and an inorganic substance is applied onto a base material (porous film), and the matrix resin is passed through a poor solvent and a parent solvent bath of the above solvent to form a phase. A method of separating and then drying can be used.

なお、上述した無機粒子は、基材としての多孔質膜に含有されていてもよい。また、表面層が無機粒子を含まず、樹脂材料のみにより構成されていてもよい。 The above-mentioned inorganic particles may be contained in a porous membrane as a base material. Further, the surface layer may not contain inorganic particles and may be composed only of a resin material.

(電解液)
セパレータ23には、液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。電解液が、電池特性を向上するために、公知の添加剤を含んでいてもよい。
(Electrolytic solution)
The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution which is a liquid electrolyte. The electrolytic solution contains a solvent and an electrolyte salt dissolved in the solvent. The electrolytic solution may contain known additives in order to improve the battery characteristics.

溶媒としては、炭酸エチレンあるいは炭酸プロピレン等の環状の炭酸エステルを用いることができ、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンのうちの一方、特に両方を混合して用いることが好ましい。サイクル特性を向上させることができるからである。 As the solvent, a cyclic carbonate ester such as ethylene carbonate or propylene carbonate can be used, and it is preferable to use one or a mixture of ethylene carbonate and propylene carbonate in particular. This is because the cycle characteristics can be improved.

溶媒としては、また、これらの環状の炭酸エステルに加えて、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸メチルプロピル等の鎖状の炭酸エステルを混合して用いることが好ましい。高いイオン伝導性を得ることができるからである。 As the solvent, in addition to these cyclic carbonate esters, it is preferable to mix and use a chain carbonate ester such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate or methylpropyl carbonate. This is because high ionic conductivity can be obtained.

溶媒としては、さらにまた、2,4−ジフルオロアニソールあるいは炭酸ビニレンを含むこと好ましい。2,4−ジフルオロアニソールは放電容量を向上させることができ、また、炭酸ビニレンはサイクル特性を向上させることができるからである。よって、これらを混合して用いれば、放電容量およびサイクル特性を向上させることができるので好ましい。 The solvent preferably further contains 2,4-difluoroanisole or vinylene carbonate. This is because 2,4-difluoroanisole can improve the discharge capacity, and vinylene carbonate can improve the cycle characteristics. Therefore, it is preferable to mix and use these because the discharge capacity and the cycle characteristics can be improved.

これらの他にも、溶媒としては、炭酸ブチレン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピロニトリル、N,N−ジメチルフォルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、N,N−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシドあるいはリン酸トリメチル等が挙げられる。 In addition to these, as solvents, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltransferase, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3- Dioxolane, Methyl Acetate, Methyl Propionate, acetonitrile, Glutaronitrile, Adiponitrile, methoxynitrile, 3-methoxypropyronitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N-dimethyl Examples thereof include imidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, dimethylsulfoxide, trimethyl phosphate and the like.

なお、これらの非水溶媒の少なくとも一部の水素をフッ素で置換した化合物は、組み合わせる電極の種類によっては、電極反応の可逆性を向上させることができる場合があるので、好ましい場合もある。 It should be noted that a compound in which at least a part of hydrogen in these non-aqueous solvents is replaced with fluorine may be preferable because the reversibility of the electrode reaction may be improved depending on the type of the electrode to be combined.

電解質塩としては、例えばリチウム塩が挙げられ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。リチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C654、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF32、LiC(SO2CF33、LiAlCl4、LiSiF6、LiCl、ジフルオロ[オキソラト−O,O']ホウ酸リチウム、リチウムビスオキサレートボレート、あるいはLiBr等が挙げられる。中でも、LiPF6は高いイオン伝導性を得ることができるとともに、サイクル特性を向上させることができるので好ましい。Examples of the electrolyte salt include lithium salts, and one type may be used alone or two or more types may be mixed and used. Lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiC (SO 2 CF). 3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , LiCl, difluoro [oxorat-O, O'] lithium borate, lithium bisoxalate volate, LiBr and the like can be mentioned. Above all, LiPF 6 is preferable because it can obtain high ionic conductivity and improve cycle characteristics.

[正極電位]
満充電状態における正極電位(vsLi/Li+)は、好ましくは4.20Vを超え、より好ましくは4.25V以上、更により好ましくは4.40Vを超え、特に好ましくは4.45V以上、最も好ましくは4.50V以上である。但し、満充電状態における正極電位(vsLi/Li+)が、4.20V以下であってもよい。満充電状態における正極電位(vsLi/Li+)の上限値は、特に限定されるものではないが、好ましくは6.00V以下、より好ましくは5.00V以下、更により好ましくは4.80V以下、特に好ましくは4.70V以下である。
[Positive potential]
The positive electrode potential (vsLi / Li + ) in the fully charged state preferably exceeds 4.20 V, more preferably 4.25 V or more, still more preferably more than 4.40 V, and particularly preferably 4.45 V or more, most preferably. Is 4.50V or higher. However, the positive electrode potential ( vsLi / Li + ) in the fully charged state may be 4.20 V or less. The upper limit of the positive electrode potential (vsLi / Li + ) in the fully charged state is not particularly limited, but is preferably 6.00 V or less, more preferably 5.00 V or less, and even more preferably 4.80 V or less. Particularly preferably, it is 4.70 V or less.

[電池の動作]
上述の構成を有する電池では、充電を行うと、正極活物質層21Bからリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極活物質層22Bに吸蔵される。また、放電を行うと、負極活物質層22Bからリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極活物質層21Bに吸蔵される。
[Battery operation]
In the battery having the above configuration, when charging is performed, lithium ions are released from the positive electrode active material layer 21B and are occluded in the negative electrode active material layer 22B via the electrolytic solution. Further, when the electric discharge is performed, lithium ions are released from the negative electrode active material layer 22B and are occluded in the positive electrode active material layer 21B via the electrolytic solution.

[電池の製造方法]
次に、本開示の第2の実施形態に係る電池の製造方法の一例について説明する。
[Battery manufacturing method]
Next, an example of a battery manufacturing method according to the second embodiment of the present disclosure will be described.

まず、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーを作製する。次に、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより正極活物質層21Bを形成し、正極21を形成する。 First, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). A paste-like positive electrode mixture slurry is prepared. Next, this positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 21A, the solvent is dried, and the positive electrode active material layer 21B is formed by compression molding with a roll press machine or the like to form the positive electrode 21.

また、例えば、第1の実施形態に係る負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーを作製する。なお、第1の実施形態に係る負極活物質および結着剤に加えて炭素材料をさらに添加して混合するようにしてもよい。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより負極活物質層22Bを形成し、負極22を作製する。 Further, for example, the negative electrode active material according to the first embodiment and the binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. A paste-like negative electrode mixture slurry is prepared. In addition to the negative electrode active material and the binder according to the first embodiment, a carbon material may be further added and mixed. Next, this negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 22A, the solvent is dried, and compression molding is performed by a roll press machine or the like to form the negative electrode active material layer 22B, and the negative electrode 22 is manufactured.

次に、正極集電体21Aに正極リード25を溶接等により取り付けるとともに、負極集電体22Aに負極リード26を溶接等により取り付ける。次に、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回する。次に、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接するとともに、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12、13で挟み電池缶11の内部に収納する。次に、正極21および負極22を電池缶11の内部に収納したのち、電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。次に、電池缶11の開口端部に電池蓋14、安全弁機構15および熱感抵抗素子16を封口ガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図3に示した電池が得られる。 Next, the positive electrode lead 25 is attached to the positive electrode current collector 21A by welding or the like, and the negative electrode lead 26 is attached to the negative electrode current collector 22A by welding or the like. Next, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound around the separator 23. Next, the tip of the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15, the tip of the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11, and the wound positive electrode 21 and the negative electrode 22 are formed by a pair of insulating plates 12 and 13. It is stored inside the sandwiched battery can 11. Next, after the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are housed inside the battery can 11, the electrolytic solution is injected into the inside of the battery can 11 to impregnate the separator 23. Next, the battery lid 14, the safety valve mechanism 15, and the heat-sensitive resistance element 16 are fixed to the open end of the battery can 11 by caulking via the sealing gasket 17. As a result, the battery shown in FIG. 3 is obtained.

[効果]
第2の実施形態に係る電池では、正極活物質層21Bが第1の実施形態に係る正極活物質を含んでいるので、初回充放電効率を向上することができる。
[effect]
In the battery according to the second embodiment, since the positive electrode active material layer 21B contains the positive electrode active material according to the first embodiment, the initial charge / discharge efficiency can be improved.

[変形例]
第2の実施形態では、負極22が、負極集電体22Aと、負極集電体22Aの両面に設けられ、負極活物質粒子の粉末を含む負極活物質層22Bとを備える例について説明したが、負極22の構成はこれに限定されるものではない。例えば、負極22が、負極集電体と、負極集電体の両面に設けられた薄膜とを備える薄膜電極であってもよい。薄膜は、負極活物質により構成されている。負極活物質は、薄膜状を有する点以外では、第1の実施形態に係る負極活物質と同様である。
[Modification example]
In the second embodiment, an example in which the negative electrode 22 is provided on both sides of the negative electrode current collector 22A and the negative electrode current collector 22A and includes the negative electrode active material layer 22B containing the powder of the negative electrode active material particles has been described. The configuration of the negative electrode 22 is not limited to this. For example, the negative electrode 22 may be a thin film electrode including a negative electrode current collector and thin films provided on both sides of the negative electrode current collector. The thin film is composed of a negative electrode active material. The negative electrode active material is the same as the negative electrode active material according to the first embodiment except that it has a thin film shape.

<3 第3の実施形態>
[電池の構成]
図5に示すように、本開示の第3の実施形態に係る電池は、いわゆるラミネートフィルム型電池であり、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回型電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものであり、小型化、軽量化および薄型化が可能となっている。
<3 Third embodiment>
[Battery configuration]
As shown in FIG. 5, the battery according to the third embodiment of the present disclosure is a so-called laminated film type battery, and the wound electrode body 30 to which the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are attached has a film-like exterior. It is housed inside the member 40, and can be made smaller, lighter, and thinner.

正極リード31および負極リード32は、それぞれ、外装部材40の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード31および負極リード32は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケルあるいはステンレス等の金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。 The positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are respectively led out from the inside of the exterior member 40 toward the outside, for example, in the same direction. The positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are each made of a metal material such as aluminum, copper, nickel, or stainless steel, and have a thin plate shape or a mesh shape, respectively.

外装部材40は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材40は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回型電極体30とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材40と正極リード31および負極リード32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。密着フィルム41は、正極リード31および負極リード32に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂により構成されている。 The exterior member 40 is made of, for example, a rectangular aluminum laminated film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polyethylene film are bonded in this order. The exterior member 40 is arranged so that, for example, the polyethylene film side and the wound electrode body 30 face each other, and the outer edge portions thereof are brought into close contact with each other by fusion or adhesive. A close contact film 41 for preventing the intrusion of outside air is inserted between the exterior member 40 and the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32. The adhesion film 41 is made of a material having adhesion to the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32, for example, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene or modified polypropylene.

なお、外装部材40は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム、ポリプロピレン等の高分子フィルムまたは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。あるいは、アルミニウム製フィルムを心材として、その片面または両面に高分子フィルムを積層したラミネートフィルムを用いても良い。 The exterior member 40 may be made of a laminate film having another structure, a polymer film such as polypropylene, or a metal film instead of the aluminum laminate film described above. Alternatively, a laminated film in which an aluminum film is used as a core material and a polymer film is laminated on one side or both sides thereof may be used.

図6は、図5に示した巻回型電極体30のV−V線に沿った断面図である。巻回型電極体30は、正極33と負極34とをセパレータ35および電解質層36を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ37により保護されている。 FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VV of the wound electrode body 30 shown in FIG. The winding type electrode body 30 is formed by laminating and winding a positive electrode 33 and a negative electrode 34 via a separator 35 and an electrolyte layer 36, and the outermost peripheral portion thereof is protected by a protective tape 37.

正極33は、正極集電体33Aの片面あるいは両面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有している。負極34は、負極集電体34Aの片面あるいは両面に負極活物質層34Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層34Bと正極活物質層33Bとが対向するように配置されている。正極集電体33A、正極活物質層33B、負極集電体34A、負極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、それぞれ第2の実施形態における正極集電体21A、正極活物質層21B、負極集電体22A、負極活物質層22Bおよびセパレータ23と同様である。 The positive electrode 33 has a structure in which the positive electrode active material layer 33B is provided on one side or both sides of the positive electrode current collector 33A. The negative electrode 34 has a structure in which the negative electrode active material layer 34B is provided on one side or both sides of the negative electrode current collector 34A, and the negative electrode active material layer 34B and the positive electrode active material layer 33B are arranged so as to face each other. There is. The configurations of the positive electrode collector 33A, the positive electrode active material layer 33B, the negative electrode current collector 34A, the negative electrode active material layer 34B, and the separator 35 are the positive electrode current collector 21A, the positive electrode active material layer 21B, and the negative electrode, respectively, in the second embodiment. This is the same as the current collector 22A, the negative electrode active material layer 22B, and the separator 23.

電解質層36は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質層36は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。電解液は、第2の実施形態に係る電解液である。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンまたはポリカーボネートが挙げられる。特に電気化学的な安定性の点からはポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドが好ましい。 The electrolyte layer 36 contains an electrolytic solution and a polymer compound serving as a retainer for holding the electrolytic solution, and is in the form of a so-called gel. The gel-like electrolyte layer 36 is preferable because it can obtain high ionic conductivity and can prevent liquid leakage from the battery. The electrolytic solution is the electrolytic solution according to the second embodiment. Examples of the polymer compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, and polysiloxane. , Polyvinylacetate, polyvinyl alcohol, polymethylmethacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene or polycarbonate. Particularly from the viewpoint of electrochemical stability, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene or polyethylene oxide are preferable.

なお、電解質層36が無機粒子を含んでいてもよい。より耐熱性を向上できるからである。無機粒子としては、第2の実施形態のセパレータ23の表面層に含まれる無機粒子と同様のものを用いることができる。また、電解質層36に代えて電解液を用いるようにしてもよい。 The electrolyte layer 36 may contain inorganic particles. This is because the heat resistance can be further improved. As the inorganic particles, the same inorganic particles contained in the surface layer of the separator 23 of the second embodiment can be used. Further, an electrolytic solution may be used instead of the electrolyte layer 36.

[電池の製造方法]
次に、本開示の第3の実施形態に係る電池の製造方法の一例について説明する。
[Battery manufacturing method]
Next, an example of a battery manufacturing method according to the third embodiment of the present disclosure will be described.

まず、正極33および負極34のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層36を形成する。次に、正極集電体33Aの端部に正極リード31を溶接により取り付けると共に、負極集電体34Aの端部に負極リード32を溶接により取り付ける。次に、電解質層36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、最外周部に保護テープ37を接着して巻回型電極体30を形成する。最後に、例えば、外装部材40の間に巻回型電極体30を挟み込み、外装部材40の外縁部同士を熱融着等により密着させて封入する。その際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間には密着フィルム41を挿入する。これにより、図5、6に示した電池が得られる。 First, a precursor solution containing a solvent, an electrolyte salt, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the positive electrode 33 and the negative electrode 34, and the mixed solvent is volatilized to form the electrolyte layer 36. Next, the positive electrode lead 31 is attached to the end of the positive electrode current collector 33A by welding, and the negative electrode lead 32 is attached to the end of the negative electrode current collector 34A by welding. Next, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 on which the electrolyte layer 36 is formed are laminated via the separator 35 to form a laminated body, and then the laminated body is wound in the longitudinal direction thereof, and a protective tape 37 is placed on the outermost peripheral portion thereof. They are adhered to form a wound electrode body 30. Finally, for example, the wound electrode body 30 is sandwiched between the exterior members 40, and the outer edge portions of the exterior members 40 are brought into close contact with each other by heat fusion or the like and sealed. At that time, the adhesion film 41 is inserted between the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 and the exterior member 40. As a result, the batteries shown in FIGS. 5 and 6 can be obtained.

また、この電池は、次のようにして作製してもよい。まず、上述のようにして正極33および負極34を作製し、正極33および負極34に正極リード31および負極リード32を取り付ける。次に、正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ37を接着して、巻回体を形成する。次に、この巻回体を外装部材40に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材40の内部に収納する。次に、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤等の他の材料とを含む電解質用組成物を用意し、外装部材40の内部に注入する。 Further, this battery may be manufactured as follows. First, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are manufactured as described above, and the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are attached to the positive electrode 33 and the negative electrode 34. Next, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are laminated and wound via the separator 35, and the protective tape 37 is adhered to the outermost peripheral portion to form a wound body. Next, the wound body is sandwiched between the exterior members 40, and the outer peripheral edge portion excluding one side is heat-sealed to form a bag shape, which is stored inside the exterior member 40. Next, an electrolyte composition containing a solvent, an electrolyte salt, a monomer as a raw material for a polymer compound, a polymerization initiator, and other materials such as a polymerization inhibitor, if necessary, is prepared, and an exterior member is prepared. Inject into the inside of 40.

次に、電解質用組成物を外装部材40内に注入したのち、外装部材40の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封する。次に、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層36を形成する。以上により、図5、6に示した電池が得られる。 Next, after the electrolyte composition is injected into the exterior member 40, the opening of the exterior member 40 is heat-sealed and sealed in a vacuum atmosphere. Next, heat is applied to polymerize the monomers to form a polymer compound, thereby forming a gel-like electrolyte layer 36. As a result, the batteries shown in FIGS. 5 and 6 can be obtained.

<4 応用例1>
「応用例としての電池パックおよび電子機器」
応用例1では、第2または第3の実施形態に係る電池を備える電池パックおよび電子機器について説明する。
<4 Application example 1>
"Battery packs and electronic devices as application examples"
In Application Example 1, a battery pack and an electronic device including a battery according to a second or third embodiment will be described.

[電池パックおよび電子機器の構成]
以下、図7を参照して、応用例としての電池パック300および電子機器400の一構成例について説明する。電子機器400は、電子機器本体の電子回路401と、電池パック300とを備える。電池パック300は、正極端子331aおよび負極端子331bを介して電子回路401に対して電気的に接続されている。電子機器400は、例えば、ユーザにより電池パック300を着脱自在な構成を有している。なお、電子機器400の構成はこれに限定されるものではなく、ユーザにより電池パック300を電子機器400から取り外しできないように、電池パック300が電子機器400内に内蔵されている構成を有していてもよい。
[Battery pack and electronic device configuration]
Hereinafter, a configuration example of the battery pack 300 and the electronic device 400 as application examples will be described with reference to FIG. 7. The electronic device 400 includes an electronic circuit 401 of the main body of the electronic device and a battery pack 300. The battery pack 300 is electrically connected to the electronic circuit 401 via the positive electrode terminal 331a and the negative electrode terminal 331b. The electronic device 400 has, for example, a configuration in which the battery pack 300 can be freely attached and detached by the user. The configuration of the electronic device 400 is not limited to this, and has a configuration in which the battery pack 300 is built in the electronic device 400 so that the battery pack 300 cannot be removed from the electronic device 400 by the user. You may.

電池パック300の充電時には、電池パック300の正極端子331a、負極端子331bがそれぞれ、充電器(図示せず)の正極端子、負極端子に接続される。一方、電池パック300の放電時(電子機器400の使用時)には、電池パック300の正極端子331a、負極端子331bがそれぞれ、電子回路401の正極端子、負極端子に接続される。 When charging the battery pack 300, the positive electrode terminal 331a and the negative electrode terminal 331b of the battery pack 300 are connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the charger (not shown), respectively. On the other hand, when the battery pack 300 is discharged (when the electronic device 400 is used), the positive electrode terminal 331a and the negative electrode terminal 331b of the battery pack 300 are connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the electronic circuit 401, respectively.

電子機器400としては、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータ、携帯電話(例えばスマートフォン等)、携帯情報端末(Personal Digital Assistants:PDA)、表示装置(LCD、ELディスプレイ、電子ペーパ等)、撮像装置(例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等)、オーディオ機器(例えばポータブルオーディオプレイヤー)、ゲーム機器、コードレスフォン子機、電子書籍、電子辞書、ラジオ、ヘッドホン、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機等が挙げられるが、これに限定されるものでなない。 Examples of the electronic device 400 include a notebook personal computer, a tablet computer, a mobile phone (for example, a smartphone), a personal digital assistant (PDA), a display device (LCD, EL display, electronic paper, etc.), and an image pickup. Devices (eg digital still cameras, digital video cameras, etc.), audio equipment (eg portable audio players), game equipment, cordless phone handsets, electronic books, electronic dictionaries, radios, headphones, navigation systems, memory cards, pacemakers, hearing aids, etc. Electric tools, electric shavers, refrigerators, air conditioners, TVs, stereos, water heaters, microwave ovens, dishwashers, washing machines, dryers, lighting equipment, toys, medical equipment, robots, road conditioners, traffic lights, etc. It is not limited to.

(電子回路)
電子回路401は、例えば、CPU、周辺ロジック部、インターフェース部および記憶部等を備え、電子機器400の全体を制御する。
(Electronic circuit)
The electronic circuit 401 includes, for example, a CPU, a peripheral logic unit, an interface unit, a storage unit, and the like, and controls the entire electronic device 400.

(電池パック)
電池パック300は、組電池301と、充放電回路302とを備える。組電池301は、複数の二次電池301aを直列および/または並列に接続して構成されている。複数の二次電池301aは、例えばn並列m直列(n、mは正の整数)に接続される。なお、図7では、6つの二次電池301aが2並列3直列(2P3S)に接続された例が示されている。二次電池301aとしては、第2または第3の実施形態に係る電池が用いられる。
(Battery pack)
The battery pack 300 includes an assembled battery 301 and a charge / discharge circuit 302. The assembled battery 301 is configured by connecting a plurality of secondary batteries 301a in series and / or in parallel. The plurality of secondary batteries 301a are connected, for example, in n parallel m series (n and m are positive integers). Note that FIG. 7 shows an example in which six secondary batteries 301a are connected in two parallels and three series (2P3S). As the secondary battery 301a, the battery according to the second or third embodiment is used.

ここでは、電池パック300が、複数の二次電池301aにより構成される組電池301を備える場合について説明するが、電池パック300が、組電池301に代えて1つの二次電池301aを備える構成を採用してもよい。 Here, a case where the battery pack 300 includes an assembled battery 301 composed of a plurality of secondary batteries 301a will be described, but the battery pack 300 includes one secondary battery 301a instead of the assembled battery 301. It may be adopted.

充放電回路302は、組電池301の充放電を制御する制御部である。具体的には、充電時には、充放電回路302は、組電池301に対する充電を制御する。一方、放電時(すなわち電子機器400の使用時)には、充放電回路302は、電子機器400に対する放電を制御する。 The charge / discharge circuit 302 is a control unit that controls the charge / discharge of the assembled battery 301. Specifically, at the time of charging, the charging / discharging circuit 302 controls the charging of the assembled battery 301. On the other hand, at the time of discharging (that is, when the electronic device 400 is used), the charge / discharge circuit 302 controls the discharge to the electronic device 400.

<5 応用例2>
「応用例としての車両における蓄電システム」
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図8を参照して説明する。図8に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
<5 Application example 2>
"Power storage system in vehicles as an application example"
An example in which the present disclosure is applied to a power storage system for a vehicle will be described with reference to FIG. FIG. 8 schematically shows an example of a configuration of a hybrid vehicle that employs a series hybrid system to which the present disclosure applies. The series hybrid system is a vehicle that runs on a power drive power converter using the electric power generated by a generator powered by an engine or the electric power temporarily stored in a battery.

このハイブリッド車両7200には、エンジン7201、発電機7202、電力駆動力変換装置7203、駆動輪7204a、駆動輪7204b、車輪7205a、車輪7205b、バッテリー7208、車両制御装置7209、各種センサー7210、充電口7211が搭載されている。バッテリー7208に対して、上述した本開示の蓄電装置が適用される。 The hybrid vehicle 7200 includes an engine 7201, a generator 7202, a power driving force conversion device 7203, a drive wheel 7204a, a drive wheel 7204b, a wheel 7205a, a wheel 7205b, a battery 7208, a vehicle control device 7209, various sensors 7210, and a charging port 7211. Is installed. The above-mentioned power storage device of the present disclosure is applied to the battery 7208.

ハイブリッド車両7200は、電力駆動力変換装置7203を動力源として走行する。電力駆動力変換装置7203の一例は、モーターである。バッテリー7208の電力によって電力駆動力変換装置7203が作動し、この電力駆動力変換装置7203の回転力が駆動輪7204a、7204bに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流(DC−AC)あるいは逆変換(AC−DC変換)を用いることによって、電力駆動力変換装置7203が交流モーターでも直流モーターでも適用可能である。各種センサー7210は、車両制御装置7209を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御したりする。各種センサー7210には、速度センサー、加速度センサー、エンジン回転数センサーなどが含まれる。 The hybrid vehicle 7200 travels by using the electric power driving force conversion device 7203 as a power source. An example of the power driving force conversion device 7203 is a motor. The electric power of the battery 7208 operates the electric power driving force conversion device 7203, and the rotational force of the electric power driving force conversion device 7203 is transmitted to the drive wheels 7204a and 7204b. By using direct current-AC (DC-AC) or reverse conversion (AC-DC conversion) at necessary locations, the power driving force conversion device 7203 can be applied to either an AC motor or a DC motor. The various sensors 7210 control the engine speed via the vehicle control device 7209, and control the opening degree (throttle opening degree) of a throttle valve (not shown). The various sensors 7210 include a speed sensor, an acceleration sensor, an engine speed sensor, and the like.

エンジン7201の回転力は発電機7202に伝えられ、その回転力によって発電機7202により生成された電力をバッテリー7208に蓄積することが可能である。 The rotational force of the engine 7201 is transmitted to the generator 7202, and the electric power generated by the generator 7202 by the rotational force can be stored in the battery 7208.

図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置7203に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置7203により生成された回生電力がバッテリー7208に蓄積される。 When the hybrid vehicle decelerates due to a braking mechanism (not shown), the resistance force during deceleration is applied to the power driving force conversion device 7203 as a rotational force, and the regenerative power generated by the power driving force conversion device 7203 by this rotational force is applied to the battery 7208. Accumulate.

バッテリー7208は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口211を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。 By connecting the battery 7208 to an external power source of the hybrid vehicle, it is possible to receive electric power from the external power source using the charging port 211 as an input port and store the received electric power.

図示しないが、二次電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。 Although not shown, an information processing device that performs information processing related to vehicle control based on information related to the secondary battery may be provided. As such an information processing device, for example, there is an information processing device that displays the remaining battery level based on information on the remaining battery level.

なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モーターで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモーターの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モーターのみで走行、エンジンとモーター走行という3つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モーターのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本開示は有効に適用可能である。 In the above description, a series hybrid vehicle that runs on a motor using the electric power generated by the generator operated by the engine or the electric power temporarily stored in the battery has been described as an example. However, the present disclosure is also valid for a parallel hybrid vehicle in which the outputs of the engine and the motor are used as drive sources, and the three methods of running only with the engine, running only with the motor, and running with the engine and the motor are appropriately switched. Applicable. Further, the present disclosure can be effectively applied to a so-called electric vehicle that travels by being driven only by a drive motor without using an engine.

以上、本開示に係る技術が適用され得るハイブリッド車両7200の一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、バッテリー7208に好適に適用され得る。 The example of the hybrid vehicle 7200 to which the technology according to the present disclosure can be applied has been described above. The technique according to the present disclosure can be suitably applied to the battery 7208 among the configurations described above.

<6 応用例3>
「応用例としての住宅における蓄電システム」
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図9を参照して説明する。例えば住宅9001用の蓄電システム9100においては、火力発電9002a、原子力発電9002b、水力発電9002c等の集中型電力系統9002から電力網9009、情報網9012、スマートメータ9007、パワーハブ9008等を介し、電力が蓄電装置9003に供給される。これと共に、家庭内発電装置9004等の独立電源から電力が蓄電装置9003に供給される。蓄電装置9003に供給された電力が蓄電される。蓄電装置9003を使用して、住宅9001で使用する電力が給電される。住宅9001に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
<6 Application example 3>
"Power storage system in a house as an application example"
An example of applying the present disclosure to a residential power storage system will be described with reference to FIG. For example, in the power storage system 9100 for a residential 9001, power is stored from a centralized power system 9002 such as thermal power generation 9002a, nuclear power generation 9002b, and hydroelectric power generation 9002c via a power network 9009, an information network 9012, a smart meter 9007, a power hub 9008, and the like. It is supplied to the device 9003. At the same time, electric power is supplied to the power storage device 9003 from an independent power source such as the home power generation device 9004. The electric power supplied to the power storage device 9003 is stored. The electric power used in the house 9001 is supplied by using the power storage device 9003. The same power storage system can be used not only for the house 9001 but also for the building.

住宅9001には、発電装置9004、電力消費装置9005、蓄電装置9003、各装置を制御する制御装置9010、スマートメータ9007、各種情報を取得するセンサー9011が設けられている。各装置は、電力網9009および情報網9012によって接続されている。発電装置9004として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置9005および/または蓄電装置9003に供給される。電力消費装置9005は、冷蔵庫9005a、空調装置9005b、テレビジョン受信機9005c、風呂9005d等である。さらに、電力消費装置9005には、電動車両9006が含まれる。電動車両9006は、電気自動車9006a、ハイブリッドカー9006b、電気バイク9006cである。 The house 9001 is provided with a power generation device 9004, a power consumption device 9005, a power storage device 9003, a control device 9010 for controlling each device, a smart meter 9007, and a sensor 9011 for acquiring various information. Each device is connected by a power grid 9009 and an information network 9012. A solar cell, a fuel cell, or the like is used as the power generation device 9004, and the generated power is supplied to the power consumption device 9005 and / or the power storage device 9003. The power consuming device 9005 includes a refrigerator 9005a, an air conditioner 9005b, a television receiver 9005c, a bath 9005d, and the like. Further, the power consuming device 9005 includes an electric vehicle 9006. The electric vehicle 9006 is an electric vehicle 9006a, a hybrid car 9006b, and an electric motorcycle 9006c.

蓄電装置9003に対して、上述した本開示のバッテリユニットが適用される。蓄電装置9003は、二次電池又はキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両9006で使用されるものでも良い。スマートメータ9007は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網9009は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。 The battery unit of the present disclosure described above is applied to the power storage device 9003. The power storage device 9003 is composed of a secondary battery or a capacitor. For example, it is composed of a lithium ion battery. The lithium ion battery may be a stationary type or may be used in the electric vehicle 9006. The smart meter 9007 has a function of measuring the usage of commercial power and transmitting the measured usage to the electric power company. The power grid 9009 may be a combination of any one or a plurality of DC power supply, AC power supply, and non-contact power supply.

各種のセンサー9011は、例えば人感センサー、照度センサー、物体検知センサー、消費電力センサー、振動センサー、接触センサー、温度センサー、赤外線センサー等である。各種センサー9011により取得された情報は、制御装置9010に送信される。センサー9011からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置9005を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置9010は、住宅9001に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。 The various sensors 9011 are, for example, a human sensor, an illuminance sensor, an object detection sensor, a power consumption sensor, a vibration sensor, a contact sensor, a temperature sensor, an infrared sensor, and the like. The information acquired by the various sensors 9011 is transmitted to the control device 9010. With the information from the sensor 9011, the state of the weather, the state of a person, and the like can be grasped, and the power consumption device 9005 can be automatically controlled to minimize the energy consumption. Further, the control device 9010 can transmit information about the house 9001 to an external electric power company or the like via the Internet.

パワーハブ9008によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置9010と接続される情報網9012の通信方式としては、UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter:非同期シリアル通信用送受信回路)等の通信インターフェースを使う方法、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)、Wi−Fi等の無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Bluetooth(登録商標)方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ZigBee(登録商標)は、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.4の物理層を使用するものである。IEEE802.15.4は、PAN(Personal Area Network) またはW(Wireless)PANと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。 The power hub 9008 performs processing such as branching of power lines and DC / AC conversion. As a communication method of the information network 9012 connected to the control device 9010, a method using a communication interface such as UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark). , Wi-Fi, etc. There is a method of using a sensor network based on a wireless communication standard. The Bluetooth® method is applied to multimedia communication and can perform one-to-many connection communication. ZigBee® uses the physical layer of the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.15.4. IEEE802.154 is the name of a short-range wireless network standard called PAN (Personal Area Network) or W (Wireless) PAN.

制御装置9010は、外部のサーバ9013と接続されている。このサーバ9013は、住宅9001、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ9013が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置(たとえばテレビジョン受信機)から送受信しても良いが、家庭外の装置(たとえば、携帯電話機等)から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistants)等に、表示されても良い。 The control device 9010 is connected to an external server 9013. The server 9013 may be managed by any of the housing 9001, the electric power company, and the service provider. The information sent and received by the server 9013 is, for example, power consumption information, life pattern information, power charges, weather information, natural disaster information, and power transaction information. These information may be transmitted and received from a power consuming device in the home (for example, a television receiver), or may be transmitted and received from a device outside the home (for example, a mobile phone). This information may be displayed on a device having a display function, for example, a television receiver, a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistants), or the like.

各部を制御する制御装置9010は、CPU(Central Processing Unit )、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等で構成され、この例では、蓄電装置9003に格納されている。制御装置9010は、蓄電装置9003、家庭内発電装置9004、電力消費装置9005、各種センサー9011、サーバ9013と情報網9012により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。 The control device 9010 that controls each unit is composed of a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like, and is stored in the power storage device 9003 in this example. The control device 9010 is connected to a power storage device 9003, a home power generation device 9004, a power consumption device 9005, various sensors 9011, and a server 9013 by an information network 9012, and has a function of adjusting, for example, the amount of commercial power used and the amount of power generated. have. In addition, it may be provided with a function of conducting electric power transactions in the electric power market.

以上のように、電力が火力9002a、原子力9002b、水力9002c等の集中型電力系統9002のみならず、家庭内発電装置9004(太陽光発電、風力発電)の発電電力を蓄電装置9003に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置9004の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置9003に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置9003に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置9003によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。 As described above, not only the centralized power system 9002 such as thermal power 9002a, nuclear power 9002b, and hydraulic power 9002c, but also the power generated by the domestic power generation device 9004 (solar power generation, wind power generation) can be stored in the power storage device 9003. can. Therefore, even if the generated power of the home power generation device 9004 fluctuates, it is possible to control the amount of power sent to the outside to be constant or to discharge as much as necessary. For example, the electric power obtained by solar power generation is stored in the power storage device 9003, the late-night power with a low charge is stored in the power storage device 9003 at night, and the power stored by the power storage device 9003 is discharged during the time when the charge is high in the daytime. You can also use it.

なお、この例では、制御装置9010が蓄電装置9003内に格納される例を説明したが、スマートメータ9007内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム9100は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。 In this example, although the example in which the control device 9010 is stored in the power storage device 9003 has been described, it may be stored in the smart meter 9007 or may be configured independently. Further, the power storage system 9100 may be used for a plurality of homes in an apartment house, or may be used for a plurality of detached houses.

以上、本開示に係る技術が適用され得る蓄電システム9100の一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、蓄電装置9003が有する二次電池に好適に適用され得る。 The example of the power storage system 9100 to which the technique according to the present disclosure can be applied has been described above. The technique according to the present disclosure can be suitably applied to the secondary battery included in the power storage device 9003 among the configurations described above.

以下、実施例により本開示を具体的に説明するが、本開示はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, the present disclosure will be specifically described with reference to Examples, but the present disclosure is not limited to these Examples.

[実施例1−1]
まず、Si粉末((株)高純度化学研究所製)と、SiO2粉末((株)高純度化学研究所製)と、Sn粉末((株)高純度化学研究所製)とを、質量比でSi粉末:SiO2粉末:Cu粉末=1:1:0.1となるように秤量、混合し、混合物を得た。次に、得られた混合物を溶媒としての水に適量添加し、超音波洗浄機にて均一分散させた後に、溶媒を乾燥させ、固化した混合物を得た。続いて、固化した混合物を蒸着源として真空チャンバ内に設置し、電子ビーム加熱にて蒸発させ、対向させたCu箔(蒸着基板)に薄膜(膜厚:9μm、寸法:10cm×20cm)を堆積させた。これにより、積層体が得られた。なお、Cu箔としては、充放電による膜剥離を抑止するためにCu租化箔を用いた。その後、積層体に赤外線真空炉にて600℃で真空熱処理を施した。以上により、目的とする薄膜電極(負極)が得られた。
[Example 1-1]
First, the mass of Si powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.), SiO 2 powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.), and Sn powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.) The mixture was weighed and mixed so that the ratio was Si powder: SiO 2 powder: Cu powder = 1: 1: 0.1 to obtain a mixture. Next, an appropriate amount of the obtained mixture was added to water as a solvent, and the mixture was uniformly dispersed by an ultrasonic cleaner, and then the solvent was dried to obtain a solidified mixture. Subsequently, the solidified mixture was installed in a vacuum chamber as a vapor deposition source, evaporated by electron beam heating, and a thin film (thickness: 9 μm, dimensions: 10 cm × 20 cm) was deposited on the opposite Cu foil (deposited substrate). I let you. As a result, a laminated body was obtained. As the Cu foil, a Cu-coated foil was used in order to prevent film peeling due to charge and discharge. Then, the laminate was subjected to vacuum heat treatment at 600 ° C. in an infrared vacuum furnace. From the above, the target thin film electrode (negative electrode) was obtained.

[実施例1−2]
積層体に赤外線真空炉にて800℃で真空熱処理を施したこと以外は実施例1−1と同様にして薄膜電極を得た。
[Example 1-2]
A thin film electrode was obtained in the same manner as in Example 1-1 except that the laminate was subjected to vacuum heat treatment at 800 ° C. in an infrared vacuum furnace.

[参考例1−1]
積層体に真空熱処理を施さなかったこと以外は実施例1−1と同様にして薄膜電極を得た。
[Reference Example 1-1]
A thin film electrode was obtained in the same manner as in Example 1-1 except that the laminate was not subjected to vacuum heat treatment.

[実施例2−1、2−2、参考例2−1]
Si粉末((株)高純度化学研究所製)と、SiO2粉末((株)高純度化学研究所製)と、Zn粉末((株)高純度化学研究所製)とを、質量比でSi粉末:SiO2粉末:Zn粉末=1:1:0.1となるように秤量、混合したこと以外は実施例1−1、1−2、参考例1−1と同様にして薄膜電極を得た。
[Examples 2-1 and 2-2, Reference Example 2-1]
Si powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.), SiO 2 powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.), and Zn powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.) by mass ratio. Si powder: SiO 2 powder: Zn powder = 1: 1: 0.1 Weigh and mix the thin film electrodes in the same manner as in Examples 1-1 and 1-2 and Reference Example 1-1, except that they are mixed. Obtained.

[比較例1−1、1−2、1−3]
Sn粉末を混合しなかったこと以外は実施例1−1、1−2、参考例1−1と同様にして薄膜電極を得た。
[Comparative Examples 1-1, 1-2, 1-3]
Thin film electrodes were obtained in the same manner as in Examples 1-1 and 1-2 and Reference Example 1-1 except that Sn powder was not mixed.

[比較例2−1、2−2、2−3]
Si粉末((株)高純度化学研究所製)と、SiO2粉末((株)高純度化学研究所製)と、Cu粉末((株)高純度化学研究所製)とを、質量比でSi粉末:SiO2粉末:Cu粉末=1:1:0.1となるように秤量、混合したこと以外は実施例1−1、1−2、参考例1−1と同様にして薄膜電極を得た。
[Comparative Examples 2-1, 2-2, 2-3]
Si powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.), SiO 2 powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.), and Cu powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.) by mass ratio. Si powder: SiO 2 powder: Cu powder = 1: 1: 0.1 Weigh and mix the thin film electrodes in the same manner as in Examples 1-1 and 1-2 and Reference Example 1-1, except that they are mixed. Obtained.

[比較例3−1、3−2、3−3]
Si粉末((株)高純度化学研究所製)と、SiO2粉末((株)高純度化学研究所製)と、Co粉末((株)高純度化学研究所製)とを、質量比でSi粉末:SiO2粉末:Co粉末=1:1:0.1となるように秤量、混合したこと以外は実施例1−1、1−2、参考例1−1と同様にして薄膜電極を得た。
[Comparative Examples 3-1, 3-2, 3-3]
Si powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.), SiO 2 powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.), and Co powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.) by mass ratio. Si powder: SiO 2 powder: Co powder = 1: 1: 0.1 Weighed and mixed so that the thin film electrodes were the same as in Examples 1-1 and 1-2 and Reference Example 1-1. Obtained.

[比較例4−1、4−2、4−3]
Si粉末((株)高純度化学研究所製)と、SiO2粉末((株)高純度化学研究所製)と、Fe粉末((株)高純度化学研究所製)とを、質量比でSi粉末:SiO2粉末:Fe粉末=1:1:0.1となるように秤量、混合したこと以外は実施例1−1、1−2、参考例1−1と同様にして薄膜電極を得た。
[Comparative Examples 4-1 and 4-2, 4-3]
Si powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.), SiO 2 powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.), and Fe powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.) by mass ratio. Si powder: SiO 2 powder: Fe powder = 1: 1: 0.1 Weigh and mix the thin film electrodes in the same manner as in Examples 1-1 and 1-2 and Reference Example 1-1, except that they are mixed. Obtained.

[比較例5−1、5−2、5−3]
Si粉末((株)高純度化学研究所製)と、SiO2粉末((株)高純度化学研究所製)と、Ni粉末((株)高純度化学研究所製)とを、質量比でSi粉末:SiO2粉末:Ni粉末=1:1:0.1となるように秤量、混合したこと以外は実施例1−1、1−2、参考例1−1と同様にして薄膜電極を得た。
[Comparative Examples 5-1, 5-2, 5-3]
Si powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.), SiO 2 powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.), and Ni powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.) by mass ratio. Si powder: SiO 2 powder: Ni powder = 1: 1: 0.1 Weigh and mix the thin film electrodes in the same manner as in Examples 1-1 and 1-2 and Reference Example 1-1, except that they are mixed. Obtained.

[評価]
(XPS)
薄膜電極についてXPSにより分析を行った。以下に測定装置および測定条件を示す。
装置:JEOL JPS9010
測定:ワイドスキャン、ナロースキャン(Si2p、C1s、O1s、Cu2p)
すべてのピークは、C1sの248.4eVで補正し、バックグラウンド除去とピークフィッティングを行うことにより結合状態を解析した。
[evaluation]
(XPS)
The thin film electrodes were analyzed by XPS. The measuring device and measuring conditions are shown below.
Equipment: JEOL JPS9010
Measurement: Wide scan, narrow scan (Si2p, C1s, O1s, Cu2p)
All peaks were corrected with 248.4 eV of C1s, and the binding state was analyzed by performing background removal and peak fitting.

(SEM)
薄膜電極について走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)により分析を行った。以下に測定装置および測定条件を示す。
装置:日立ハイテクS−4800
測定:表面観察(加速電圧5kV)、EDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)測定(加速電圧15kV)
(SEM)
The thin film electrodes were analyzed with a scanning electron microscope (SEM). The measuring device and measuring conditions are shown below.
Equipment: Hitachi High-Tech S-4800
Measurement: Surface observation (acceleration voltage 5 kV), EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) measurement (acceleration voltage 15 kV)

(TEM)
薄膜電極について透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)により分析を行った。以下に測定装置および測定条件を示す。
装置:JEOL JEM−ARM300F
測定:加速電圧300kV、TEM−明視野像、STEM−HAADF像、STEM−EDXマップ像
試料薄片化にはFIB(Focused Ion Beam)を用いた。また、薄膜電極の平均情報を取得するために、電極表面近傍と表面から深さ200nm付近とでそれぞれ無作為に5視野ずつTEM像を撮像した。また、STEMモードにて局所EDXマップ像を取得した。
(TEM)
The thin film electrodes were analyzed by a transmission electron microscope (TEM). The measuring device and measuring conditions are shown below.
Equipment: JEOL JEM-ARM300F
Measurement: Acceleration voltage 300 kV, TEM-bright field image, STEM-HAADF image, STEM-EDX map image FIB (Focused Ion Beam) was used for slicing the sample. Further, in order to acquire the average information of the thin film electrodes, TEM images were taken at random in each of the vicinity of the electrode surface and the depth of about 200 nm from the surface. In addition, a local EDX map image was acquired in STEM mode.

(電池特性)
薄膜電極(負極)を作用極とし、リチウム金属箔を対極とする、2016サイズ(直径20mm、高さ1.6mmのサイズ)のコイン型の半電池(以下「コインセル」という。)を以下のようにして作製した。
(Battery characteristics)
A 2016 size (diameter 20 mm, height 1.6 mm size) coin-shaped half-cell (hereinafter referred to as "coin cell") having a thin film electrode (negative electrode) as a working electrode and a lithium metal foil as a counter electrode is as follows. I made it.

まず、薄膜電極(負極)を直径15mmの円形状に打ち抜いた。次に、対極として直径15mmの円形状に打ち抜いたリチウム金属箔と、セパレータとしてポリエチレン製の微多孔フィルムとを準備した。続いて、エチレンカーボネート(EC)とフルオロエチレンカーボネート(FEC)とジメチルカーボネート(DMC)とを質量比でEC:FEC:DMC=40:10:50となるように混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6を1mol/kgの濃度になるように溶解して非水電解液を調製した。First, the thin film electrode (negative electrode) was punched into a circular shape having a diameter of 15 mm. Next, a lithium metal foil punched into a circular shape having a diameter of 15 mm as a counter electrode and a polyethylene microporous film as a separator were prepared. Subsequently, LiPF as an electrolyte salt was added to a solvent in which ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed so that the mass ratio was EC: FEC: DMC = 40: 10: 50. 6 was dissolved to a concentration of 1 mol / kg to prepare a non-aqueous electrolyte solution.

次に、正極と負極とを微多孔フィルムを介して積層して積層体とし、この積層体とともに非水電解液を外装カップおよび外装缶の内部に収容させてガスケットを介してかしめた。これにより、目的とするコインセルが得られた。 Next, the positive electrode and the negative electrode were laminated via a microporous film to form a laminated body, and the non-aqueous electrolytic solution was housed inside the outer cup and the outer can together with the laminated body and crimped via the gasket. As a result, the desired coin cell was obtained.

(初回充電容量、初回充放電効率、初期インピーダンス)
まず、得られたコインセルに対して、以下の条件にて充放電を行い、初回充電容量および初回放電容量を求めた。
Charge 0V CCCV(Constant Current/Constant Voltage) 0.05C (0.04mA cut)
Discharge 1.5V CC(Constant Current) 0.05C
次に、以下の式により初回充放電効率を求めた。
初回充放電効率[%]=(初回放電容量/初回充電容量)×100
(Initial charge capacity, initial charge / discharge efficiency, initial impedance)
First, the obtained coin cell was charged and discharged under the following conditions, and the initial charge capacity and the initial discharge capacity were determined.
Charge 0V CCCV (Constant Current / Constant Voltage) 0.05C (0.04mA cut)
Discharge 1.5V CC (Constant Current) 0.05C
Next, the initial charge / discharge efficiency was calculated by the following formula.
Initial charge / discharge efficiency [%] = (Initial discharge capacity / Initial charge capacity) x 100

また、初回放電後に室温25℃にて交流インピーダンス測定を行い、Cole−Coleプロットを作成することにより、初期インピーダンスを求めた。なお、表1に示す初期インピーダンスは周波数1kHzにおける数値である。 Further, after the initial discharge, the AC impedance was measured at room temperature of 25 ° C., and a Cole-Cole plot was created to obtain the initial impedance. The initial impedance shown in Table 1 is a numerical value at a frequency of 1 kHz.

(サイクル特性、放電後OCV)
まず、得られたコインセルに対して、以下の条件にて充放電を行い、1サイクル目および50サイクル目の放電容量を求めた。
1st cycle: Charge 0V CCCV 0.05C (0.04mA cut), Discharge 1.5V CC 0.05C
After 2nd Cycle: Charge 0V CCCV 0.5C (0.04mA cut), Discharge 1.5V CC 0.5C
次に、以下の式によりサイクル特性を求めた。
サイクル特性[%]=(50サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100
また、50サイクル放電後にOCV(Open Circuit Voltage)を測定した。
(Cycle characteristics, OCV after discharge)
First, the obtained coin cell was charged and discharged under the following conditions, and the discharge capacities in the first cycle and the 50th cycle were determined.
1st cycle: Charge 0V CCCV 0.05C (0.04mA cut), Discharge 1.5V CC 0.05C
After 2nd Cycle: Charge 0V CCCV 0.5C (0.04mA cut), Discharge 1.5V CC 0.5C
Next, the cycle characteristics were obtained by the following formula.
Cycle characteristics [%] = (Discharge capacity in the 50th cycle / Discharge capacity in the 1st cycle) x 100
Moreover, OCV (Open Circuit Voltage) was measured after 50 cycles of discharge.

[結果]
表1は、実施例1−1〜2−2、参考例1−1、2−1、比較例1−1〜5−3の薄膜電極の構成および評価結果を示す。

Figure 0006988896
N/A:not applicable(該当せず)
RT:Room Temperature(熱処理なし)
OCV:Open Circuit Voltage[result]
Table 1 shows the configurations and evaluation results of the thin film electrodes of Examples 1-1 to 2-2, Reference Examples 1-1 and 2-1 and Comparative Examples 1-1 to 5-3.
Figure 0006988896
N / A: not applicable
RT: Room Temperature (without heat treatment)
OCV: Open Circuit Voltage

表1に示すように、Cu添加SiOx薄膜では、熱処理無しでも高い初回充放電効率が得られた。これは、Cuと酸素とが結合することで、不定比酸素によるLiトラップ現象(すなわちLiロスの発生)が抑制されるためである。一方、Sn、Zn、Co、FeまたはNi添加SiOx薄膜のうち、800℃熱処理を施したSn添加SiOx薄膜では、74.9%と最も高い初回充放電効率が得られた。但し、XPSによるSn組成比は1at%程度(各元素仕込み量は10質量%であり、重元素のSnは相対的に低い組成比(at%)となる(Sn10質量%はSn2at%にほぼ等しい))であり、6%を超える効率改善(800℃熱処理した無添加SiOx薄膜に対する効率改善)はSnによる酸素補償効果では説明できない。O/Si比も熱処理前後で変化なく、還元による酸素減少効果でもない。また、Si−O結合の強固さと関連があると思われる2.5V放電サイクル特性もSn添加SiOx薄膜は無添加SiOx薄膜と同等であり、Cu添加のような劇的な効果は見られない。以上の結果より、Sn添加SiOx薄膜の初回充放電効率改善は、上述のCu添加薄膜とは全く異なる構造およびメカニズムに起因した効果と考えられる。As shown in Table 1, in the Cu-added SiO x thin film, high initial charge / discharge efficiency was obtained without heat treatment. This is because the combination of Cu and oxygen suppresses the Li trap phenomenon (that is, the generation of Li loss) due to non-stoichiometric oxygen. On the other hand, among the Sn, Zn, Co, Fe or Ni-added SiO x thin films, the Sn-added SiO x thin film heat-treated at 800 ° C. had the highest initial charge / discharge efficiency of 74.9%. However, the Sn composition ratio by XPS is about 1 at% (the amount of each element charged is 10% by mass, and the Sn of the heavy element is a relatively low composition ratio (at%) (Sn10 mass% is almost equal to Sn2at%). )), And the efficiency improvement of more than 6% ( efficiency improvement for additive-free SiO x thin film heat-treated at 800 ° C.) cannot be explained by the oxygen compensation effect of Sn. The O / Si ratio does not change before and after the heat treatment, and there is no oxygen reduction effect due to reduction. In addition, the 2.5V discharge cycle characteristics that are thought to be related to the strength of the Si—O bond are also the same for the Sn-added SiO x thin film as the additive-free SiO x thin film, and a dramatic effect like the addition of Cu can be seen. No. From the above results, it is considered that the improvement of the initial charge / discharge efficiency of the Sn-added SiO x thin film is due to the structure and mechanism completely different from the above-mentioned Cu-added thin film.

また、表1に示したように、SnはSi内ではほぼ拡散できない元素である。さらに、0.001at%のSn添加においても、SnはSiと合金化しない(固溶もしない)ことも知られており、Snシリサイド形成も起こり得ない。 Further, as shown in Table 1, Sn is an element that can hardly be diffused in Si. Further, it is also known that Sn does not alloy with Si (does not dissolve in solid solution) even when 0.001 at% of Sn is added, and Sn silicide formation cannot occur.

図10に、800℃で熱処理することによりSnをドープしたSi粒子の断面SEM像を示す。上述のように、SnはSi内ではほぼ拡散できないため、Snが表面に析出し、粒子状や繊維状の析出物が形成された。なお、このSi粒子の粉末を用いてコインセルを組み立てたところ、充放電はできなかった。 FIG. 10 shows a cross-sectional SEM image of Si particles doped with Sn by heat treatment at 800 ° C. As described above, since Sn cannot be hardly diffused in Si, Sn precipitates on the surface, and particulate or fibrous precipitates are formed. When a coin cell was assembled using the powder of Si particles, charging and discharging could not be performed.

図11A、11Bに、Sn添加SiOx薄膜の表面SEM像を示す。2〜10μmのグレイン構造が確認され、集電体箔上に柱状堆積していることがわかる。また、熱処理の有無にかかわらず表面にSn析出物は観察されず、局所析出も無いことをEDXマッピングから確認している。Sn金属の融点は232℃と低く、表面析出するならば、800℃熱処理後に確認されるはずである。上述のSn拡散性の低さから考えて、Snが表面まで拡散および析出することは考えにくく、SnはSiOx内部に留まっているものと推測される。11A and 11B show surface SEM images of Sn-added SiO x thin film. A grain structure of 2 to 10 μm was confirmed, and it can be seen that columnar deposits were made on the current collector foil. In addition, it was confirmed from EDX mapping that Sn precipitates were not observed on the surface regardless of the presence or absence of heat treatment, and there was no local precipitation. The melting point of Sn metal is as low as 232 ° C, and if it precipitates on the surface, it should be confirmed after heat treatment at 800 ° C. Considering the above-mentioned low Sn diffusivity, it is unlikely that Sn diffuses and precipitates to the surface, and it is presumed that Sn remains inside SiO x.

図12A、12B、12C、12Dはそれぞれ、無添加、Fe添加、Ni添加、Sn添加SiOx薄膜内部のXPSスペクトルを示す。図13A、13B、13C、13Dはそれぞれ、熱処理有りの無添加、Fe添加、Ni添加、Sn添加SiOx薄膜内部の構造イメージ図を示す。FIGS. 12A, 12B, 12C, and 12D show XPS spectra inside the SiO x thin film without addition, Fe addition, Ni addition, and Sn addition, respectively. 13A, 13B, 13C, and 13D show structural image views of the inside of the SiO x thin film with no heat treatment, Fe addition, Ni addition, and Sn addition, respectively.

無添加SiOx薄膜の場合、熱処理によってSiO2成分が減少し、Si成分が増加していることが分かる。つまり、無添加SiOx薄膜は、熱処理によってSiO2-xのマトリックスにナノSiが生成した構造を有すると予想される。Fe、Ni添加SiOx薄膜の場合、熱処理によってSiO2成分は変化なく、Si成分およびシリサイド成分が増大している。Fe2pおよびNi2pはそれぞれFeシリサイドやNiシリサイドであることを示しており、熱処理でも変化しないことから薄膜形成時点で既にシリサイド化していると考えられる。したがって、Fe、Ni添加SiOx薄膜は、SiO2-xのマトリックスにナノSiおよびナノシリサイドが分散している構造を有すると思われる。FeおよびNi添加はSnと比べ初回充放電効率の改善効果が小さく、ナノシリサイド形成は初回充放電効率と関連性が薄いと思われる。In the case of the additive-free SiO x thin film, it can be seen that the SiO 2 component decreases and the Si component increases due to the heat treatment. That is, it is expected that the additive-free SiO x thin film has a structure in which nano-Si is generated in the matrix of SiO 2-x by heat treatment. In the case of the Fe and Ni-added SiO x thin film, the SiO 2 component does not change due to the heat treatment, and the Si component and the silicide component increase. Fe2p and Ni2p indicate that they are Fe silicide and Ni silicide, respectively, and since they do not change even with heat treatment, it is considered that they have already been silicidized at the time of thin film formation. Therefore, the Fe, Ni-added SiO x thin film seems to have a structure in which nano-Si and nano silicide are dispersed in the matrix of SiO 2-x. It seems that the addition of Fe and Ni has a smaller effect of improving the initial charge / discharge efficiency than Sn, and the formation of nano silicide has little relation to the initial charge / discharge efficiency.

一方、初回充放電効率が改善したSn添加SiOx薄膜は、無添加SiOx薄膜やFe、Ni添加SiOx薄膜と大きく異なる。熱処理によってSiの結合状態は変化せず、ナノSiが生成していないこと、ならびにSnが金属状態で存在していることが示唆された。つまり、Snは酸素ともSiとも結合しておらず、800℃処理後のSn添加SiOx薄膜は酸素補償プレドープ(Li、Cu等)やシリサイド化(Fe、Co、Ni等)とは全く異なる構造を有すると考えられる。On the other hand, the Sn-added SiO x thin film having improved initial charge / discharge efficiency is significantly different from the additive-free SiO x thin film and the Fe and Ni-added SiO x thin films. The heat treatment did not change the bonded state of Si, suggesting that nano-Si was not produced and that Sn was present in the metallic state. That is, Sn is neither oxygen nor Si bonded, and the Sn-added SiO x thin film after 800 ° C. treatment has a completely different structure from oxygen-compensated predoping (Li, Cu, etc.) and silicidization (Fe, Co, Ni, etc.). Is considered to have.

図14に、SnおよびSiのエリンガムダイアグラムを示す。SnOのラインは最も不安定であり、SnO2のラインもSiOのラインと730℃で逆転することがわかる。また、SiO2は最もエネルギーが低い(最も安定)。つまり、800℃真空熱処理条件下では以下の反応が起こり得る。
2SnO → Sn+SnO2
SnO2+2SiO → Sn+2SiO2
FIG. 14 shows an Ellingham diagram of Sn and Si. It can be seen that the SnO line is the most unstable, and the SnO 2 line also reverses with the SiO line at 730 ° C. Also, SiO 2 has the lowest energy (most stable). That is, the following reactions can occur under the conditions of 800 ° C. vacuum heat treatment.
2SnO → Sn + SnO 2
SnO 2 + 2SiO → Sn + 2SiO 2

上記反応は、無添加SiOxで発生するナノSi反応(不均化反応;SiO+SiO→Si+SiO2)よりも反応性が高いためSn酸化物やSiOを消費してしまう。したがって、Sn酸化物もナノSiも存在しない「ナノSn+SiO2」形成がSn添加による初回充放電効率改善の要因であると推測される。ここで、SiO2は安定状態なため、Liロスを生じにくいことも付け加えておく。Since the above reaction is more reactive than the nano-Si reaction (disproportionation reaction; SiO + SiO → Si + SiO 2 ) generated in the additive-free SiO x , Sn oxide and SiO are consumed. Therefore, it is presumed that the formation of "nano Sn + SiO 2 " in which neither Sn oxide nor nano Si is present is a factor for improving the initial charge / discharge efficiency by adding Sn. Here, it should be added that since SiO 2 is in a stable state, Li loss is unlikely to occur.

図15A、15Bにそれぞれ、熱処理無しのSn添加SiOx薄膜、熱処理有りのSn添加SiOx薄膜の低倍率TEM像を示す。熱処理無しの薄膜では全く凝集体が確認できなかったが、800℃熱処理有りの薄膜ではコントラストの高い微小凝集体(〜5nm)が多く観察された。Figure 15A, respectively 15B, showing Sn added SiO x film without heat treatment, a low-magnification TEM image of Sn added SiO x thin film there heat treatment. No aggregates could be confirmed in the thin film without heat treatment, but many fine aggregates (~ 5 nm) with high contrast were observed in the thin film with heat treatment at 800 ° C.

図16A、16Bは、無添加SiOx蒸着膜(800℃熱処理有り)の高倍率TEM像およびそのFFT像を示す。図17A、17Bは、Sn添加SiOx蒸着膜(800℃熱処理有り)の高倍率TEM像およびそのFFT像を示す。無添加の場合、800℃熱処理によって2〜10nmの結晶Si相が検出される。一方、Sn添加の場合、2〜6nmの凝集体は観測されるが、アモルファス相であった。なお、凝集体の平均サイズは4nmであった。この凝集体に対しSTEM解析を行った(図18、19A、19B)。XPS等の解析通り、凝集体はSnが主成分であることが確認され、ナノSi結晶は観測されていない。つまり、上述のSn酸化物もナノSiも存在しない「ナノSn+SiO2」形成を支持する結果といえる。16A and 16B show a high-magnification TEM image of an additive-free SiO x thin-film film (with heat treatment at 800 ° C.) and an FFT image thereof. 17A and 17B show a high-magnification TEM image of a Sn-added SiO x thin-film film (with heat treatment at 800 ° C.) and an FFT image thereof. When no additives are added, a crystalline Si phase of 2 to 10 nm is detected by heat treatment at 800 ° C. On the other hand, in the case of Sn addition, agglomerates having a diameter of 2 to 6 nm were observed, but they were in an amorphous phase. The average size of the aggregate was 4 nm. STEM analysis was performed on this aggregate (FIGS. 18, 19A, 19B). As analyzed by XPS and the like, it was confirmed that Sn was the main component of the aggregate, and no nano-Si crystals were observed. That is, it can be said that the result supports the formation of "nano Sn + SiO 2 " in which neither the Sn oxide nor the nano Si is present.

以上により、SiOx活物質の初回充放電効率を改善する手法として酸素補償プレドープ(Li、Cu等)と異なるメカニズムのSnプレドープの可能性が示された。Sn添加によって、ナノSi結晶形成および不定比酸素(SiO)の反応を抑制し、初回充放電効率改善が観測された。From the above, the possibility of Sn pre-doping with a mechanism different from that of oxygen-compensated pre-doping (Li, Cu, etc.) was shown as a method for improving the initial charge / discharge efficiency of SiO x active material. The addition of Sn suppressed the formation of nano-Si crystals and the reaction of non-stoichiometric oxygen (SiO), and improvement of the initial charge / discharge efficiency was observed.

なお、上述の実施例では第1元素としてスズ、亜鉛を用いる場合について説明したが、亜鉛、鉛、ビスマス、インジウム、金およびカドミウムは、スズ、亜鉛と同様に、第2元素と結合を形成することは困難であり、かつ第1元素および第1元素の酸化物中に拡散することは困難であるという特性を有している。したがって、第1元素として鉛、ビスマス、インジウム、金またはカドミウムを用いた場合にも、第1元素としてスズ、亜鉛を用いた場合と同様の効果が得られると推測される。また、第1元素としてスズ、亜鉛、鉛、ビスマス、インジウム、金およびカドミウムのうちの2種以上を組み合わせて用いた場合にも、第1元素としてスズ、亜鉛を単独で用いた場合と同様の効果が得られると推測される。 In the above-mentioned examples, the case where tin and zinc are used as the first element has been described, but zinc, lead, bismuth, indium, gold and cadmium form a bond with the second element in the same manner as tin and zinc. It is difficult to do so, and it has the property that it is difficult to diffuse into the first element and the oxide of the first element. Therefore, it is presumed that when lead, bismuth, indium, gold or cadmium is used as the first element, the same effect as when tin or zinc is used as the first element can be obtained. Further, when two or more of tin, zinc, lead, bismuth, indium, gold and cadmium are used in combination as the first element, it is the same as when tin and zinc are used alone as the first element. It is presumed that the effect will be obtained.

また、上述の実施例では第2元素としてケイ素を用いる場合について説明したが、ゲルマニウムは、ケイ素と同様に14族元素であり、負極活物質としてケイ素と類似の特性を有する。したがって、第2元素としてゲルマニウムを用いた場合にも、第2元素としてケイ素を用いた場合と同様の効果が得られると推測される。また、第2元素としてケイ素およびゲルマニウムを組み合わせて用いた場合にも、第2元素としてケイ素、ゲルマニウムをそれぞれ単独で用いた場合と同様の効果が得られると推測される。 Further, in the above-described embodiment, the case where silicon is used as the second element has been described, but germanium is a group 14 element like silicon and has similar characteristics to silicon as a negative electrode active material. Therefore, it is presumed that even when germanium is used as the second element, the same effect as when silicon is used as the second element can be obtained. Further, it is presumed that even when silicon and germanium are used in combination as the second element, the same effect as when silicon and germanium are used alone as the second element can be obtained.

以上、本開示の実施形態およびその変形例、ならびに実施例について具体的に説明したが、本開示は、上述の実施形態およびその変形例、ならびに実施例に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 Although the embodiments of the present disclosure, variations thereof, and examples have been specifically described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, variations thereof, and examples, and the present disclosure is not limited to the above-mentioned embodiments. Various modifications based on technical ideas are possible.

例えば、上述の実施形態およびその変形例、ならびに実施例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値等を用いてもよい。また、化合物等の化学式は代表的なものであって、同じ化合物の一般名称であれば、記載された価数等に限定されない。 For example, the above-described embodiments and modifications thereof, as well as the configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like given in the embodiments are merely examples, and different configurations, methods, processes, and shapes are required as necessary. , Materials, numerical values, etc. may be used. Further, the chemical formulas of the compounds and the like are typical, and if they are the general names of the same compounds, they are not limited to the stated valences and the like.

また、上述の実施形態およびその変形例、ならびに実施例の構成、方法、工程、形状、材料および数値等は、本開示の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。 In addition, the above-described embodiments and modifications thereof, as well as the configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like of the embodiments can be combined with each other as long as they do not deviate from the gist of the present disclosure.

また、上述の実施形態および実施例では、円筒型およびラミネートフィルム型の二次電池に本開示を適用した例について説明したが、電池の形状は特に限定されるものではない。例えば、角型やコイン型等の二次電池に本開示を適用することも可能であるし、スマートウオッチ、ヘッドマウントディスプレイ、iGlass(登録商標)等のウェアラブル端末に搭載されるフレキシブル電池等に本開示を適用することも可能である。 Further, in the above-described embodiments and examples, examples of applying the present disclosure to cylindrical and laminated film type secondary batteries have been described, but the shape of the battery is not particularly limited. For example, the present disclosure can be applied to secondary batteries such as square type and coin type, and can be applied to flexible batteries mounted on wearable terminals such as smart watches, head-mounted displays, and iGlass (registered trademark). It is also possible to apply the disclosure.

また、上述の実施形態および実施例では、巻回型の二次電池に対して本開示を適用した例について説明したが、電池の構造はこれに限定されるものではなく、例えば、正極および負極をセパレータを介して積層した積層型の電池(スタック型の電池)、またはセパレータを間に挟んだ正極および負極を折り畳んだ電池等に対しても本開示は適用可能である。 Further, in the above-described embodiments and examples, an example in which the present disclosure is applied to a wound type secondary battery has been described, but the structure of the battery is not limited to this, and for example, a positive electrode and a negative electrode are described. The present disclosure is also applicable to a laminated battery (stack type battery) in which the above-mentioned batteries are laminated via a separator, or a battery in which a positive electrode and a negative electrode are folded with a separator sandwiched between them.

また、上述の実施形態および実施例では、本開示をリチウムイオン二次電池およびリチウムイオンポリマー二次電池に適用した例について説明したが、本開示を適用可能な電池の種類はこれに限定されるものではい。例えば、全固体リチウムイオン二次電池等の全固体電池に本開示を適用してもよい。 Further, in the above-described embodiments and examples, an example in which the present disclosure is applied to a lithium ion secondary battery and a lithium ion polymer secondary battery has been described, but the types of batteries to which the present disclosure can be applied are limited to this. Not a thing. For example, the present disclosure may be applied to an all-solid-state battery such as an all-solid-state lithium-ion secondary battery.

また、上述の実施形態および実施例では、電極が集電体と活物質層とを備える構成を例として説明したが、電極の構成はこれに限定されるもではない。例えば、電極が活物質層のみからなる構成としてもよい。 Further, in the above-described embodiments and examples, the configuration in which the electrode includes the current collector and the active material layer has been described as an example, but the configuration of the electrode is not limited to this. For example, the electrode may be configured to consist only of an active material layer.

また、本開示は以下の構成を採用することもできる。
(1)
二酸化ケイ素および二酸化ゲルマニウムのうちの少なくとも1種の酸化物と、
スズ、亜鉛、鉛、ビスマス、インジウム、金およびカドミウムのうちの少なくとも1種の第1元素と、
ケイ素およびゲルマニウムのうちの少なくとも1種の第2元素と
を含み、
前記第1元素を含む第1の凝集体が、構成されている負極活物質。
(2)
前記酸化物を含むマトリックス中に、前記第1の凝集体が分散されている(1)に記載の負極活物質。
(3)
前記第1の凝集体が、非晶質である(1)または(2)に記載の負極活物質。
(4)
前記第1の凝集体の平均サイズが、2nm以上10nm以下である(1)から(3)のいずれかに記載の負極活物質。
(5)
前記第1の凝集体は、前記第2元素をさらに含む(1)から(4)のいずれかに記載の負極活物質。
(6)
前記第1の凝集体は、前記第1元素を含む結晶質または非晶質の第1の微小粒と、前記第2元素を含む結晶質または非晶質の第2の微小粒との混合体を含み、
前記第1の微小粒および前記第2の微小粒の平均サイズは、2nm以下である(1)または(2)に記載の負極活物質。
(7)
前記第1元素は、金属相を構成している(1)から(6)のいずれかに記載の負極活物質。
(8)
前記第2元素を含む第2の凝集体が、構成されている(1)から(7)のいずれかに記載の負極活物質。
(9)
前記第2の凝集体が、非晶質である(8)に記載の負極活物質。
(10)
前記第2の凝集体の平均サイズが、2nm以上10nm以下である(8)または(9)に記載の負極活物質。
(11)
前記二酸化ケイ素は、SiO2-x(xは0≦x≦0.5である。)で表され、
前記二酸化ゲルマニウムは、GeO2-y(yは0≦y≦0.5である。)で表される(1)から(10)のいずれかに記載の負極活物質。
(12)
前記第1元素、前記第2元素および酸素の総量に対する前記第1元素の含有量が、30at%以上70at%以下であり、
前記総量に対する前記第2元素の含有量が、1at%以上50at%以下であり、
前記総量に対する前記酸素の含有量は、20at%以上70at%以下である(1)から(11)のいずれかに記載の負極活物質。
(13)
前記第1元素と前記第2元素とが結合した第1の化合物、および前記第1元素と酸素とが結合した第2の化合物を含まない(1)から(12)のいずれかに記載の負極活物質。
(14)
前記第1元素は、スズを含み、
X線光電子分光法から得られるSn3d波形において、結合エネルギー484eV以上486eV以下の範囲にピークトップを有し、
前記ピークトップを有するピークは、Sn−Sn結合に起因するピークである(1)から(13)のいずれかに記載の負極活物質。
(15)
薄膜状または粉末状を有する(1)から(14)のいずれかに記載の負極活物質。
(16)
スズ、亜鉛、鉛、ビスマス、インジウム、金、銀およびカドミウムのうちの少なくとも1種の第1元素と、ケイ素およびゲルマニウムのうちの少なくとも1種の第2元素と、前記少なくとも1種の第2元素の酸化物とを含む材料を加熱、気化することにより、負極活物質を形成し、
形成した前記負極活物質を熱処理する
ことを含む負極活物質の製造方法。
(17)
前記第1元素の粉末、前記第2元素の粉末および前記第2元素の酸化物の粉末を液体に浸漬させた後、前記液体を蒸発させることにより前記材料を作製することをさらに含む(16)に記載の負極活物質の製造方法。
(18)
前記熱処理の温度が600℃以上であり、
前記熱処理により、前記第1元素を含む金属相が形成される(16)または(17)に記載の負極活物質の製造方法。
(19)
(1)から(15)のいずれかに記載の負極活物質を含む負極と、
正極と、
電解質と
を備える電池。
(20)
(19)に記載の電池を備え、
前記電池から電力の供給を受ける電子機器。
(21)
集電体と、集電体上に設けられた薄膜とを備え、
前記薄膜は、(1)から(15)のいずれかに記載の負極活物質を含む薄膜電極。
(22)
(19)に記載の電池と、
前記電池を制御する制御部と
を備える電池パック。
(23)
(19)に記載の電池と、
前記電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
前記電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
を備える電動車両。
(24)
(19)に記載の電池を備え、
前記電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
(25)
(19)に記載の電池を備え、
前記電池から電力の供給を受ける電力システム。
The present disclosure may also adopt the following configuration.
(1)
With at least one oxide of silicon dioxide and germanium dioxide,
The first element of at least one of tin, zinc, lead, bismuth, indium, gold and cadmium,
Contains at least one second element of silicon and germanium
A negative electrode active material in which the first aggregate containing the first element is composed.
(2)
The negative electrode active material according to (1), wherein the first aggregate is dispersed in a matrix containing the oxide.
(3)
The negative electrode active material according to (1) or (2), wherein the first aggregate is amorphous.
(4)
The negative electrode active material according to any one of (1) to (3), wherein the average size of the first aggregate is 2 nm or more and 10 nm or less.
(5)
The negative electrode active material according to any one of (1) to (4), wherein the first aggregate further contains the second element.
(6)
The first aggregate is a mixture of crystalline or amorphous first fine particles containing the first element and crystalline or amorphous second fine particles containing the second element. Including
The negative electrode active material according to (1) or (2), wherein the average size of the first fine particles and the second fine particles is 2 nm or less.
(7)
The negative electrode active material according to any one of (1) to (6) constituting the metal phase.
(8)
The negative electrode active material according to any one of (1) to (7), wherein the second aggregate containing the second element is composed.
(9)
The negative electrode active material according to (8), wherein the second aggregate is amorphous.
(10)
The negative electrode active material according to (8) or (9), wherein the average size of the second aggregate is 2 nm or more and 10 nm or less.
(11)
The silicon dioxide is represented by SiO 2-x (x is 0 ≦ x ≦ 0.5).
The negative electrode active material according to any one of (1) to (10), wherein the germanium dioxide is represented by GeO 2-y (y is 0 ≦ y ≦ 0.5).
(12)
The content of the first element with respect to the total amount of the first element, the second element and oxygen is 30 at% or more and 70 at% or less.
The content of the second element with respect to the total amount is 1 at% or more and 50 at% or less.
The negative electrode active material according to any one of (1) to (11), wherein the oxygen content with respect to the total amount is 20 at% or more and 70 at% or less.
(13)
The negative electrode according to any one of (1) to (12), which does not contain the first compound in which the first element and the second element are bonded and the second compound in which the first element and oxygen are bonded. Active material.
(14)
The first element contains tin and
In the Sn3d waveform obtained from X-ray photoelectron spectroscopy, it has a peak top in the range of binding energy of 484 eV or more and 486 eV or less.
The negative electrode active material according to any one of (1) to (13), wherein the peak having the peak top is a peak caused by the Sn—Sn bond.
(15)
The negative electrode active material according to any one of (1) to (14), which has a thin film form or a powder form.
(16)
At least one first element of tin, zinc, lead, bismuth, indium, gold, silver and cadmium, at least one second element of silicon and germanium, and at least one second element. By heating and vaporizing the material containing the oxide of, a negative electrode active material is formed.
A method for producing a negative electrode active material, which comprises heat-treating the formed negative electrode active material.
(17)
Further comprising producing the material by immersing the first element powder, the second element powder and the second element oxide powder in a liquid and then evaporating the liquid (16). The method for producing a negative electrode active material according to.
(18)
The temperature of the heat treatment is 600 ° C. or higher.
The method for producing a negative electrode active material according to (16) or (17), wherein a metal phase containing the first element is formed by the heat treatment.
(19)
A negative electrode containing the negative electrode active material according to any one of (1) to (15), and a negative electrode.
With the positive electrode
Batteries with electrolytes.
(20)
Equipped with the battery described in (19),
An electronic device that receives power from the battery.
(21)
It is equipped with a current collector and a thin film provided on the current collector.
The thin film is a thin film electrode containing the negative electrode active material according to any one of (1) to (15).
(22)
The battery according to (19) and
A battery pack including a control unit for controlling the battery.
(23)
The battery according to (19) and
A conversion device that receives electric power from the battery and converts it into vehicle driving force.
An electric vehicle including a control device that processes information related to vehicle control based on the information related to the battery.
(24)
Equipped with the battery described in (19),
A power storage device that supplies electric power to an electronic device connected to the battery.
(25)
Equipped with the battery described in (19),
A power system that receives power from the battery.

11 電池缶
12、13 絶縁板
14 電池蓋
15 安全弁機構
15A ディスク板
16 熱感抵抗素子
17 ガスケット
20 巻回型電極体
21 正極
21A 正極集電体
21B 正極活物質層
22 負極
22A 負極集電体
22B 負極活物質層
23 セパレータ
24 センターピン
25 正極リード
26 負極リード
111 マトリックス
112 凝集体
300 電池パック
400 電子機器
7200 ハイブリッド車両
9100 蓄電システム
11 Battery can 12, 13 Insulation plate 14 Battery lid 15 Safety valve mechanism 15A Disc plate 16 Heat-sensitive resistance element 17 Gasket 20 Winding type electrode body 21 Positive electrode 21A Positive electrode collector 21B Positive electrode active material layer 22 Negative electrode 22A Negative electrode current collector 22B Negative electrode active material layer 23 Separator 24 Center pin 25 Positive electrode lead 26 Negative electrode lead 111 Matrix 112 Aggregate 300 Battery pack 400 Electronic equipment 7200 Hybrid vehicle 9100 Power storage system

Claims (17)

二酸化ケイ素および二酸化ゲルマニウムのうちの少なくとも1種の酸化物と、
スズ、亜鉛、鉛、ビスマス、インジウム、金およびカドミウムのうちの少なくとも1種の第1元素と、
ケイ素およびゲルマニウムのうちの少なくとも1種の第2元素と
を含み、
前記第1元素と前記第2元素とを含む第1の凝集体が、構成され、
前記第1の凝集体は、前記第1元素を含む結晶質または非晶質の第1の微小粒と、前記第2元素を含む結晶質または非晶質の第2の微小粒との混合体を含み、
前記第1の微小粒および前記第2の微小粒の平均サイズは、2nm以下であり、
前記第1の微小粒の平均サイズは、負極活物質の断面TEM像から無作為に10個の前記第1の微小粒を選び出し、各前記第1の微小粒の断面の面積を画像処理により測定し、前記第1の微小粒の断面が円形状と仮定して各前記第1の微小粒の断面の面積から各前記第1の微小粒の直径を求め、求めた10個の前記第1の微小粒の直径を算術平均することにより求められ、
前記第2の微小粒の平均サイズは、負極活物質の断面TEM像から無作為に10個の前記第2の微小粒を選び出し、各前記第2の微小粒の断面の面積を画像処理により測定し、前記第2の微小粒の断面が円形状と仮定して各前記第2の微小粒の断面の面積から各前記第2の微小粒の直径を求め、求めた10個の前記第2の微小粒の直径を算術平均することにより求められる負極活物質。
With at least one oxide of silicon dioxide and germanium dioxide,
The first element of at least one of tin, zinc, lead, bismuth, indium, gold and cadmium,
Contains at least one second element of silicon and germanium
A first aggregate containing the first element and the second element is composed.
The first aggregate is a mixture of crystalline or amorphous first fine particles containing the first element and crystalline or amorphous second fine particles containing the second element. Including
The average size of the first fine particle and the second fine grain state, and are less 2 nm,
For the average size of the first micrograins, 10 of the first micrograins are randomly selected from the cross-sectional TEM image of the negative electrode active material, and the area of the cross section of each of the first micrograins is measured by image processing. Then, assuming that the cross section of the first micrograin is circular, the diameter of each of the first micrograins is obtained from the area of the cross section of each of the first micrograins, and the obtained 10 first micrograins are obtained. Obtained by arithmetically averaging the diameters of the fine grains,
For the average size of the second fine particles, 10 of the second fine particles were randomly selected from the cross-sectional TEM image of the negative electrode active material, and the area of the cross section of each of the second fine particles was measured by image processing. Then, assuming that the cross section of the second micrograin is circular, the diameter of each of the second micrograins is obtained from the area of the cross section of each of the second micrograins, and the obtained 10 second micrograins are obtained. negative electrode active material that is determined by the arithmetic mean diameter of the fine particle.
前記酸化物を含むマトリックス中に、前記第1の凝集体が分散されている請求項1に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to claim 1, wherein the first aggregate is dispersed in a matrix containing the oxide. 前記第1の凝集体が、非晶質である請求項1または2に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to claim 1 or 2, wherein the first aggregate is amorphous. 前記第1の凝集体の平均サイズが、10nm以下であり、
前記第1の凝集体の平均サイズは、負極活物質の断面TEM像から無作為に10個の前記第1の凝集体を選び出し、各前記第1の凝集体の断面の面積を画像処理により測定し、前記第1の凝集体の断面が円形状と仮定して各前記第1の凝集体の断面の面積から各前記第1の凝集体の直径を求め、求めた10個の前記第1の凝集体の直径を算術平均することにより求められる請求項1から3のいずれかに記載の負極活物質。
The average size of the first aggregate state, and are less 10 nm,
For the average size of the first aggregates, 10 of the first aggregates were randomly selected from the cross-sectional TEM image of the negative electrode active material, and the area of the cross section of each of the first aggregates was measured by image processing. Then, assuming that the cross section of the first aggregate is circular, the diameter of each of the first aggregates is obtained from the area of the cross section of each of the first aggregates, and the obtained 10 first aggregates are obtained. negative active material according to any one of the diameter of the aggregate claims 1 that is determined by the arithmetic mean 3.
前記第1元素は、金属相を構成している請求項1から4のいずれかに記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 4, wherein the first element constitutes a metal phase. 前記第2元素を含む第2の凝集体が、さらに構成されている請求項1から5のいずれかに記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 5, further comprising a second aggregate containing the second element. 前記第2の凝集体が、非晶質である請求項6に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to claim 6, wherein the second aggregate is amorphous. 前記第2の凝集体の平均サイズが、2nm以上10nm以下であり、
前記第2の凝集体の平均サイズは、負極活物質の断面TEM像から無作為に10個の前記第2の凝集体を選び出し、各前記第2の凝集体の断面の面積を画像処理により測定し、前記第2の凝集体の断面が円形状と仮定して各前記第2の凝集体の断面の面積から各前記第2の凝集体の直径を求め、求めた10個の前記第2の凝集体の直径を算術平均することにより求められる請求項6または7に記載の負極活物質。
The average size of the second aggregate state, and are more 10nm or less 2 nm,
For the average size of the second aggregate, 10 of the second aggregate were randomly selected from the cross-sectional TEM image of the negative electrode active material, and the area of the cross section of each of the second aggregate was measured by image processing. Then, assuming that the cross section of the second aggregate is circular, the diameter of each of the second aggregates is obtained from the area of the cross section of each of the second aggregates, and the obtained 10 second aggregates are obtained. negative electrode active material according to the diameter of the aggregates in claim 6 or 7 that are determined by arithmetic average.
前記二酸化ケイ素は、SiO2−x(xは0≦x≦0.5である。)で表され、
前記二酸化ゲルマニウムは、GeO2−y(yは0≦y≦0.5である。)で表される請求項1から8のいずれかに記載の負極活物質。
The silicon dioxide is represented by SiO 2-x (x is 0 ≦ x ≦ 0.5).
The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 8, wherein the germanium dioxide is represented by GeO 2-y (y is 0 ≦ y ≦ 0.5).
前記第1元素、前記第2元素および酸素の総量に対する前記第1元素の含有量が、30at%以上70at%以下であり、
前記総量に対する前記第2元素の含有量が、1at%以上50at%以下であり、
前記総量に対する前記酸素の含有量は、20at%以上70at%以下である請求項1から9のいずれかに記載の負極活物質。
The content of the first element with respect to the total amount of the first element, the second element and oxygen is 30 at% or more and 70 at% or less.
The content of the second element with respect to the total amount is 1 at% or more and 50 at% or less.
The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 9, wherein the oxygen content with respect to the total amount is 20 at% or more and 70 at% or less.
前記第1元素と前記第2元素とが結合した第1の化合物、および前記第1元素と酸素とが結合した第2の化合物を含まない請求項1から10のいずれかに記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 10, which does not contain the first compound in which the first element and the second element are bonded, and the second compound in which the first element and oxygen are bonded. .. 前記第1元素は、スズを含み、
X線光電子分光法から得られるSn3d波形において、結合エネルギー484eV以上486eV以下の範囲にピークトップを有し、
前記ピークトップを有するピークは、Sn−Sn結合に起因するピークである請求項1から11のいずれかに記載の負極活物質。
The first element contains tin and
In the Sn3d waveform obtained from X-ray photoelectron spectroscopy, it has a peak top in the range of binding energy of 484 eV or more and 486 eV or less.
The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 11, wherein the peak having the peak top is a peak caused by the Sn—Sn bond.
薄膜状または粉末状を有する請求項1から12のいずれかに記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 12, which has a thin film form or a powder form. スズ、亜鉛、鉛、ビスマス、インジウム、金、銀およびカドミウムのうちの少なくとも1種の第1元素と、ケイ素およびゲルマニウムのうちの少なくとも1種の第2元素と、前記少なくとも1種の第2元素の酸化物とを含む混合物を溶媒に浸漬して固化させたものを蒸着源として、電子ビームで基板上に負極活物質を堆積させ
堆積した前記負極活物質を熱処理する
ことを含む負極活物質の製造方法。
At least one first element of tin, zinc, lead, bismuth, indium, gold, silver and cadmium, at least one second element of silicon and germanium, and at least one second element. The negative electrode active material is deposited on the substrate with an electron beam using a mixture containing the oxide of cadmium immersed in a solvent and solidified as a vapor deposition source .
A method for producing a negative electrode active material, which comprises heat-treating the deposited negative electrode active material.
前記熱処理の温度が600℃以上であり、
前記熱処理により、前記第1元素を含む金属相が形成される請求項14に記載の負極活物質の製造方法。
The temperature of the heat treatment is 600 ° C. or higher.
The method for producing a negative electrode active material according to claim 14 , wherein a metal phase containing the first element is formed by the heat treatment.
請求項1から13のいずれかに記載の負極活物質を含む負極と、
正極と、
電解質と
を備える電池。
A negative electrode containing the negative electrode active material according to any one of claims 1 to 13 and a negative electrode.
With the positive electrode
Batteries with electrolytes.
請求項16に記載の電池を備え、
前記電池から電力の供給を受ける電子機器。
The battery according to claim 16 is provided.
An electronic device that receives power from the battery.
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