KR20090107425A - Anode and secondary battery - Google Patents
Anode and secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090107425A KR20090107425A KR1020090029833A KR20090029833A KR20090107425A KR 20090107425 A KR20090107425 A KR 20090107425A KR 1020090029833 A KR1020090029833 A KR 1020090029833A KR 20090029833 A KR20090029833 A KR 20090029833A KR 20090107425 A KR20090107425 A KR 20090107425A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- negative electrode
- active material
- group
- electrode active
- formula
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
본 발명은, 부극 집전체상에 부극 활물질층을 갖는 부극, 그것을 구비한 2차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode having a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector and a secondary battery having the same.
근래, 비디오 카메라, 휴대 전화 또는 노트 퍼스널 컴퓨터 등의 포터블 전자 기기가 널리 보급되어 있고, 그 소형화, 경량화 및 장수명화가 강하게 요구되고 있다. 이에 수반하여, 포터블 전자 기기의 전원으로서, 전지, 특히 경량으로 고에너지 밀도를 얻을 수 있는 2차 전지의 개발이 진행되고 있다.In recent years, portable electronic devices such as a video camera, a mobile phone or a notebook personal computer have been widely used, and their miniaturization, weight reduction and long life are strongly demanded. In connection with this, development of a battery, especially the secondary battery which can obtain a high energy density lightly as a power source of a portable electronic device is progressing.
그 중에서도, 충방전 반응에 리튬의 흡장 및 방출을 이용하는 2차 전지(이른바 리튬이온 2차 전지)는, 납전지나 니켈카드뮴 전지보다도 큰 에너지 밀도가 얻어지기 때문에, 크게 기대되고 있다.Among them, secondary batteries (so-called lithium ion secondary batteries) using lithium storage and release for charging and discharging reactions are greatly expected because energy density larger than lead batteries or nickel cadmium batteries can be obtained.
리튬이온 2차 전지는, 정극(cathode) 및 부극(anode)과 함께 전해액을 구비하고 있다. 부극은, 부극 집전체상에 부극 활물질층을 갖고 있고, 그 부극 활물질층은, 충방전 반응에 기여하는 부극 활물질을 포함하고 있다.A lithium ion secondary battery is equipped with the electrolyte solution along with a cathode and an anode. The negative electrode has a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer contains a negative electrode active material that contributes to the charge and discharge reaction.
부극 활물질로서는, 탄소 재료가 널리 사용되어 있다. 그러나, 최근에는, 포 터블 전자 기기의 고성능화 및 다기능화에 수반하여 전지 용량의 더 큰 향상이 요구되고 있으며, 그에 따라, 탄소 재료 대신 규소를 사용하는 것이 검토되고 있는데, 그 이유는 규소의 이론 용량(4199㎃h/g)은 흑연의 이론 용량(372㎃h/g)보다도 현격하게 크기 때문에, 전지 용량의 대폭적인 향상이 기대되기 때문이다.As the negative electrode active material, a carbon material is widely used. However, in recent years, with the high performance and multifunctionality of portable electronic devices, further improvement of battery capacity is required, and therefore, the use of silicon instead of a carbon material is considered, because the theoretical capacity of silicon is considered. This is because (4199 mAh / g) is significantly larger than the theoretical capacity of graphite (372 mAh / g), and thus a significant improvement in battery capacity is expected.
부극 활물질로서 규소를 사용하는 경우에는, 부극 활물질층의 형성 방법으로서 증착법이 이용되고 있다. 증착법에서는, 부극 활물질층이 부극 집전체에 연결되어 일체화되고, 충방전시에 있어서 부극 활물질층이 팽창 및 수축하기 어려워진다. 그러나, 증착법을 이용하여 규소를 퇴적시킨 경우에는, 그 규소막이 비결정성(비정질)로 되는 것이 우려된다. 비정질의 규소막에서는, 물성이 경시변화하기 쉬움과 함께, 부극 집전체에 대한 부극 활물질층의 밀착 강도가 산화의 영향을 받아 저하되기 쉽기 때문에, 2차 전지의 중요한 특성인 사이클 특성이나 충방전 특성 등이 저하될 가능성이 있다.When silicon is used as a negative electrode active material, the vapor deposition method is used as a formation method of a negative electrode active material layer. In the vapor deposition method, the negative electrode active material layer is connected to and integrated with the negative electrode current collector, which makes it difficult to expand and contract the negative electrode active material layer during charging and discharging. However, when silicon is deposited using the vapor deposition method, it is feared that the silicon film becomes amorphous (amorphous). In the amorphous silicon film, the physical properties tend to change over time, and the adhesion strength of the negative electrode active material layer to the negative electrode current collector tends to be lowered under the influence of oxidation, and thus cycle characteristics and charge / discharge characteristics, which are important characteristics of the secondary battery, are reduced. Etc. may fall.
또한, 부극 활물질로서 규소를 사용하는 것에 관해서는, 이미 몇가지의 기술이 제안되어 있다. 구체적으로는, 부극 활물질의 조성에 관해, 규소와 함께 천이금속 원소를 구성 원소로서 갖는 부극 활물질을 사용하는 기술이, 예를 들면, 일본특개 제2003-007295호 공보에 개시되어 있다. 또한, 부극 활물질의 퇴적 방법에 관해, 규소를 주성분으로 하는 입자를 용융 또는 증발하지 않고서 기류중에 분산시켜서, 그것을 부극 집전체의 표면에 내뿜어 규소를 퇴적시키는 기술이, 예를 들면, 일본특개 제2005-310502호 공보에 개시되어 있다. 또한, 부극 활물질의 결정 상태에 관해, 비정질 또는 미결정성의 규소를 사용하는 기술이, 예를 들면, 일본특개 제2002-083594호 공보에 개시되어 있고, 결정성(라만 시프트=490㎝-1 내지 500㎝-1 및 피크 반값폭=10㎝-1 내지 30㎝-1)의 규소를 사용하는 기술이, 예를 들면, 일본특개 제2007-194207호 공보에 개시되어 있다.In addition, several techniques have already been proposed regarding the use of silicon as a negative electrode active material. Specifically, regarding the composition of the negative electrode active material, a technique of using a negative electrode active material having a transition metal element as a constituent element together with silicon is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-007295. Moreover, regarding the deposition method of a negative electrode active material, the technique which disperse | distributes the particle | grains which consists of silicon as a main component in airflow, and blows it out on the surface of a negative electrode electrical power collector, and deposits silicon, for example, Unexamined-Japanese-Patent No. 2005 -310502 is disclosed. Moreover, regarding the crystal state of a negative electrode active material, the technique using amorphous or microcrystalline silicon is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-083594, for example, and crystallinity (Raman shift = 490 cm <-1> -) 500㎝ -1 and a peak half value width = 10㎝ -1 to
근래, 포터블 전자 기기는 점점 고성능화 및 다기능화하고 있고, 그 소비 전력은 증대한 경향에 있기 때문에, 2차 전지의 충방전이 빈번하게 반복되고, 그 사이클 특성이 저하하기 쉬운 상황에 있다. 이 때문에, 2차 전지의 사이클 특성에 관해, 더 큰 향상이 요망되고 있다. 이 경우에는, 우수한 사이클 특성을 얻기 위해, 첫회 충방전 특성을 향상시키는 것도 중요하다.In recent years, portable electronic devices have become increasingly high in performance and multifunctional, and their power consumption tends to increase, so that the charge and discharge of secondary batteries are frequently repeated, and the cycle characteristics tend to be degraded. For this reason, the further improvement regarding the cycling characteristics of a secondary battery is desired. In this case, it is also important to improve the first charge-discharge characteristics in order to obtain excellent cycle characteristics.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 향상시키는 것이 가능한 부극, 2차 전지 및 그들의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.This invention is made | formed in view of such a problem, and the objective is to provide the negative electrode, secondary battery which can improve cycling characteristics, and the first charge / discharge characteristic, and their manufacturing method.
본 발명의 실시예에 따르면, 부극 집전체상에 부극 활물질층을 갖는 부극이 제공되는데, 상기 부극 활물질층은, 규소를 구성 원소로서 갖는 결정성의 부극 활물질을 포함함과 함께, 상기 부극 집전체에 연결되어 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 정극과; 부극; 및 전해액을 포함하는 2차 전지가 제공되는데, 부극은 상기의 구조를 갖는다.According to an embodiment of the present invention, a negative electrode having a negative electrode active material layer is provided on a negative electrode current collector, wherein the negative electrode active material layer includes a crystalline negative electrode active material having silicon as a constituent element and is provided on the negative electrode current collector. It is connected. In addition, according to an embodiment of the present invention, a positive electrode; Negative electrode; And a secondary battery comprising an electrolyte solution, wherein the negative electrode has the above structure.
본 발명의 부극에 의하면, 부극 활물질층이 규소를 구성 원소로서 갖는 결정성의 부극 활물질을 포함함과 함께 부극 집전체에 연결되어 있다. 이 경우에는, 부극 활물질이 비결정성(비정질)인 경우나, 부극 활물질층이 부극 집전체에 연결되지 않은 경우와 비교하여, 부극 활물질의 물성이 경시변화하기 어렵게 됨과 함께, 전극 반응시에 있어서 부극 활물질층이 팽창 및 수축하기 어렵게 된다. 따라서 본 발명의 부극을 이용한 2차 전지에 의하면, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 향상시킬 수 있다.According to the negative electrode of the present invention, the negative electrode active material layer contains a crystalline negative electrode active material having silicon as a constituent element and is connected to the negative electrode current collector. In this case, compared with the case where the negative electrode active material is amorphous (amorphous) or when the negative electrode active material layer is not connected to the negative electrode current collector, the physical properties of the negative electrode active material are less likely to change with time, and the negative electrode at the time of electrode reaction It becomes difficult for the active material layer to expand and contract. Therefore, according to the secondary battery using the negative electrode of this invention, cycling characteristics and initial charge / discharge characteristics can be improved.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 관해, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described in detail with reference to drawings.
도 1은, 본 발명의 한 실시의 형태에 관한 부극의 단면 구성을 도시하고 있다. 이 부극은, 예를 들면 2차 전지 등의 전기화학 디바이스에 이용되는 것이고, 한 쌍의 면을 갖는 부극 집전체(1)와, 그것에 마련된 부극 활물질층(2)을 갖고 있다.1 shows a cross-sectional configuration of a negative electrode according to one embodiment of the present invention. This negative electrode is used for electrochemical devices, such as a secondary battery, for example, and has the
부극 집전체(1)는, 양호한 전기화학적 안정성, 전기 전도성 및 기계적 강도를 갖는 금속 재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 금속 재료로서는, 예를 들면, 구리, 니켈 또는 스테인리스 등을 들 수 있고, 그 중에서도, 구리가 바람직한데, 높은 전기 전도성이 얻어지기 때문이다.It is preferable that the negative electrode
특히, 금속 재료는, 전극 반응 물질과 금속간 화합물을 형성하지 않는 1종 또는 2종 이상의금속 원소를 구성 원소로서 갖고 있는 것이 바람직하다. 전극 반응 물질과 금속간 화합물을 형성하면, 전기화학 디바이스의 동작시(예를 들면 2차 전지의 충방전시)에, 부극 활물질층(2)의 팽창 및 수축에 의한 응력의 영향을 받아서, 집전성이 저하되거나, 부극 활물질층(2)이 부극 집전체(1)로부터 박리할 가능성이 있기 때문이다. 이와 같은 금속 원소로서는, 예를 들면, 구리, 니켈, 티탄, 철 또는 크롬 등을 들 수 있다.In particular, it is preferable that the metal material has one or two or more metal elements which do not form an electrode reaction substance and an intermetallic compound as constituent elements. Forming an intermetallic compound with the electrode reactant material is influenced by the stress caused by expansion and contraction of the negative electrode
또한, 금속 재료는, 부극 활물질층(2)과 합금화하는 1종 또는 2종 이상의 금속 원소를 구성 원소로서 갖고 있는 것이 바람직하다. 부극 집전체(1)와 부극 활물질층(2) 사이의 밀착성이 향상하기 때문에, 그 부극 활물질층(2)이 부극 집전체(1)로부터 박리하기 어려워지기 때문이다. 전극 반응 물질과 금속간 화합물을 형성하지 않고, 게다가 부극 활물질층(2)과 합금화하는 금속 원소로서는, 예를 들면, 부극 활물질층(2)이 부극 활물질로서 규소를 포함하는 경우에는, 구리, 니켈 또는 철 등을 들 수 있다. 이들의 금속 원소는, 강도 및 도전성의 관점에서도 바람직하다.Moreover, it is preferable that the metal material has 1 type, or 2 or more types of metal elements alloyed with the negative electrode
또한, 부극 집전체(1)는, 단층(單層) 구조 또는 다층 구조의 어느것을 갖고 있어도 좋다. 부극 집전체(1)가 다층 구조를 갖는 경우에는, 예를 들면, 부극 활물질층(2)과 인접하는 층이 그것과 합금화하는 금속 재료에 의해 구성되고, 인접하지 않는 층이 다른 금속 재료에 의해 구성되는 것이 바람직하다.The negative electrode
부극 집전체(1)의 표면은, 조면화(粗面和; roughened)되어 있는 것이 바람직하다. 이른바 앵커 효과에 의해손 부극 집전체(1)와 부극 활물질층(2) 사이의 밀착성이 향상하기 때문이다. 이 경우에는, 적어도 부극 활물질층(2)과 대향하는 부극 집전체(1)의 표면이 조면화되어 있으면 좋다. 조면화의 방법으로서는, 예를 들면, 전해 처리에 의해 미립자를 형성하는 방법 등을 들 수 있다. 이 전해 처리란, 전해조중에서 전해법에 의해 부극 집전체(1)의 표면에 미립자를 형태하여 요철을 마련하는 방법이다. 전해법을 사용하여 제작된 구리박은, 일반적으로 "전해 구리박"이라고 불리고 있다. 이 밖에, 조면화의 방법으로서는, 예를 들면, 압연 구리박을 샌 드 블라스트 처리하는 방법 등도 들 수 있다.It is preferable that the surface of the
이 부극 집전체(1)의 표면의 10점평균조도(Rz)는, 1.5㎛ 이상인 것이 바람직하고, 1.5㎛ 이상 40㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 3㎛ 이상 30㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 부극 집전체(1)와 부극 활물질층(2) 사이의 밀착성이 보다 높아지기 때문이다. 상세하게는, 10점평균조도(Rz)가 1.5㎛보다 작으면, 충분한 밀착성이 얻어지지 않을 가능성이 있다. 또한, 10점평균조도(Rz)가 40㎛보다 크면, 오히려 밀착성이 저하될 가능성이 있다.The ten-point average roughness Rz of the surface of the negative
부극 활물질층(2)은, 예를 들면, 스프레이법에 의해 형성된 것이다. 구체적으로는, 부극 활물질층(2)은, 결정성의 부극 활물질을 포함하고 있고, 부극 집전체(1)에 연결되어 있다. "부극 집전체(1)에 연결되어 있다"는 것은, 결정성의 부극 활물질이 부극 집전체(1)상에 직접 형성(퇴적)되어 있는 양태를 의미한다. 따라서, 스프레이법 이외의 방법(예를 들면 도포법이나 소결법 등)을 이용한 결과, 부극 활물질이 다른 재료(예를 들면 부극 결착제 등)를 통하여 부극 집전체(1)에 간접적으로 연결되어 있거나, 단지 부극 활물질이 부극 집전체(1)의 표면에 인접하여 있는데 지나지 않는 것은, 상기한 양태에 포함되지 않는다. 부극 활물질층(2)이 부극 집전체(1)에 연결되어 있는 것은, 그 부극 활물질층(2)이 부극 집전체(1)에 대해 물리적으로 고정되기 때문에, 전극 반응시에 있어서 부극 활물질층(2)이 팽창 및 수축하기 어려워지기 때문이다.The negative electrode
부극 활물질이 결정성인지의 여부는, 예를 들면, X선 회절에 의해 확인할 수 있다. 구체적으로는, X선 회절에 의해 샤프한 피크가 관찰되면, 부극 활물질은 결 정성을 갖고 있다.Whether or not the negative electrode active material is crystalline can be confirmed by, for example, X-ray diffraction. Specifically, when sharp peaks are observed by X-ray diffraction, the negative electrode active material has crystallinity.
또한, 부극 활물질층(2)은, 적어도 일부에서 부극 집전체(1)에 연결되어 있으면 좋다. 일부만이라도 부극 집전체(1)에 연결되어 있으면, 전혀 연결되어 있지 않은 경우와 비교하여, 부극 집전체(1)에 대한 부극 활물질층(2)의 밀착 강도가 향상하기 때문이다. 부극 활물질층(2)이 일부에서 부극 집전체(1)에 연결되어 있는 경우, 그 부극 활물질층(2)은, 부극 집전체(1)에 접촉한 부분과, 부극 집전체(1)에 접촉하지 않는 부분을 갖게 된다.In addition, the negative electrode
부극 활물질층(2)이 비접촉 부분을 갖고 있지 않는 경우에는, 그 부극 활물질층(2)이 전체에 걸쳐서 부극 집전체(1)에 접촉하기 때문에, 양자의 사이에 있어서의 전자 전도성이 높아진다. 그 한편으로, 전극 반응시에 있어서 부극 활물질층(2)이 팽창 및 수축한 경우에 피할곳(완화 스페이스)이 없기 때문에, 그 팽창 및 수축시에 있어서의 응력의 영향을 받아서 부극 집전체(1)가 변형할 가능성이 있다.When the negative electrode
이에 대해, 부극 활물질층(2)이 비접촉 부분을 갖고 있는 경우에는, 전극 반응시에 있어서 부극 활물질층(2)이 팽창 및 수축한 경우의 피할곳(완화 스페이스)이 존재하기 때문에, 팽창 및 수축시에 있어서의 응력의 영향을 받아서 부극 집전체(1)가 변형하기 어렵게 된다. 그 한편으로, 부극 집전체(1)과 부극 활물질층(2) 사이에 접촉하지 않는 부분이 있기 때문에, 양자의 사이에 있어서의 전자 전도성이 낮아질 가능성이 있다.In contrast, in the case where the negative electrode
이 부극 활물질층(2)은, 예를 들면, 부극 집전체(1)의 양면에 마련되어 있다. 단, 부극 활물질층(2)은, 부극 집전체(1)의 편면만에 마련되어 있어도 좋다.This negative electrode
부극 활물질층(2)은, 부극 집전체(1)와의 계면중의 적어도 일부에서 합금화하고 있는 것이 바람직하다. 전극 반응시에 있어서 부극 활물질층(2)이 팽창 및 수축하기 어려워지기 때문에, 그 부극 활물질층(2)의 파손이 억제되기 때문이다. 또한, 부극 집전체(1)와 부극 활물질층(2) 사이에서 전자 전도성이 향상하기 때문이다. 이 "합금화"란, 부극 집전체(1)의 구성 원소와 부극 활물질층(2)의 구성 원소가 완전한 합금을 형성하고 있는 경우만이 아니고, 양자의 구성 원소가 혼재 상태에 있는 경우도 포함한다. 이 경우에는, 양자의 계면에서, 부극 집전체(1)의 구성 원소가 부극 활물질층(2)에 확산하고 있어도 좋고, 부극 활물질층(2)의 구성 원소가 부극 집전체(1)에 확산하고 있어도 좋고, 양자의 구성 원소가 확산하고 있어도 좋다.It is preferable that the negative electrode
이 부극 활물질층(2)은, 부극 활물질의 1회의 퇴적 공정에 의해 형성된 단층 구조를 유하고 있어도 좋고, 복수회의 퇴적 공정에 의해 형성된 다층 구조를 갖고 있어도 좋다. 이 경우에는, 부극 활물질층(2)이 다층 구조를 갖는 부분을 일부에 포함하고 있어도 좋다. 단지하여, 퇴적시에 고열을 수반하는 경우에는, 부극 집전체(1)가 열적 데미지를 받는 것을 억제하기 위해, 부극 활물질층(2)이 다층 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다. 부극 활물질의 퇴적 공정을 복수회로 분할하여 행함에 의해, 그 퇴적 공정을 1회로 행하는 경우와 비교하여, 부극 집전체(1)가 고열에 노출되는 시간이 짧아지기 때문이다.This negative electrode
또한, 부극 활물질층(2)은, 그 내부에 공극을 갖고 있는 것이 바람직하다. 공극은 전극 반응시에 있어서 부극 활물질층(2)이 팽창 및 수축한 경우의 피할곳 (완화 스페이스)으로서 작용하기 때문에, 그 부극 활물질층(2)이 팽창 및 수축하기 어려워지기 때문이다.Moreover, it is preferable that the negative electrode
부극 활물질은, 전극 반응 물질을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료로서, 규소를 구성 원소로서 갖는 재료를 함유하고 있다. 전극 반응 물질을 흡장 및 방출하는 능력가 크기 때문에, 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있기 때문이다. 이와 같은 재료는, 규소의 단체, 합금 또는 화합물의 어느 것이라도 좋고, 그들의 1종 또는 2종 이상의 상(相)을 적어도 일부에 갖는 것이라도 좋다. 이들은 단독이라도 좋고, 복수종이 혼합되어도 좋다.The negative electrode active material is a negative electrode material capable of occluding and releasing an electrode reaction substance, and contains a material having silicon as a constituent element. This is because a high energy density can be obtained because the ability to occlude and release the electrode reactant is large. Such a material may be any one of silicon, an alloy, or a compound of silicon, and may have one or two or more of these phases in at least a part thereof. These may be individual or multiple types may be mixed.
또한, 본 발명에 있어서의 "합금"에는, 2종 이상의 금속 원소로 이루어지는 것에 더하여, 1종 이상의 금속 원소와 1종 이상의 반금속 원소를 포함하는 것도 포함된다. 물론, 본 발명에 있어서의 합금은, 비금속 원소를 포함하고 있어도 좋다. 그 조직으로는, 고용체, 공정(공융 혼합물), 금속간 화합물 또는 그들의 2종 이상이 공존하는 것도 있다.In addition, in addition to what consists of 2 or more types of metal elements, the "alloy" in this invention includes the thing containing 1 or more types of metal elements and 1 or more types of semimetal elements. Of course, the alloy in this invention may contain the nonmetallic element. As the structure, a solid solution, a process (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more thereof may coexist.
규소의 합금으로서는, 예를 들면, 규소 이외의 구성 원소로서, 주석(Sn), 니켈, 구리, 철, 코발트, 망간(Mn), 아연, 인듐(In), 은(Ag), 티탄, 게르마늄(Ge), 비스무트(Bi), 안티몬(Sb) 및 크롬으로 이루어지는 군중의 적어도 1종을 갖는 것 등을 들 수 있다.As an alloy of silicon, for example, as constituent elements other than silicon, tin (Sn), nickel, copper, iron, cobalt, manganese (Mn), zinc, indium (In), silver (Ag), titanium, germanium ( The thing which has at least 1 sort (s) of the crowd which consists of Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium is mentioned.
규소의 화합물로서는, 예를 들면, 규소 이외의 구성 원소로서, 산소 및 탄소(C)를 갖는 것 등을 들 수 있다. 또한, 규소의 화합물은, 예를 들면, 규소 이외의 구성 원소로서, 규소의 합금에 관해 설명한 일련의 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하고 있어도 좋다.As a compound of silicon, what has oxygen and carbon (C), etc. are mentioned as a structural element other than silicon, for example. In addition, the compound of silicon may contain 1 type, or 2 or more types of series of elements demonstrated about the alloy of silicon as constituent elements other than silicon, for example.
이 부극 활물질은, 복수의 입자상(粒子狀)을 하고 있다. 이 경우에는, 입자상의 부극 활물질이 어떤 형상을 하고 있어도 좋지만, 그 중에서도, 부극 활물질중의 적어도 일부가 편평상(扁平狀)을 하고 있는 것이 바람직하다. 이 "편평상"이란, 부극 집전체(1)의 표면에 따른 방향에 장축을 갖음과 함께 그 표면과 교차하는 방향에 단축을 갖는 형상을 하고 있는 것을 의미한다. 이 편평 형상은, 스프레이법을 이용하여 부극 활물질층(2)이 형성된 경우에 있어서 부극 활물질의 형상에 보여지는 특징이다. 스프레이법을 이용하여 부극 활물질층(2)을 형성할 때에, 그 형성 재료의 용융 온도를 높게 하면, 입자상의 부극 활물질이 편평상으로 되기 쉬운 경향이 있다. 복수의 입자상의 부극 활물질이 편평상을 하고 있으면, 부극 활물질끼리가 횡방향에 있어서 겹쳐져서 접촉하기 쉬워지기(접촉점이 증가하기) 때문에, 부극 활물질층(2) 내의 전자 전도성이 높아진다.This negative electrode active material is in the form of a plurality of particles. In this case, although the particulate negative electrode active material may have what kind of shape, it is preferable that at least one part of a negative electrode active material has a flat shape especially. This "flat" means having a long axis in the direction along the surface of the negative electrode
X선 회절에 의해 얻어지는 부극 활물질의 (111)결정면에 있어서의 회절 피크의 반값폭(半値幅)(2θ)은, 20°이하인 것이 바람직하고, 0.6°이상 20°이하인 것이 보다 바람직하다. 부극 활물질의 결정성이 확보되기 때문이다.It is preferable that the half value width (2theta) of the diffraction peak in the (111) crystal plane of the negative electrode active material obtained by X-ray diffraction is 20 degrees or less, and it is more preferable that it is 0.6 degrees or more and 20 degrees or less. This is because the crystallinity of the negative electrode active material is secured.
또한, X선 회절에 의해 얻어지는 부극 활물질의 (111)결정면에 기인하는 결정자(結晶子) 사이즈는, 10㎚ 이상인 것이 바람직하고, 10㎚ 이상 150㎚ 이하인 것이 보다 바람직하고, 20㎚ 이상 100㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 부극 활물질의 결정성이 확보됨과 함께, 전극 반응시에 있어서 전극 반응 물질(예를 들면 2차 전지에 있어서의 리튬이온)의 확산성이 향상하기 때문이다. 상세하게는, 결정자 사 이즈가 10㎚보다 작으면, 전극 반응 물질의 확산성이 저하될 가능성이 있다. 또한, 결정자 사이즈가 150㎚보다 크면, 전극 반응시에 있어서 부극 활물질층(2)의 팽창 및 수축을 억제하기 어렵게 됨과 함께 부극 활물질이 갈라질 가능성이 있다.The crystallite size resulting from the (111) crystal plane of the negative electrode active material obtained by X-ray diffraction is preferably 10 nm or more, more preferably 10 nm or more and 150 nm or less, more preferably 20 nm or more and 100 nm or less. More preferred. This is because the crystallinity of the negative electrode active material is ensured and the diffusibility of the electrode reaction substance (for example, lithium ions in the secondary battery) is improved during the electrode reaction. Specifically, when the crystallite size is smaller than 10 nm, there is a possibility that the diffusibility of the electrode reactant material is lowered. If the crystallite size is larger than 150 nm, it is difficult to suppress expansion and contraction of the negative electrode
부극 활물질은, 산소를 구성 원소로서 갖고 있는 것이 바람직하다. 부극 활물질층(2)의 팽창 및 수축이 억제되기 때문이다. 이 부극 활물질층(2)에서는, 적어도 일부의 산소가 일부의 규소와 결합하고 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 결합의 상태가 1산화 규소나 2산화 규소라도 좋고, 다른 준안정 상태라도 좋다.It is preferable that the negative electrode active material has oxygen as a constituent element. This is because expansion and contraction of the negative electrode
부극 활물질중에 있어서의 산소의 함유량은, 1.5원자수% 이상 40원자수% 이하인 것이 바람직하다. 보다 높은 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 상세하게는, 산소 함유량이 1.5원자수%보다 적으면, 부극 활물질층(2)의 팽창 및 수축이 충분히 억제되지 않을 가능성이 있다. 또한, 산소 함유량이 40원자수%보다 많으면, 저항이 너무 증대할 가능성이 있다. 또한, 전기화학 디바이스에 있어서 부극이 전해액과 함께 사용되는 경우에는, 그 전해액의 부분해에 의해 형성되는 피막 등은 부극 활물질에 포함하지 않는 것으로 한다. 즉, 부극 활물질중에 있어서의 산소의 함유량을 산출한 경우에는, 상기한 피막중의 산소는 포함하지 않는다.It is preferable that content of oxygen in a negative electrode active material is 1.5 atomic% or more and 40 atomic% or less. This is because a higher effect can be obtained. Specifically, when the oxygen content is less than 1.5 atomic%, there is a possibility that the expansion and contraction of the negative electrode
산소를 갖는 부극 활물질은, 예를 들면, 부극 재료를 퇴적시킬 때에, 챔버 내에 연속적으로 산소 가스를 도입함에 의해 형성 가능하다. 특히, 산소 가스를 도입한 것만으로는 소망하는 산소 함유량을 얻을 수가 없는 경우에는, 챔버 내에 산소의 공급원으로서 액체(예를 들면 수증기 등)를 도입하여도 좋다.The negative electrode active material having oxygen can be formed, for example, by continuously introducing oxygen gas into the chamber when the negative electrode material is deposited. In particular, when the desired oxygen content cannot be obtained only by introducing oxygen gas, a liquid (for example, steam or the like) may be introduced into the chamber as a source of oxygen.
또한, 부극 활물질은, 그 두께 방향에서, 산소를 갖는 산소 함유 영역을 가 지며, 그산소 함유 영역에 있어서의 산소의 함유량은, 그 이외의 영역에 있어서의 산소의 함유량보다도 높게되어 있는 것이 바람직하다. 부극 활물질층(2)의 팽창 및 수축이 억제되기 때문이다. 이 산소 함유 영역 이외의 영역은, 산소를 갖고 있어도 좋고, 갖지 않아도 좋다. 물론, 산소 함유 영역 이외의 영역도 산소를 갖고 있는 경우에, 그 산소의 함유량이 산소 함유영역에 있어서의 산소의 함유량보다도 낮게 되어 있음은 말할 필요도 없다.In addition, the negative electrode active material has an oxygen-containing region having oxygen in the thickness direction thereof, and the content of oxygen in the oxygen-containing region is preferably higher than the content of oxygen in the other region. . This is because expansion and contraction of the negative electrode
이 경우에는, 부극 활물질층(2)의 팽창 및 수축을 보다 억제하기 위해, 산소 함유 영역이외의 영역도 산소를 갖고 있고, 부극 활물질이, 제 1의 산소 함유 영역(보다 낮은 산소 함유량을 갖는 영역)과, 그보다도 높은 산소 함유량을 갖는 제 2의 산소 함유 영역(보다 높은 산소 함유량을 갖는 영역)을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 제 1의 산소 함유 영역에 의해 제 2의 산소 함유 영역이 끼여저 있는 것이 바람직하고, 제 1의 산소 함유 영역과 제 2의 산소 함유 영역이 교대로 반복하고 적층되어 있는 것이 보다 바람직하다. 보다 높은 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 제 1의 산소 함유 영역에 있어서의 산소의 함유량은, 가능한 한 적은 것이 바람직하고, 제 2의 산소 함유 영역에 있어서의 산소의 함유량은, 예를 들면, 상기한 부극 활물질이 산소를 갖는 경우의 함유량과 마찬가지이다.In this case, in order to further suppress the expansion and contraction of the negative electrode
제 1 및 제 2의 산소 함유 영역을 갖는 부극 활물질은, 예를 들면, 부극 재료를 퇴적시킬 때에, 챔버 내에 단속적으로 산소 가스를 도입하거나, 챔버 내에 도입하는 산소 가스의 양을 변화시킴에 의해 형성 가능하다. 물론, 산소 가스를 도입한 것만으로는 소망하는 산소 함유량을 얻을 수가 없는 경우에는, 챔버 내에 액체 (예를 들면 수증기 등)를 도입하여도 좋다.The negative electrode active material having the first and second oxygen-containing regions is formed by intermittently introducing oxygen gas into the chamber or changing the amount of oxygen gas introduced into the chamber when the negative electrode material is deposited, for example. It is possible. Of course, when the desired oxygen content cannot be obtained only by introducing oxygen gas, a liquid (for example, water vapor or the like) may be introduced into the chamber.
또한, 제 1 및 제 2의 산소 함유 영역의 사이에서는, 산소의 함유량이 명확하게 달라도 좋고, 명확하게 다르지 않아도 좋다. 특히, 상기한 산소 가스의 도입량을 연속적으로 변화시킨 경우에는, 산소의 함유량도 연속적으로 변화하고 있어도 좋다. 제 1 및 제 2의 산소 함유 영역은, 산소 가스의 도입량을 단속적으로 변화시킨 경우에는, 이른바 "층(層)"이 되고, 한편, 산소 가스의 도입량을 연속적으로 변화시킨 경우에는, "층"이라기 보다도 오히려 "층 상태"가 된다. 후자의 경우에는, 부극 활물질중에 있어서 산소의 함유량이 고저를 반복하면서 분포한다. 이 경우에는, 제 1 및 제 2의 산소 함유 영역의 사이에서, 산소의 함유량이 단계적 또는 연속적으로 변화하고 있는 것이 바람직하다. 산소의 함유량이 급격히 변화하면, 이온의 확산성이 저하되거나, 저항이 증대할 가능성이 있기 때문이다.In addition, the content of oxygen may or may not be clearly different between the first and second oxygen-containing regions. In particular, when the introduction amount of the oxygen gas described above is changed continuously, the content of oxygen may also be changed continuously. The first and second oxygen-containing regions become so-called "layers" when the amount of oxygen gas introduced is intermittently changed, while "layers" when the amount of oxygen gas introduced is continuously changed. Rather than being "layered". In the latter case, the content of oxygen is distributed while repeating the elevation in the negative electrode active material. In this case, it is preferable that the content of oxygen is changed stepwise or continuously between the first and second oxygen-containing regions. This is because if the oxygen content changes rapidly, the diffusivity of the ions may decrease or the resistance may increase.
또한, 부극 활물질은, 철, 니켈, 몰리브덴, 티탄, 크롬, 코발트, 구리, 망간, 아연, 게르마늄, 알루미늄, 지르코늄, 은, 주석, 안티몬 및 텅스텐으로 이루어지는 군중의 적어도 1종의 금속 원소를 구성 원소로서 갖고 있는 것이 바람직하다. 부극 활물질의 결착성이 향상하고, 부극 활물질층(2)의 팽창 및 수축이 억제되고, 부극 활물질의 저항이 저하되기 때문이다. 부극 활물질중에 있어서의 금속 원소의 함유량은, 임의로 설정 가능하다. 단, 부극이 2차 전지에 사용되는 경우에는, 금속 원소의 함유량이 너무 많아지면, 소망하는 전지 용량을 얻기 위해 부극 활물질층(2)을 두껍게 하여야 하기 때문에, 부극 활물질층(2)이 부극 집전체(1)로부터 벗겨지거나, 갈라질 가능성이 있다.In addition, the negative electrode active material comprises at least one metal element of a crowd consisting of iron, nickel, molybdenum, titanium, chromium, cobalt, copper, manganese, zinc, germanium, aluminum, zirconium, silver, tin, antimony and tungsten. It is preferable to have as. It is because the binding property of a negative electrode active material improves, the expansion and contraction of the negative electrode
상기한 금속 원소를 갖는 부극 활물질은, 예를 들면, 스프레이법을 이용하여 부극 재료를 퇴적시킬 때에, 합금 입자를 형성 재료로서 사용함에 의해 형성 가능하다.The negative electrode active material having the metal element described above can be formed by, for example, using alloy particles as a forming material when depositing a negative electrode material using a spray method.
또한, 부극 활물질이 규소와 함께 금속 원소를 갖는 경우에는, 부극 활물질층(2)의 전체가 규소와 금속 원소를 갖고 있어도 좋고, 일부만이 규소와 금속 원소를 갖고 있어도 좋다.In addition, when a negative electrode active material has a metal element with silicon, the whole of the negative electrode
부극 활물질중의 일부가 규소와 금속 원소를 갖는 경우로서는, 예를 들면, 입자상의 부극 활물질중의 일부가 규소와 금속 원소를 갖는 경우를 들 수 있다. 이 경우에 있어서의 입자상의 부극 활물질의 결정 상태는, 완전한 합금이 형성된 합금 상태라도 좋고, 완전한 합금이 형성되기 까지 이르지 않고, 규소와 금속 원소가 혼재하고 있는 화합물 상태(상 분리 상태)라도 좋다. 규소와 함께 금속 원소를 갖는 부극 활물질의 결정 상태에 관해서는, 예를 들면, 에너지 분산형 형광 X선 분석(energy dispersive x-ray fluorescence spectroscopy : EDX)에 의해 확인할 수 있다.As a case where a part of negative electrode active material has silicon and a metal element, the case where a part of particulate-form negative electrode active material has silicon and a metal element is mentioned, for example. In this case, the crystal state of the particulate negative electrode active material may be an alloy state in which a complete alloy is formed, or may be a compound state (phase separation state) in which silicon and a metal element are mixed without reaching a complete alloy. The crystal state of the negative electrode active material having a metal element with silicon can be confirmed by, for example, energy dispersive x-ray fluorescence spectroscopy (EDX).
또한, 부극 활물질층(2)은, 예를 들면, 스프레이법을 이용하여 형성된 부분과 함께, 스프레이법 이외의 다른 방법을 이용하여 형성된 부분을 포함하고 있어도 좋다. 이와 같은 다른 방법으로서는, 예를 들면, 기상법, 액상법, 도포법 또는 소성법, 또는 그들의 2종 이상의 방법을 이용하여 형성된다.In addition, the negative electrode
기상법으로서는, 예를 들면, 물리 퇴적법 또는 화학 퇴적법, 구체적으로는 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 도금법, 레이저 어브레이전법, 열화학 기상 성 장(Chemical Vapor Deposition : CVD)법 또는 플라즈마 화학 기상 성장법 등을 들 수 있다. 액상법으로서는, 전기 도금 또는 무전해 도금 등의 공지의 수법을 이용할 수 있다. 도포법이란, 예를 들면, 입자상의 부극 활물질을 결착제 등과 혼합한 후, 용제에 분산시켜서 도포하는 방법이다. 소성법이란, 예를 들면, 도포법을 이용하여 도포한 후, 결착제 등의 융점보다도 높은 온도로 열처리하는 방법이다. 소성법에 관해서도, 공지의 수법을 사용 가능하고, 예를 들면, 분위기 소성법, 반응 소성법 또는 핫 프레스 소성법을 들 수 있다.As the vapor phase method, for example, physical deposition or chemical deposition, specifically, vacuum deposition, sputtering, ion plating, laser ablation, chemical vapor deposition (CVD) or plasma chemical vapor deposition Etc. can be mentioned. As a liquid phase method, well-known methods, such as electroplating or electroless plating, can be used. The coating method is, for example, a method in which a particulate negative electrode active material is mixed with a binder or the like and then dispersed in a solvent and applied. The baking method is a method of heat-treating at a temperature higher than melting | fusing point, such as a binder, after apply | coating using the apply | coating method, for example. Also regarding a baking method, a well-known method can be used, For example, an atmospheric baking method, a reactive baking method, or a hot press baking method is mentioned.
또한, 부극 활물질은, 규소를 구성 원소로서 갖는 재료 외에, 전극 반응 물질을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 다른 재료를 함유하고 있어도 좋다. 이와 같은 다른 재료로서는, 예를 들면, 전극 반응 물질을 흡장 예비 방출하는 것이 가능함과 함께 금속 원소 및 반금속 원소중의 적어도 1종을 구성 원소로서 함유하는 재료(규소를 구성 원소로서 갖는 재료를 제외한다)를 들 수 있다. 이와 같은 재료를 사용하면, 높은 에너지 밀도가 얻어지기 때문에 바람직하다. 이 재료는, 금속 원소 또는 반금속 원소의 단체라도 합금이라도 화합물이라도 좋고, 그들의 1종 또는 2종 이상의 상(相)을 적어도 일부에 갖는 것이라도 좋다.In addition to the material having silicon as a constituent element, the negative electrode active material may contain other materials capable of occluding and releasing the electrode reaction substance. As such another material, for example, it is possible to occlude and release the electrode reaction substance, and to contain at least one of a metal element and a semimetal element as a constituent element (excluding materials having silicon as a constituent element). ). It is preferable to use such a material because a high energy density is obtained. The material may be a single element or an alloy of a metal element, a semimetal element, or a compound, or may have one or two or more phases thereof at least in part.
상기한 금속 원소 또는 반금속 원소로서는, 예를 들면, 전극 반응 물질과 합금을 형성하는 것이 가능한 금속 원소 또는 반금속 원소를 들 수 있다. 구체적으로는, 마그네슘(Mg), 붕소, 알루미늄, 갈륨(Ga), 인듐, 게르마늄, 주석, 납(Pb), 비스무트, 카드뮴(Cd), 은, 아연, 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 팔라듐(Pd) 또는 백금(Pt) 등이고, 그 중에서 주석이 바람직하다. 전극 반응 물질을 흡장 및 방출한 능력이 크기 때문에, 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있기 때문이다. 주석을 함유하는 재료로서는, 예를 들면, 주석의 단체, 합금 또는 화합물이나, 그들의 1종 또는 2종 이상의 상을 적어도 일부에 갖는 재료를 들 수 있다.As said metal element or semimetal element, the metal element or semimetal element which can form an alloy with an electrode reaction substance is mentioned, for example. Specifically, magnesium (Mg), boron, aluminum, gallium (Ga), indium, germanium, tin, lead (Pb), bismuth, cadmium (Cd), silver, zinc, hafnium (Hf), zirconium (Zr), Yttrium (Y), palladium (Pd), platinum (Pt), and the like, and tin is preferred among them. This is because a high energy density can be obtained because the ability to occlude and release the electrode reactant is large. As a material containing tin, the material which has the single substance, alloy, or compound of tin, or at least one of those 1 type, or 2 or more types of phases is mentioned, for example.
주석의 합금으로서는, 예를 들면, 주석 이외의 구성 원소로서, 규소, 니켈, 구리, 철, 코발트, 망간, 아연, 인듐, 은, 티탄, 게르마늄, 비스무트, 안티몬 및 크롬으로 이루어지는 군중의 적어도 1종을 갖는 것을 들 수 있다. 주석의 화합물로서는, 예를 들면, 주석 이외의 구성 원소로서, 산소 또는 탄소를 갖는 것 등을 들 수 있다. 또한, 주석의 화합물은, 예를 들면, 주석 이외의 구성 원소로서, 주석의 합금에 관해 설명한 일련의 원소의 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하고 있어도 좋다. 주석의 합금 또는 화합물의 한 예로서는, SnSiO3, LiSnO 또는 Mg2Sn 등을 들 수 있다.As the alloy of tin, for example, at least one member of the group consisting of silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium as constituent elements other than tin And having one. As a compound of tin, what has oxygen or carbon as a structural element other than tin, etc. are mentioned, for example. In addition, the compound of tin may contain any 1 type, or 2 or more types of a series of elements demonstrated about the alloy of tin as constituent elements other than tin, for example. The alloys or compounds of tin examples, there may be mentioned SnSiO 3, LiSnO, or Mg 2 Sn and the like.
특히, 주석을 구성 원소로서 갖는 재료로서는, 예를 들면, 주석을 제 1의 구성 원소로 하고, 그것에 더하여 제 2 및 제 3의 구성 원소를 갖는 것이 바람직하다. 제 2의 구성 원소는, 코발트, 철, 마그네슘, 티탄, 바나듐(V), 크롬, 망간, 니켈, 구리, 아연, 갈륨, 지르코늄, 니오브(Nb), 몰리브덴, 은, 인듐, 세륨(Ce), 하프늄, 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 비스무트 및 규소로 이루어지는 군중의 적어도 1종이다. 제 3의 구성 원소는, 붕소, 탄소, 알루미늄 및 인(P)으로 이루어지는 군중의 적어도 1종이다. 제 2 및 제 3의 구성 원소를 갖음에 의해, 사이클 특성이 향상하기 때문이다.In particular, as a material having tin as a constituent element, for example, tin is preferably used as the first constituent element, and in addition thereto, it is preferable to have the second and third constituent elements. The second constituent element is cobalt, iron, magnesium, titanium, vanadium (V), chromium, manganese, nickel, copper, zinc, gallium, zirconium, niobium (Nb), molybdenum, silver, indium, cerium (Ce), At least one of the group consisting of hafnium, tantalum (Ta), tungsten (W), bismuth and silicon. The third constituent element is at least one of a crowd consisting of boron, carbon, aluminum, and phosphorus (P). This is because the cycle characteristics are improved by having the second and third constituent elements.
그 중에서도, 주석, 코발트 및 탄소를 구성 원소로서 가지며, 탄소의 함유량이 9.9질량% 이상 29.7질량% 이하, 주석 및 코발트의 합계에 대한 코발트의 비율(Co/(Sn+Co))이 30질량% 이상 70질량% 이하인 SnCoC 함유 재료가 바람직하다. 이와 같은 조성 범위에서, 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있기 때문이다.Among them, tin, cobalt and carbon are constituent elements, and the content of carbon is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the ratio of cobalt (Co / (Sn + Co)) to the total of tin and cobalt is 30 mass%. SnCoC-containing materials which are 70 mass% or more are preferable. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range.
이 SnCoC 함유 재료는, 필요에 응하여, 또다른 구성 원소를 갖고 있어도 좋다. 다른 구성 원소로서는, 예를 들면, 규소, 철, 니켈, 크롬, 인듐, 니오브, 게르마늄, 티탄, 몰리브덴, 알루미늄, 인, 갈륨 또는 비스무트 등이 바람직하고, 그들의 2종 이상을 갖고 있어도 좋다. 보다 높은 효과를 얻을 수 있기 때문이다.This SnCoC containing material may have another structural element as needed. As other constituent elements, silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium, germanium, titanium, molybdenum, aluminum, phosphorus, gallium or bismuth is preferable, for example, and may have two or more of them. This is because a higher effect can be obtained.
또한, SnCoC 함유 재료는, 주석, 코발트 및 탄소를 포함하는 상(相)을 갖고 있고, 그 상은, 저결정성 또는 비정질의 상인 것이 바람직하다. 이 상은, 전극 반응 물질과 반응 가능한 반응상(反應相)이고, 이것에 의해 우수한 사이클 특성을 얻을 수 있도록 되어 있다. 이 상의 X선 회절에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭은, 특정X선으로서 CuKα선을 이용하고, 삽인(揷引) 속도를 1°/min으로 한 경우에, 회절각(2θ)으로 1.0° 이상인 것이 바람직하다. 리튬이 보다 원활히 흡장 및 방출됨과 함께, 전해질과의 반응성이 저감되기 때문이다.In addition, the SnCoC-containing material has a phase containing tin, cobalt, and carbon, and the phase is preferably a low crystalline or amorphous phase. This phase is a reaction phase capable of reacting with the electrode reactant, whereby excellent cycle characteristics can be obtained. The half width of the diffraction peak obtained by X-ray diffraction of the phase is 1.0 ° or more at the diffraction angle (2θ) when CuKα rays are used as specific X-rays and the insertion speed is 1 ° / min. It is preferable. This is because lithium is more easily occluded and released and the reactivity with the electrolyte is reduced.
X선 회절에 의해 얻어진 회절 피크가 리튬과 반응 가능한 반응상에 대응하는 것인지의 여부는, 리튬과의 전기화학적 반응의 전후에 있어서의 X선 회절 차트를 비교함에 의해 용이하게 판단할 수 있다. 예를 들면, 리튬과의 전기화학적 반응의 전후에 있어서 회절 피크의 위치가 변화하면, 리튬과 반응 가능한 반응상에 대응하는 것이다. 이 경우에는, 예를 들면, 저결정성 또는 비정질의 반응상의 회절 피크 가 2θ=20° 내지 50°의 사이에 보여진다. 이 저결정성 또는 비정질의 반응상은, 예를 들면, 상기한 각 구성 원소를 포함하고 있고, 주로, 탄소에 의해 저결정화 또는 비정질화하고 있는 것으로 생각된다.Whether or not the diffraction peak obtained by X-ray diffraction corresponds to the reaction phase capable of reacting with lithium can be easily determined by comparing the X-ray diffraction charts before and after the electrochemical reaction with lithium. For example, if the position of the diffraction peak changes before and after the electrochemical reaction with lithium, it corresponds to the reaction phase capable of reacting with lithium. In this case, for example, a diffraction peak of a low crystalline or amorphous reaction phase is shown between 2θ = 20 ° to 50 °. This low crystalline or amorphous reaction phase contains each of the above-mentioned constituent elements, and is considered to be mainly low crystallized or amorphous by carbon.
또한, SnCoC 함유 재료는, 저결정성 또는 비정질의 상에 더하여, 각 구성 원소의 단체 또는 일부를 포함하는 상을 갖고 있는 경우도 있다.In addition, the SnCoC-containing material may have a phase including a single or part of each constituent element in addition to a low crystalline or amorphous phase.
특히, SnCoC 함유 재료에서는, 구성 원소인 탄소의 적어도 일부가, 다른 구성 원소인 금속 원소 또는 반금속 원소와 결합하고 있는 것이 바람직하다. 주석 등의 응집 또는 결정화가 억제되기 때문이다.In particular, in the SnCoC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon as the constituent element is combined with a metal element or a semimetal element as another constituent element. This is because aggregation or crystallization of tin or the like is suppressed.
원소의 결합 상태를 조사하는 측정 방법으로서는, 예를 들면 X선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy ; XPS)을 들 수 있다. 이 XPS는, 연(軟)X선(시판의 장치에서는 Al-Kα선이나, Mg-Kα선을 이용한다)을 시료 표면에 조사하고, 시료 표면에서 뛰어나오는 광전자의 운동 에너지를 측정함에 의해, 시료 표면부터 수㎚의 영역의 원소 조성, 및 원소의 결합 상태를 조사하는 방법이다.As a measuring method of examining the bonding state of an element, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is mentioned, for example. This XPS irradiates soft X-rays (Al-Kα rays or Mg-Kα rays in commercially available devices) to the surface of the sample, and measures the kinetic energy of photoelectrons that emanate from the surface of the sample. It is a method of examining the element composition of the several nm area | region from the surface, and the bonding state of an element.
원소의 내각(內殼) 궤도전자의 속박 에너지는, 제 1 근사적으로는, 원소상의 전하 밀도와 상관하여 변화한다. 예를 들면, 탄소 원소의 전하 밀도가 부근에 존재하는 원소와의 상호 작용에 의해 감소한 경우에는, 2p전자 등의 외각 전자가 감소하고 있기 때문에, 탄소 원소의 1s전자는 각(殼)으로부터 강한 속박력을 받게 된다. 즉, 원소의 전하 밀도가 감소하면, 속박 에너지는 높아진다. XPS에서는, 속박 에너지가 높아지면, 높은 에너지 영역으로 피크는 시프트하도록 되어 있다.The binding energy of the internal orbital electrons of the element changes approximately in relation to the charge density on the element. For example, when the charge density of a carbon element decreases due to interaction with an element present in the vicinity, since the outer electrons such as 2p electrons decrease, the 1s electron of the carbon element is a strong velocity from the angle. You will be impressed. In other words, when the charge density of the element decreases, the bond energy becomes high. In the XPS, when the binding energy is high, the peak is shifted to a high energy region.
XPS에서, 탄소의 1s궤도(C1s)의 피크는, 그라파이트라면, 금(金) 원자의 4f 궤도(Au4f)의 피크가 84.0eV에서 얻어지도록 에너지 교정된 장치에 있어서, 284.5eV에서 나타난다. 또한, 표면오염 탄소라면, 284.8eV에서 나타난다. 이에 대해, 탄소 원소의 전하 밀도가 높아지는 경우, 예를 들면 탄소보다도 양성(陽性)의 원소와 결합하고 있는 경우에는, C1s의 피크는, 284.5eV보다도 낮은 영역에서 나타난다. 즉, SnCoC 함유 재료에 포함되는 탄소의 적어도 일부가 다른 구성 원소인 금속 원소 또는 반금속 원소 등과 결합하고 있는 경우에는, SnCoC 함유 재료에 대해 얻어지는 C1s의 합성파의 피크가 284.5eV보다도 낮은 영역에서 나타난다.In XPS, the peak of carbon's 1s orbital (C1s), at graphite, appears at 284.5 eV in an energy calibrated device such that the peak at 4f orbit (Au4f) of gold atoms is obtained at 84.0 eV. In addition, if the surface contamination carbon, it appears at 284.8eV. On the other hand, when the charge density of a carbon element becomes high, for example, when couple | bonding with a positive element than carbon, the peak of C1s appears in the area | region lower than 284.5 eV. That is, when at least a part of the carbon contained in the SnCoC-containing material is combined with a metal element or a semimetal element, which is another constituent element, the peak of the C1s synthesized wave obtained for the SnCoC-containing material appears in a region lower than 284.5 eV. .
또한, XPS 측정을 행하는 경우에는, 표면이 표면오염 탄소로 덮이여 있는 때에, XPS 장치에 부속의 아르곤 이온 총(銃)으로 표면을 가볍게 스퍼터하는 것이 바람직하다. 또한, 측정 대상의 SnCoC 함유 재료가 부극(22)중에 존재하는 경우에는, 2차 전지를 해체하여 부극(22)을 취출한 후, 탄산 디메틸 등의 휘발성 용매로 세정하면 좋다. 부극(22)의 표면에 존재하는 휘발성이 낮은 용매와 전해질염을 제거하기 위해서다. 이들의 샘플링은, 부활성 분위기하에서 행하는 것이 바람직하다.In the case of XPS measurement, when the surface is covered with surface-contaminated carbon, it is preferable to lightly sputter the surface with an argon ion gun attached to the XPS apparatus. When the SnCoC-containing material to be measured exists in the
또한, XPS 측정에서는, 스펙트럼의 에너지축(軸)의 보정에, 예를 들면 C1s의 피크를 이용한다. 통상, 물질 표면에는 표면오염 탄소가 존재하고 있기 때문에, 표면오염 탄소의 C1s의 피크를 284.8eV로 하고, 그것을 에너지 기준으로 한다. 또한, XPS 측정에서는, C1s의 피크의 파형은, 표면오염 탄소의 피크와 SnCoC 함유 재료중의 탄소의 피크를 포함하는 형태로서 얻어지기 때문에, 예를 들면 시판의 소프트웨어를 이용하여 해석함에 의해, 표면오염 탄소의 피크와, SnCoC 함유 재료중의 탄소의 피크를 분리한다. 파형의 해석에서는, 최저 속박 에너지측에 존재하는 주(主) 피크의 위치를 에너지 기준(284.8eV)으로 한다.In the XPS measurement, for example, a peak of C1s is used for correction of the energy axis of the spectrum. Usually, since surface-contaminated carbon exists on the surface of a substance, the peak of C1s of surface-contaminated carbon is 284.8 eV, and it is taken as an energy reference | standard. In the XPS measurement, since the waveform of the peak of C1s is obtained as a form including the peak of surface-contaminated carbon and the peak of carbon in the SnCoC-containing material, for example, the surface is analyzed by using commercially available software. The peak of contaminated carbon and the peak of carbon in the SnCoC-containing material are separated. In the analysis of the waveform, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is taken as the energy reference (284.8 eV).
이 SnCoC 함유 재료는, 예를 들면, 각 구성 원소의 원료를 혼합한 혼합물을 전기로, 고주파 유도로 또는 아크 용해로 등에서 용해시킨 후, 응고시킴에 의해 형성 가능하다. 또한, 가스 애토마이즈(gas atomizing) 또는 물(水) 애토마이즈 등의 각종 애토마이즈법(atomization method)이나, 각종 롤 법이나, 메카니컬 알로잉법(mechanical alloying method) 또는 메카니컬 밀링법(mechanical milling method) 등의 메카노케미컬 반응(mechanochemical reaction)을 이용한 방법 등을 이용하여도 좋다. 그 중에서도, 메카노케미컬 반응을 이용하는 방법이 바람직하다. SnCoC 함유 재료가 저결정성 또는 비정질의 구조가 되기 때문이다. 메카노케미컬 반응을 이용하는 방법에서는, 예를 들면, 유성(遊星) 볼밀 장치(planetary ball mill apparatus)나 애틀라이터(attliter) 등의 제조 장치를 이용할 수 있다.This SnCoC-containing material can be formed by, for example, dissolving a mixture in which raw materials of the respective constituent elements are mixed in an electric furnace, a high frequency induction furnace, an arc melting furnace, or the like and then solidifying. In addition, various atomization methods such as gas atomizing or water atomization, various roll methods, mechanical alloying methods, or mechanical milling methods (mechanical milling methods) A method using a mechanochemical reaction such as a milling method) may be used. Especially, the method of using a mechanochemical reaction is preferable. This is because the SnCoC-containing material becomes a low crystalline or amorphous structure. In the method using a mechanochemical reaction, a manufacturing apparatus, such as a planetary ball mill apparatus and an atliter, can be used, for example.
원료로는, 각 구성 원소의 단체를 혼합하여 사용하여도 좋지만, 탄소 이외의 구성 원소의 일부에 대해서는 합금을 사용한 것이 바람직하다. 이와 같은 합금에 탄소를 가하여 메카니컬 알로잉법을 이용하는 방법에 의해 합성함에 의해, 저결정화 또는 비정질의 구조가 얻어지고, 반응 시간도 단축되기 때문이다. 또한, 원료의 형태는, 분체라도 좋고, 괴상이라도 좋다.As a raw material, although the single substance of each structural element may be mixed and used, it is preferable to use an alloy about a part of structural elements other than carbon. This is because by adding carbon to such an alloy and synthesizing it by a method using a mechanical annealing method, a low crystallized or amorphous structure is obtained, and the reaction time is also shortened. In addition, powder may be sufficient as the form of a raw material, and may be a block shape.
이 SnCoC 함유 재료 외에, 주석, 코발트, 철 및 탄소를 구성 원소로서 갖는 SnCoFeC 함유 재료도 바람직하다. 이 SnCoFeC 함유 재료의 조성은, 임의로 설정 가능하다. 예를 들면, 철의 함유량을 적게 설정하는 경우의 조성으로서는, 탄소의 함유량가 9.9질량% 이상 29.7질량% 이하, 철의 함유량이 0.3질량% 이상 5.9질량% 이 하, 주석과 코발트의 합계에 대한 코발트의 비율(Co/(Sn+Co))이 30질량% 이상 70질량% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 예를 들면, 철의 함유량을 많게 설정하는 경우의 조성으로서는, 탄소의 함유량이 11.9질량% 이상 29.7질량% 이하, 주석과 코발트와 철의 합계에 대한 코발트와 철의 합계의 비율((Co+Fe)/(Sn+Co+Fe))이 26.4질량% 이상 48.5질량% 이하, 코발트와 철의 합계에 대한 코발트의 비율(Co/(Co+Fe))이 9.9질량% 이상 79.5질량% 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 조성 범위에서, 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있기 때문이다. 이 SnCoFeC 함유 재료의 결정성, 원소의 결합 상태의 측정 방법, 및 형성 방법 등에 관해서는, 상기한 SnCoC 함유 재료와 마찬가지이다.In addition to the SnCoC-containing material, a SnCoFeC-containing material having tin, cobalt, iron, and carbon as constituent elements is also preferable. The composition of this SnCoFeC-containing material can be arbitrarily set. For example, as a composition in the case of setting iron content small, the content of carbon is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the iron content is 0.3 mass% or more and 5.9 mass% or less, cobalt with respect to the sum total of tin and cobalt. It is preferable that the ratio (Co / (Sn + Co)) is 30 mass% or more and 70 mass% or less. For example, as a composition at the time of setting iron content large, the content of carbon is 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and ratio of the sum of cobalt and iron with respect to the sum total of tin, cobalt, and iron ((Co + Fe) / (Sn + Co + Fe)) is 26.4 mass% or more and 48.5 mass% or less, and the ratio (Co / (Co + Fe)) of cobalt with respect to the sum of cobalt and iron is 9.9 mass% or more and 79.5 mass% or less It is preferable. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range. The crystallinity of the SnCoFeC-containing material, the method of measuring the bonding state of elements, the formation method, and the like are the same as those of the SnCoC-containing material described above.
또한, 전극 반응 물질을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 다른 재료로서는, 예를 들면, 탄소 재료를 들 수 있다. 이 탄소 재료란, 예를 들면, 이흑연화성 탄소나, (002)면의 면 간격이 0.37㎚ 이상의 난흑연화성 탄소나, (002)면의 면 간격이 0.34㎚ 이하의 흑연 등이다. 보다 구체적으로는, 열분해 탄소류, 코크스류, 글라스상 탄소 섬유, 유기 고분자 화합물 소성체, 활성탄 또는 카본블랙류 등이 있다. 이 중, 코크스류에는, 피치 코크스, 니들 코크스 또는 석유 코크스 등이 포함된다. 유기 고분자 화합물 소성체란, 페놀 수지나 푸란 수지 등을 적당한 온도로 소성하여 탄소화한 것을 말한다. 탄소 재료는, 전극 반응 물질의 흡장 및 방출에 수반하는 결정 구조의 변화가 매우 적기 때문에, 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있고, 또한 도전 제로서도 기능하기 때문에 바람직하다. 또한, 탄소 재료의 형상은, 섬유상, 구상(球狀), 입상(粒狀) 또는 인편상(scale-like shape)의 어느 것이라도 좋다.Moreover, as another material which can occlude and discharge | release an electrode reaction substance, a carbon material is mentioned, for example. This carbon material is, for example, digraphitizable carbon, non-graphitizable carbon having a plane spacing of (002) plane of 0.37 nm or more, graphite having a plane spacing of (002) plane of 0.34 nm or less. More specifically, there are pyrolytic carbons, cokes, glassy carbon fibers, organic polymer compound fired bodies, activated carbon or carbon blacks. Among these, cokes include pitch coke, needle coke, petroleum coke, and the like. An organic high molecular compound calcined body means what carbonized the phenol resin, furan resin, etc. by baking at appropriate temperature. The carbon material is preferable because the change in crystal structure associated with occlusion and release of the electrode reaction substance is very small, and thus a high energy density can be obtained and also functions as a conductive agent. The shape of the carbon material may be any of fibrous, spherical, granular, or scale-like shapes.
또한, 전극 반응 물질을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 다른 재료로서는, 예를 들면, 전극 반응 물질을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 금속 산화물 또는 고분자 화합물 등도 들 수 있다. 금속 산화물이란, 예를 들면, 산화철, 산화 루테늄 또는 산화 몰리브덴 등이고, 고분자 화합물이란, 예를 들면, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린 또는 폴리피롤 등이다.Moreover, as another material which can occlude and discharge | release an electrode reaction substance, the metal oxide or high molecular compound which can occlude and release an electrode reaction substance, etc. are mentioned, for example. A metal oxide is iron oxide, ruthenium oxide, molybdenum oxide, etc., for example, and a high molecular compound is polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, etc., for example.
물론, 전극 반응 물질을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 다른 재료는, 상기 이외의 것이라도 좋다. 또한, 상기한 일련의 부극 재료는, 임의의 조합으로 2종 이상 혼합되어도 좋다.Of course, the other material which can occlude and discharge | release an electrode reaction substance may be other than the above. In addition, 2 or more types of said series of negative electrode materials may be mixed by arbitrary combinations.
여기서, 도 2의 A 내지 도 4의 B를 참조하여, 부극의 상세한 구성예에 관해 설명한다. 도 2의 A 내지 도 4의 B는 도 1에 도시한 부극의 일부를 확대하여 나타내고 있고, 각 도면에서의 A는 주사형 전자현미경(scanning electron microscope : SEM) 사진(2차 전자상), B는 A에 도시한 SEM상(像)의 모식도이다. 또한, 도 2의 A 및 B에서는 부극 활물질로서 규소의 단체를 사용한 경우을 나타내고 있고, 도 3의 A 내지 도 4의 B에서는 부극 활물질로서 규소에 금속 원소를 함유시킨 것을 사용한 경우를 나타내고 있다.Here, with reference to A of FIG. 2, B of FIG. 4, the detailed structural example of a negative electrode is demonstrated. 2A to 4B show an enlarged portion of the negative electrode shown in FIG. 1, and A in each drawing is a scanning electron microscope (SEM) photograph (secondary electron image), B Is a schematic diagram of the SEM image shown in A. FIG. In addition, the case where single element of silicon was used as a negative electrode active material is shown by A and B of FIG. 2, and the case which used the thing containing metal element in silicon as a negative electrode active material is shown in FIG.
부극 활물질층(2)은, 상기한 바와 같이, 예를 들면, 스프레이법을 이용하여 부극 집전체(1)상에 규소를 구성 원소로서 갖는 재료가 퇴적됨에 의해 형성된 것이다. 이 부극 활물질층(2)에 포함되는 부극 활물질은, 복수의 입자상을 하고 있고, 즉 부극 활물질층(2)은, 복수의 부극 활물질 입자(201)를 갖고 있다. 이 경우에는, 도 2의 A 내지 도 3의 B에 도시한 바와 같이, 복수의 부극 활물질 입자(201)가 부 극 활물질층(2)의 두께 방향으로 겹처 쌓여진 다층구조를 갖고 있어도 좋고, 또는 도 4의 A 및 B에 도시한 바와 같이, 복수의 부극 활물질 입자(201)가 부극 집전체(1)의 표면에 따라 배열된 단층 구조를 갖고 있어도 좋다.As described above, the negative electrode
이 부극 활물질층(2)은, 예를 들면, 부극 집전체(1)에 부분적으로 연결되어 있고, 부극 집전체(1)에 접촉하는 부분(접촉 부분(P1))과, 부극 집전체(1)에 접촉하지 않는 부분(비접촉 부분(P2))을 갖고 있다. 또한, 부극 활물질층(2)은, 그 내부에 복수의 공극(2K)을 갖고 있다.For example, the negative electrode
부극 활물질 입자(201)중의 일부는, 예를 들면, 편평상을 하고 있다. 즉, 부극 활물질층(2)은, 복수의 부극 활물질 입자(201)중의 일부로서, 몇개의 편평 입자(201P)를 갖고 있다. 이 편평 입자(201P)는, 이웃하는 부극 활물질 입자(201)와 겹쳐지도록 접촉하고 있다.A part of the negative electrode
부극 활물질 입자(201)가 규소와 함께 금속 원소를 갖는 경우에는, 예를 들면, 그 일부가 규소와 금속 원소를 갖고 있다. 이 경우에 있어서의 부극 활물질 입자(201)의 결정 상태는, 합금 상태(AP)라도 좋고, 화합물(상 분리) 상태(SP)라도 좋다. 또한, 규소만을 갖고 있고, 금속 원소를 갖지 않는 부극 활물질 입자(201)의 결정 상태는, 단체 상태(MP)이다.In the case where the negative electrode
이들의 부극 활물질 입자(201)에 관한 3개의 결정 상태(MP, AP, SP)는, 도 4의 A 및 B에 명확하게 나타나 있다. 즉, 단체 상태(MP)의 부극 활물질 입자(201)는, 균일한 회색의 영역으로서 관찰된다. 합금 상태(AP)의 부극 활물질 입자(201)는, 균일한 백색의 영역으로서 관찰된다. 상 분리상태(SP)의 부극 활물질 입 자(201)는, 회색 부분과 백색 부분이 혼재한 영역으로서 관찰된다.Three crystal states (MP, AP, SP) of these negative electrode
이 부극은, 예를 들면, 이하의 순서에 의해 제조된다.This negative electrode is manufactured by the following procedures, for example.
우선, 조면화된 전해 구리박 등으로 이루어지는 부극 집전체(1)를 준비한다. 계속해서, 부극 활물질로서 규소를 갖는 재료를 준비한 후, 스프레이법을 이용하여 부극 집전체(1)의 표면에 상기한 재료를 퇴적시킴에 의해, 부극 활물질층(2)을 형성한다. 이 스프레이법에서는, 규소를 갖는 재료가 부극 집전체(1)의 표면에 용융 상태로 분무된다. 부극 활물질층(2)을 형성하는 경우에는, 규소를 갖는 재료로서, 메디안 지름이 5㎛ 이상 200㎛ 이하인 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 부극 활물질의 입경 분포가 적정화되기 때문이다. 이로써, 부극이 완성된다.First, the
스프레이법을 이용하여 부극 활물질층(2)을 형성하는 경우에는, 예를 들면, 부극 활물질층(2)의 형성 재료의 용융 온도나 냉각 온도를 조정함에 의해, X선 회절에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭(2θ)이나 결정자 사이즈를 변화시킬 수 있다.When forming the negative electrode
이 부극 및 그 제조 방법에 의하면, 스프레이법을 이용하여, 부극 집전체(1)상에, 규소를 구성 원소로서 갖는 부극 활물질을 포함하는 부극 활물질층(2)을 형성하고 있다. 이 때문에, 부극 활물질이 결정성을 갖음과 함께 부극 활물질층(2)(결정성의 부극 활물질)이 부극 집전체(1)에 연결된다. 이 경우에는, 부극 활물질이 비결정성(비정질)인 경우나, 부극 활물질층(2)이 부극 집전체(1)에 연결되지 않은 경우와 비교하여, 부극 활물질의 물성이 경시변화하기 어려워짐과 함께, 전극 반응시에 있어서 부극 활물질층(2)이 팽창 및 수축하기 어렵게 된다. 따라서, 전기 화학 디바이스의 성능 향상에 기여할 수 있다. 보다 구체적으로는, 부극이 2차 전지에 사용되는 경우에는, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성의 향상에 기여할 수 있다.According to this negative electrode and its manufacturing method, the negative electrode
특히, 부극 활물질층(2)이 부극 집전체(1)와의 계면중의 적어도 일부에서 합금화하여 있고, 또는 부극 활물질층(2)이 그 내부에 공극을 갖고 있고, 또는 부극 활물질층(2)이 부극 집전체(1)에 접촉하지 않는 부분을 갖고 있으면, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.In particular, the negative electrode
또한, 부극 활물질이 복수의 입자상을 하고 있는 경우에, 그 부극 활물질중의 적어도 일부가 편평상을 하고 있으면, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.In the case where the negative electrode active material has a plurality of particulates, a higher effect can be obtained if at least a part of the negative electrode active material is flat.
또한, X선 회절에 의해 얻어지는 부극 활물질의 (111)결정면에 있어서의 회절 피크의 반값폭(2θ)이 20°이하이고, 또는 부극 활물질의 (111)결정면에 기인하는 결정자 사이즈가 10㎚ 이상, 바람직하게는 20㎚ 이상 100㎚ 이하이면, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.Moreover, the half value width (2theta) of the diffraction peak in the (111) crystal plane of the negative electrode active material obtained by X-ray diffraction is 20 degrees or less, or the crystallite size resulting from the (111) crystal plane of the negative electrode active material is 10 nm or more, Preferably, a higher effect can be obtained as it is 20 nm or more and 100 nm or less.
또한, 부극 활물질이 산소를 구성 원소로서 가지며, 부극 활물질중에 있어서의 산소의 함유량이 1.5원자수% 이상 40원자수% 이하이고, 또는 부극 활물질이 두께 방향에서 산소를 함유하는 산소 함유 영역을 가지며, 그 산소 함유 영역중에 있어서의 산소의 함유량이 그 이외의 영역에 있어서의 산소의 함유량보다도 높게 되어 있고, 또는 부극 활물질이 철, 니켈, 몰리브덴, 티탄, 크롬, 코발트, 구리, 망간, 아연, 게르마늄, 알미니움, 지르코늄, 은, 주석, 안티몬 및 텅스텐으로 이루어지는 군중의 적어도 1종의 금속 원소를 구성 원소로서 갖고 있으면, 보다 높은 효 과를 얻을 수 있다.In addition, the negative electrode active material has oxygen as a constituent element, and the content of oxygen in the negative electrode active material is 1.5 atomic% or more and 40 atomic% or less, or the negative electrode active material has an oxygen-containing region containing oxygen in the thickness direction, The oxygen content in the oxygen-containing region is higher than the oxygen content in the other region, or the negative electrode active material is iron, nickel, molybdenum, titanium, chromium, cobalt, copper, manganese, zinc, germanium, Higher effects can be obtained by having, as a constituent element, at least one metal element of the group consisting of arminium, zirconium, silver, tin, antimony and tungsten.
또한, 부극 활물질층(2)과 대향하는 부극 집전체(1)의 표면이 조면화되어 있으면, 부극 집전체(1)와 부극 활물질층(2) 사이의 밀착성을 높일 수 있다. 이 경우에는, 부극 집전체(1)의 표면의 10점평균조도(Rz)가 1.5㎛ 이상, 바람직하게는 3㎛ 이상 30㎛ 이하이면, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.In addition, if the surface of the negative electrode
또한, 스프레이법을 이용하여 부극 활물질층(2)을 형성하는 경우에, 그 형성 재료로서 메디안 지름이 5㎛ 이상 200㎛ 이하인 입자를 사용하면, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.Moreover, when forming the negative electrode
다음에, 상기한 부극의 사용례에 관해 설명한다. 여기서, 전기화학 디바이스의 한 예로서 2차 전지를 예로 들면, 상기한 부극은, 이하와 같이 하여 2차 전지에 사용된다.Next, an example of use of the negative electrode described above will be described. Here, taking a secondary battery as an example of an electrochemical device, the above negative electrode is used for a secondary battery as follows.
(제 1의 2차 전지)(First secondary battery)
도 5 및 도 6은 제 1의 2차 전지의 단면 구성을 도시하고 있고, 도 6에서는 도 5에 도시한 VI-VI선을 따른 단면을 도시하고 있다. 여기서 설명하는 2차 전지는, 예를 들면, 부극(22)의 용량이 전극 반응 물질인 리튬의 흡장 및 방출에 의거하여 표시되는 리튬이온 2차 전지이다.5 and 6 show a cross-sectional structure of the first secondary battery, and FIG. 6 shows a cross section along the line VI-VI shown in FIG. 5. The secondary battery described here is, for example, a lithium ion secondary battery whose capacity of the
이 2차 전지는, 주로, 전지 캔(11)의 내부에, 편평한 권회(卷回) 구조를 갖는 전지 소자(20)가 수납된 것이다.This secondary battery mainly contains the
전지 캔(11)은, 예를 들면, 각형의 외장 부재이다. 이 각형의 외장 부재란, 도 6에 도시한 바와 같이, 긴변 방향에서의 단면(斷面)이 직사각형형 또는 개략 직 사각형형(일부에 곡선을 포함한다)의 형상를 갖는 것이고, 직사각형형상의 각형 전지뿐만 아니라 오벌 형상의 각형 전지도 구성하는 것이다. 즉, 각형의 외장 부재란, 직사각형형상 또는 원호를 직선으로 연결한 개략 깆사각형형상(타원 형상)의 개구부를 갖는 바닥이 있는 직사각형형 또는 바닥이 있는 장원형상형의 그릇모양 부재이다. 이름, 도 6에서는, 전지 캔(11)이 직사각형형의 단면 형상을 갖는 경우를 나타내고 있다. 이 전지 캔(11)을 포함하는 전지 구조는, 이른바 각형이라고 불리고 있다.The battery can 11 is a rectangular exterior member, for example. As shown in Fig. 6, the rectangular exterior member has a rectangular or roughly rectangular shape (including a curve in part) in a longitudinal direction, and has a rectangular rectangular battery. In addition, an oval rectangular battery is also constructed. That is, a rectangular exterior member is a bottomed rectangular or bottomed rectangular bowl-shaped member having an opening of a rectangular (elliptical) shape in which a rectangular shape or an arc is connected in a straight line. In FIG. 6, the case where the battery can 11 has a rectangular cross-sectional shape is shown. The battery structure containing this battery can 11 is called what is called a square.
이 전지 캔(11)은, 예를 들면, 철, 알루미늄 또는 그들의 합금 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있고, 전극 단자로서의 기능을 갖고 있는 경우도 있다. 이 경우에는, 충방전시에 전지 캔(11)의 견고함(변형하기 어려움)을 이용하여 2차 전지의 팽창을 억제하기 위해, 알루미늄보다도 굳은 철이 바람직하다. 전지 캔(11)이 철에 의해 구성되는 경우에는, 예를 들면, 니켈 등의 도금이 시행되어 있어도 좋다.The battery can 11 is made of, for example, metal material such as iron, aluminum, or an alloy thereof, and may have a function as an electrode terminal. In this case, iron which is harder than aluminum is preferable in order to suppress expansion of the secondary battery by using the rigidity (hard to deform) of the battery can 11 during charging and discharging. When the battery can 11 is made of iron, for example, plating of nickel or the like may be performed.
또한, 전지 캔(11)은, 일단부 및 타단부가 각각 폐쇄 및 개방된 중공 구조를 갖고 있고, 그 개방단부에 절연판(12) 및 전지 덮개(13)가 부착되어 밀폐되어 있다. 절연판(12)은, 전지 소자(20)와 전지 덮개(13) 사이에, 그 전지 소자(20)의 권회 주면(周面)에 대해 수직으로 배치되어 있고, 예를 들면, 폴리프로필렌 등에 의해 구성되어 있다. 전지 덮개(13)는, 예를 들면, 전지 캔(11)과 같은 재료에 의해 구성되어 있고, 그것과 마찬가지로 전극 단자로서의 기능을 갖고 있어도 좋다.In addition, the battery can 11 has a hollow structure in which one end and the other end are closed and opened, respectively, and the insulating
전지 덮개(13)의 외측에는, 정극 단자가 되는 단자판(14)이 마련되어 있고, 그 단자판(14)은, 절연 케이스(16)를 통하여 전지 덮개(13)로부터 전기적으로 절연되어 있다. 이 절연 케이스(16)는, 예를 들면, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등에 의해 구성되어 있다. 또한, 전지 덮개(13)의 거의 중앙에는 관통구멍이 마련되어 있고, 그 관통구멍에는, 단자판(14)과 전기적으로 접속편 됨과 함께 개스킷(17)을 통하여 전지 덮개(13)로부터 전기적으로 절연되도록 정극 핀(15)이 삽입되어 있다. 이 개스킷(17)은, 예를 들면, 절연 재료에 의해 구성되어 있고, 그 표면에는 아스팔트가 도포되어 있다.On the outside of the
전지 덮개(13)의 주연(周緣) 부근에는, 개열(開裂) 밸브(18) 및 주입구멍(19)이 마련되어 있다. 개열 밸브(18)는, 전지 덮개(13)와 전기적으로 접속되어 있고, 내부 단락 또는 외부로부터의 가열 등에 기인하여 전지의 내압이 일정 이상이 된 경우에, 전지 덮개(13)로부터 분리되어 내압을 개방하도록 되어 있다. 주입구멍(19)은, 예를 들면, 스테인리스 강구(鋼球)로 이루어지는 밀봉 부재(19A)에 의해 막혀 있다.The
전지 소자(20)는, 세퍼레이터(23)를 통하여 정극(21) 및 부극(22)이 적층 및 권회된 것이고, 전지 캔(11)의 형상에 응하여 편평상으로 되어 있다. 정극(21)의 단부(예를 등면 내종단부)에는 알루미늄 등의 금속 재료에 의해 구성된 정극 리드(24)가 부착되어 있고, 부극(22)의 단부(예를 들면 외종단부)에는 니켈 등의 금속 재료에 의해 구성된 부극 리드(25)가 부착되어 있다. 정극 리드(24)는, 정극 핀(15)의 일단에 용접되어 단자판(14)과 전기적으로 접속되어 있고, 부극 리드(25)는, 전지 캔(11)에 용접되어 전기적으로 접속되어 있다.The
정극(21)은, 예를 들면, 한 쌍의 면을 갖는 정극 집전체(21A)의 양면에 정극 활물질층(21B)이 마련된 것이다. 단, 정극 활물질층(21B)은, 정극 집전체(21A)의 편면만에 마련되어 있어도 좋다.The
정극 집전체(21A)는, 예를 들면, 알루미늄, 니켈 또는 스테인리스 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있다.21 A of positive electrode electrical power collectors are comprised with metal materials, such as aluminum, nickel, or stainless steel, for example.
정극 활물질층(21B)은, 정극 활물질로서, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 정극 재료의 어느 1종 또는 2종 이상을 포함하고 있고, 필요에 응하여, 정극 결착제나 정극 도전제 등의 다른 재료를 포함하고 있어도 좋다.The positive electrode
리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 정극 재료로서는, 예를 들면, 리튬 함유 화합물이 바람직하다. 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있기 때문이다. 이 리튬 함유 화합물로서는, 예를 들면, 리튬과 천이금속 원소를 포함하는 복합 산화물이나, 리튬과 천이금속 원소를 포함하는 인산 화합물 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 천이금속 원소로서 코발트, 니켈, 망간 및 철로 이루어지는 군중의 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다. 보다 높은 전압을 얻을 수 있기 때문이다. 그 화학식은, 예를 들면, LixM1O2 또는 LiyM2PO4로 표시된다. 식중, M1 및 M2는, 1종류 이상의 천이금속 원소를 나타낸다. x 및 y의 값은, 충방전 상태에 Ekfk 다르고, 통상, 0.05≤x≤1.10, 0.05≤y≤1.10이다.As a positive electrode material which can occlude and release lithium, a lithium containing compound is preferable, for example. This is because a high energy density can be obtained. As this lithium containing compound, the composite oxide containing lithium and a transition metal element, the phosphoric acid compound containing lithium and a transition metal element, etc. are mentioned, for example. Especially, it is preferable to contain at least 1 sort (s) of the group which consists of cobalt, nickel, manganese, and iron as a transition metal element. This is because a higher voltage can be obtained. The chemical formula is represented by Li x M10 2 or Li y M2PO 4 , for example. In the formula, M1 and M2 represent one or more kinds of transition metal elements. The values of x and y differ from Ekfk in the state of charge and discharge, and are usually 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10.
리튬과 천이금속 원소를 포함하는 복합 산화물로서는, 예를 들면, 리튬 코발트 복합산화물(LixCoO2), 리튬 니켈 복합 산화물(LixNiO2), 리튬 니켈 코발트 복합 산화물(LixNi1-zCozO2(z<1)), 리튬 니켈 코발트 만간 복합 산화물(LixNi(1-v-w)CovMnwO2(v+w<1)), 또는 스피넬형 구조를 갖는 리튬 망간 복합 산화물(LiMn2O4) 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 코발트를 포함하는 복합 산화물이 바람직하다. 높은 용량을 얻을 수 있음과 함께, 우수한 사이클 특성도 얻어지기 때문이다. 또한, 리튬과 천이금속 원소를 포함하는 인산 화합물로서는, 예를 들면, 리튬 철 인산 화합물(LiFePO4) 또는 리튬 철 망간 인산 화합물(LiFe1-uMnuPO4(u<1)) 등을 들 수 있다.Examples of the composite oxide containing lithium and transition metal elements include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni 1-z). Co z O 2 (z <1)), lithium nickel cobalt manganese composite oxide (Li x Ni (1-vw) Co v Mn w O 2 (v + w <1)), or lithium manganese composite with a spinel structure Oxides (LiMn 2 O 4 ); and the like. Especially, the composite oxide containing cobalt is preferable. This is because a high capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can also be obtained. Moreover, as a phosphate compound containing lithium and a transition metal element, a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (u <1)) etc. are mentioned, for example. Can be.
이 밖에, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 정극 재료로서는, 예를 들면, 산화티탄, 산화 바나듐 또는 2산화 망간 등의 산화물이나, 2황화 티탄 또는 황화 몰리브덴 등의 2황화물이나, 셀렌화 니오브 등의 칼코겐화물이나, 유황, 폴리아닐린 또는 폴리티오펜 등의 도전성 고분자도 들 수 있다.In addition, examples of the positive electrode material capable of occluding and releasing lithium include oxides such as titanium oxide, vanadium oxide or manganese dioxide, disulfides such as titanium sulfide and molybdenum sulfide, and niobium selenide. Or a conductive polymer such as chalcogenide, sulfur, polyaniline or polythiophene.
물론, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 정극 재료는, 상기 이외의 것이라도 좋다. 또한, 상기한 일련의 정극 재료는, 임의의 조합으로 2종 이상 혼합되어도 좋다.Of course, the positive electrode material which can occlude and discharge | release lithium may be other than the above. Moreover, 2 or more types of said series of positive electrode materials may be mixed by arbitrary combinations.
정극 결착제로서는, 예를 들면, 스티렌부타디엔계 고무, 불소계 고무 또는 에틸렌프로필렌디엔 등의 합성 고무나, 폴리불화 비닐리덴 등의 고분자 재료를 들 수 있다. 이들은 단독이라도 좋고, 복수종이 혼합되어도 좋다.Examples of the positive electrode binder include synthetic rubber such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber or ethylene propylene diene, and polymer materials such as polyvinylidene fluoride. These may be individual or multiple types may be mixed.
정극 도전제로서는, 예를 들면, 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙 또는 케첸 블랙 등의 탄소 재료를 들 수 있다. 이들은 단독이라도 좋고, 복수종이 혼합되어도 좋다. 또한, 정극 도전제는, 도전성을 갖는 재료라면, 금속 재료 또는 도전성 고분 자 등이라도 좋다.As a positive electrode electrically conductive agent, carbon materials, such as graphite, carbon black, acetylene black, or Ketjen black, are mentioned, for example. These may be individual or multiple types may be mixed. The positive electrode conductive agent may be a metal material or a conductive polymer, as long as it is a material having conductivity.
부극(22)은, 상기한 부극과 같은 구성을 갖고 있고, 예를 들면, 한 쌍의 면을 갖는 부극 집전체(22A)의 양면에 부극 활물질층(22B)이 마련된 것이다. 부극 집전체(22A) 예비 부극 활물질층(22B)의 구성은, 각각 상기한 부극에 있어서의 부극 집전체(1) 및 부극 활물질층(2)의 구성과 마찬가지이다. 이 부극(22)에서는, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료에 있어서의 충전 가능한 용량이, 정극(21)의 방전 용량보다도 크게 되어 있는 것이 바람직하다.The
세퍼레이터(23)는, 정극(21)과 부극(22)을 격리하고, 양극의 접촉에 기인하는 전류의 단락을 방지하면서 전극 반응 물질의 이온을 통과시키는 것이다. 이 세퍼레이터(23)는, 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌등의 합성수지로 이루어지는 다공질막이나, 세라믹으로 이루어지는 다공질막 등에 의해 구성되어 있고, 이들의 2종 이상의 다공질막이 적층된 것이라도 좋다.The
이 세퍼레이터(23)에는, 액상의 전해질인 전해액이 함침되어 있다. 이 전해액은, 용매와, 그것에 용해된 전해질염을 포함하고 있다.The
용매는, 예를 들면, 유기 용제 등의 비수(非水) 용매의 1종 또는 2종 이상을 함유하고 있다. 이하에서 설명하는 일련의 용매는, 임의로 조합되어도 좋다.A solvent contains 1 type, or 2 or more types of non-aqueous solvents, such as an organic solvent, for example. The series of solvents described below may be arbitrarily combined.
비수 용매로서는, 예를 들면, 탄산 에틸렌, 탄산 프로필렌, 탄산 부틸렌, 탄산 디메틸, 탄산 디에틸, 탄산 에틸메틸, 탄산 메틸프로필, γ-부티롤락톤, γ-발레롤락톤, 1,2-디메톡시에탄, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 테트라히드로피란, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 1,3-디옥산, 1,4-디옥산, 아세트 산 메틸, 아세트산 에틸, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 낙산 메틸, 이소낙산 메틸, 트리메틸아세트산 메틸, 트리메틸아세트산 에틸, 아세토니트릴, 글루타로니트릴, 아디포니트릴, 메톡시아세토니트릴, 3-메톡시프로피오니트릴, N,N-디메틸포름아미드, N-메틸피롤리디논, N-메틸옥사졸리디논, N,N'-디메틸이미다졸리디논, 니트로메탄, 니트로에탄, 술포란, 인산 트리메틸, 또는 디메틸술폭시드 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 탄산 에틸렌, 탄산 프로필렌, 탄산 디메틸, 탄산 디에틸 및 탄산 에틸메틸로 이루어지는 군중의 적어도 1종이 바람직하다. 이 경우에는, 탄산 에틸렌또는 탄산 프로필렌 등의 고점도(고유전율) 용매(예를 들면 비유전율(ε)≥30)와 탄산 디메틸, 탄산 에틸메틸 또는 탄산 디에틸 등의 저점도 용매(예를 들면 점도≤1mPa·s)와의 조합이 보다 바람직하다. 전해질염의 해리성 및 이온의 이동도가 향상하기 때문이다.As the nonaqueous solvent, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methylpropyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dime Methoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, Methyl Acetate, Ethyl Acetate, Methyl Propionate, Ethyl Propionate, Methyl Butyrate, Methyl Isobutyrate, Methyl Trimethyl Acetate, Ethyl Trimethyl Acetate, Acetonitrile, Glutaronitrile, Adiponitrile, Methoxyacetonitrile, 3-methoxypropio Nitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N'-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, trimethyl phosphate, or dimethyl sulfoxide Seed etc. are mentioned. Especially, at least 1 sort (s) of the group which consists of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate is preferable. In this case, a high viscosity (high dielectric constant) solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate (e.g. relative permittivity (?) ≥ 30) and a low viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or diethyl carbonate (e.g. viscosity A combination with ≦ 1 mPa · s) is more preferred. This is because dissociation of electrolyte salts and mobility of ions are improved.
특히, 용매는, 화학식 1로 표시되는 할로겐을 구성 원소로서 갖는 쇄상 탄산 에스테르 및 화학식 2로 표시되는 할로겐을 구성 원소로서 갖는 환상 탄산 에스테르중의 적어도 1종을 함유하고 있는 것이 바람직하다. 충방전시에 있어서 부극(22)의 표면에 안정된 보호막이 형성된기 때문에, 전해액의 분해 반응이 억제되기 때문이다.In particular, the solvent preferably contains at least one of a chain carbonate having a halogen represented by the formula (1) as a constituent element and a cyclic carbonate having a halogen represented by the formula (2) as a constituent element. This is because a stable protective film is formed on the surface of the
(R11 내지 R16은 수소기, 할로겐기, 알킬기 또는 할로겐화 알킬기이고, 그들 중의 적어도 하나는 할로겐기 또는 할로겐화 알킬기이다)(R11 to R16 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group)
(R17 내지 R20은 수소기, 할로겐기, 알킬기 또는 할로겐화 알킬기이고, 그들 중의 적어도 하나는 할로겐기 또는 할로겐화 알킬기이다)(R17 to R20 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group)
화학식 1중의 R11 내지 R16은, 동일하여도 좋고, 달라도 좋다. 즉, R11 내지 R16의 종류에 관해서는, 상기한 일련의 기의 범위 내에서 개별적으로 설정 가능하다. 화학식 2중의 R17 내지 R20에 대해서도, 마찬가지이다.R11 to R16 in the formula (1) may be the same or different. That is, the types of R11 to R16 can be set individually within the range of the series described above. The same applies to R17 to R20 in the formula (2).
할로겐의 종류는, 특히 한정되지 않지만, 그 중에서도, 불소, 염소 또는 브롬이 바람직하고, 불소가 보다 바람직하다. 높은 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 다른 할로겐과 비교하여, 높은 효과를 얻을 수 있기 때문이다.Although the kind of halogen is not specifically limited, Especially, fluorine, chlorine, or bromine is preferable, and fluorine is more preferable. This is because a high effect can be obtained. This is because a high effect can be obtained in comparison with other halogens.
단, 할로겐의 수는, 하나보다도 2개가 바람직하고, 또한 3개 이상이라도 좋다. 보호막을 형성한 능력이 높아지고, 보다 강고하고 안정된 보호막이 형성되기 때문에, 전해액의 분해 반응이 보다 억제되기 때문이다.However, the number of halogens is preferably two or more than one, and may be three or more. This is because the ability to form a protective film is increased, and a stronger and more stable protective film is formed, so that the decomposition reaction of the electrolyte solution is more suppressed.
화학식 1에 표시한 할로겐을 갖는 쇄상 탄산 에스테르로서는, 예를 들면, 탄산 플루오로메틸메틸, 탄산 비스(플루오로메틸) 또는 탄산 디플루오로메틸메틸 등을 들 수 잇다. 이들은 단독이라도 좋고, 복수종이 혼합되어도 좋다. 그 중에서도, 탄산 비스(플루오로메틸)이 바람직하다. 높은 효과를 얻을 수 있기 때문이다.Examples of the linear carbonate ester having a halogen represented by the formula (1) include fluoromethylmethyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, difluoromethylmethyl carbonate, and the like. These may be individual or multiple types may be mixed. Especially, bis (fluoromethyl) carbonate is preferable. This is because a high effect can be obtained.
화학식 2에 표시한 할로겐을 갖는 환상 탄산 에스테르로서는, 예를 들면, 화학식 3 및 화학식 4로 표시되는 일련의 화합물을 들 수 있다. 즉, 화학식 3에 표시한 (1)의 4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온, (2)의 4-클로로-1,3-디옥솔란-2-온, (3)의 4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온, (4)의 테트라플루오로-1,3-디옥솔란-2-온, (5)의 4-클로로-5-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온, (6)의 4,5-디클로로-1,3-디옥솔란-2-온, (7)의 테트라클로로-1,3-디옥솔란-2-온, (8)의 4,5-비스트리플루오로메틸-1,3-디옥솔란-2-온, (9)의 4-트리플루오로메틸-1,3-디옥솔란-2-온, (10)의 4,5-디플루오로-4,5-디메틸-1,3-디옥솔란-2-온, (11)의 4,4-디플루오로-5-메틸-1,3-디옥솔란-2-온, (12)의 4-에틸-5,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온 등이다. 또한, 화학식 4에 표시한 (1)의 4-플루오로-5-트리플루오로메틸-1,3-디옥솔란-2-온, (2)의 4-메틸-5-트리플루오로-메틸-1,3-디옥솔란-2-온, (3)의 4-플루오로-4,5-디메틸-1,3-디옥솔란-2-온, (4)의 5-(1,1-디플루오로에틸)-4,4-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온, (5)의 4,5-디클로로-4,5-디메틸-1,3-디옥솔란-2-온, (6)의 4-에틸-5-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온, (7)의 4-에틸-4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온, (8)의 4-에틸-4,5,5-트리플루오로-1,3-디옥솔란-2-온, (9)의 4-플루오로-4-메틸-1,3-디옥솔란-2-온 등이다. 이들은 단독이라도 좋고, 복수종이 혼합되어도 좋다.Examples of the cyclic carbonate having a halogen represented by the formula (2) include a series of compounds represented by the formulas (3) and (4). That is, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one of (1), 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one of (2), and (3) 4,5-Difluoro-1,3-dioxolan-2-one, (4) tetrafluoro-1,3-dioxolan-2-one, (5) 4-chloro-5-fluoro -1,3-dioxolan-2-one, 4,5-dichloro-1,3-dioxolan-2-one of (6), tetrachloro-1,3-dioxolan-2-one of (7) , 4,5-bistrifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one of (8), 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one of (9), (10 4,5-difluoro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one of), 4,4-difluoro-5-methyl-1,3-dioxolane- of (11)- 2-one, 4-ethyl-5,5-difluoro-1,3-dioxolane-2-one of (12), and the like. In addition, 4-fluoro-5-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one of (1) shown in the general formula (4), 4-methyl-5-trifluoro-methyl- of (2) 1,3-dioxolan-2-one, (3) 4-fluoro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one, (4) 5- (1,1-difluoro Roethyl) -4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-dichloro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one of (5), 4-ethyl-5-fluoro-1,3-dioxolan-2-one of (6), 4-ethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one of (7) , 4-ethyl-4,5,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one of (8), 4-fluoro-4-methyl-1,3-dioxolane of (9)- 2-on and the like. These may be individual or multiple types may be mixed.
그 중에서도, 4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온 또는 4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온이 바람직하고, 4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온이 보다 바람직하다. 특히, 4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온으로서는, 시스 이성체보다도 트랜스 이성체가 바람직하다. 용이하게 입수 가능함과 함께, 높은 효과를 얻을 수 있기 때문이 다.Among them, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one or 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferred, and 4,5-difluoro-1 , 3-dioxolane-2-one is more preferred. In particular, as 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, a trans isomer is more preferable than a cis isomer. This is because it is easily available and a high effect can be obtained.
또한, 용매는, 화학식 5 내지 화학식 7로 표시되는 불포화 결합을 갖는 환상 탄산 에스테르를 함유하고 있는 것이 바람직하다. 전해액의 화학적 안정성이 보다 향상하기 때문이다. 이들은 단독이라도 좋고, 복수종이 혼합되어도 좋다.In addition, the solvent preferably contains a cyclic carbonate having an unsaturated bond represented by the formulas (5) to (7). It is because the chemical stability of electrolyte solution improves more. These may be individual or multiple types may be mixed.
(R21 및 R22는 수소기 또는 알킬기이다)(R21 and R22 are hydrogen or alkyl group)
(R23 내지 R26은 수소기, 알킬기, 비닐기 또는 알릴기이고, 그들 중 적어도 하나는 비닐기 또는 알릴기이다)(R23 to R26 are hydrogen group, alkyl group, vinyl group or allyl group, at least one of them is vinyl group or allyl group)
(R27은 알킬렌기이다)(R27 is an alkylene group)
화학식 5에 표시한 불포화 결합을 갖는 환상 탄산 에스테르는, 탄산 비닐렌계 화합물이다. 이 탄산 비닐렌계 화합물로서는, 예를 들면, 탄산 비닐렌(1,3-디옥솔-2-온), 탄산 메틸비닐렌(4-메틸-1,3-디옥솔-2-온), 탄산 에틸비닐렌(4-에틸-1,3-디옥솔-2-온), 4,5-디메틸-1,3-디옥솔-2-온, 4,5-디에틸-1,3-디옥솔-2-온, 4-플루오로-1,3-디옥솔-2-온, 또는 4-트리플루오로메틸-1,3-디옥솔-2-온 등을 들 수 있고, 그 중에서도, 탄산 비닐렌이 바람직하다. 용역에 입수 가능함과 함께, 높은 효과를 얻을 수 있기 때문이다.The cyclic carbonate having an unsaturated bond represented by the formula (5) is a vinylene carbonate compound. Examples of the vinylene carbonate compound include vinylene carbonate (1,3-dioxol-2-one), methylvinylene carbonate (4-methyl-1,3-dioxol-2-one), and ethyl carbonate. Vinylene (4-ethyl-1,3-dioxol-2-one), 4,5-dimethyl-1,3-dioxol-2-one, 4,5-diethyl-1,3-dioxol- 2-one, 4-fluoro-1,3-dioxol-2-one, or 4-trifluoromethyl-1,3-dioxol-2-one, etc. are mentioned, Especially, vinylene carbonate This is preferred. This is because the service can be obtained and a high effect can be obtained.
화학식 6에 표시한 불포화 결합을 갖는 환상 탄산 에스테르는, 탄산 비닐에틸렌계 화합물이다. 탄산 비닐에틸렌계 화합물로서는, 예를 들면, 탄산 비닐에틸렌(4-비닐-1,3-디옥솔란-2-온), 4-메틸-4-비닐-1,3-디옥솔란-2-온, 4-에틸-4-비닐-1,3-디옥솔란-2-온, 4-n-프로필-4-비닐-1,3-디옥솔란-2-온, 5-메틸-4-비닐-1,3-디옥솔란-2-온, 4,4-디비닐-1,3-디옥솔란-2-온, 또는 4,5-디비닐-1,3-디옥솔란-2-온 등을 들 수 있고, 그 중에서도, 탄산 비닐에틸렌이 바람직하다. 용이하게 입수 가능함과 함께, 높은 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 물론, R23 내지 R26으로서는, 전부가 비닐기라도 좋고, 전부가 알릴기라도 좋고, 비닐기와 알릴기가 혼재하고 있어도 좋다.The cyclic carbonate having an unsaturated bond represented by the formula (6) is a vinyl ethylene compound. As a vinyl ethylene carbonate type compound, For example, vinyl ethylene carbonate (4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one), 4-methyl-4- vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-ethyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-n-propyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 5-methyl-4-vinyl-1, 3-dioxolane-2-one, 4,4-divinyl-1,3-dioxolan-2-one, or 4,5-divinyl-1,3-dioxolan-2-one, etc. are mentioned, Among these, vinyl ethylene carbonate is preferable. This is because it is easily available and a high effect can be obtained. Of course, as R23-R26, all may be a vinyl group, all may be an allyl group, and a vinyl group and an allyl group may be mixed.
화학식 7에 표시한 불포화 결합을 갖는 환상 탄산 에스테르는, 탄산 메틸렌에틸렌계 화합물이다. 탄산 메틸렌에틸렌계 화합물로서는, 4-메틸렌-1,3-디옥솔란-2-온, 4,4-디메틸-5-메틸렌-1,3-디옥솔란-2-온, 또는 4,4-디에틸-5-메틸렌-1,3-디 옥솔란-2-온 등을 들 수 있다. 이 탄산 메틸렌에틸렌계 화합물로서는, 하나의 메틸렌기를 갖는 것(화학식 7에 표시한 화합물) 외에, 2개의 메틸렌기를 갖는 것이라도 좋다.The cyclic carbonate having an unsaturated bond represented by the formula (7) is a methylene ethylene compound. Examples of the methylene ethylene carbonate compound include 4-methylene-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-dimethyl-5-methylene-1,3-dioxolan-2-one, or 4,4-diethyl -5-methylene-1,3-dioxolan-2-one etc. are mentioned. As this methylene ethylene-type compound, what has two methylene groups other than what has one methylene group (compound shown by Formula (7)) may be sufficient.
또한, 불포화 결합을 갖는 환상 탄산 에스테르로서는, 화학식 5 내지 화학식 7에 표시한 것 외에, 벤젠환을 갖는 탄산 카테콜(카테콜 카보네이트) 등이라도 좋다.As the cyclic carbonate having an unsaturated bond, carbonate catechol (catechol carbonate) or the like having a benzene ring may be used, in addition to those shown in the formulas (5) to (7).
또한, 용매는, 술톤(환상 술폰산 에스테르)이나 산 무수물을 함유하고 있는 것이 바람직하다. 전해액의 화학적 안정성이 보다 향상하기 때문이다.Moreover, it is preferable that a solvent contains sultone (cyclic sulfonic acid ester) and an acid anhydride. It is because the chemical stability of electrolyte solution improves more.
술톤으로서는, 예를 들면, 프로판술톤 또는 푸로펜술톤 등을 들 수 있고, 그 중에서도, 푸로펜술톤이 바람직하다. 이들은 단독이라도 좋고, 복수종이 혼합되어도 좋다. 용매중에 있어서의 술톤의 함유량은, 예를 들면, 0.5중량% 이상 5중량% 이하이다.Examples of the sultone include propane sultone, furopen sultone, and the like, and among them, furopen sultone is preferable. These may be individual or multiple types may be mixed. The content of sultone in the solvent is, for example, 0.5% by weight or more and 5% by weight or less.
산 무수물로서는, 예를 들면, 호박산 무수물, 글루타르산 무수물 또는 말레인산 무수물 등의 카르본산 무수물이나, 에탄디술폰산 무수물 또는 프로판디술폰산 무수물 등의 디술폰산 무수물이나, 술포안식향산 무수물, 술포프로피온산 무수물 또는 술포낙산 무수물 등의 카르본산과 술폰산의 무수물 등을 들 수 있고, 그 중에서도, 호박산 무수물 또는 술포안식향산 무수물이 바람직하다. 이들은 단독으로도 풀고, 복수종이 혼합되어도 좋다. 용매중에 있어서의 산 무수물의 함유량은, 예를 들면, 0.5중량% 이상 5중량% 이하이다.Examples of the acid anhydride include, for example, carboxylic anhydrides such as succinic anhydride, glutaric anhydride or maleic anhydride, disulfonic anhydrides such as ethanedisulfonic anhydride or propanedisulfonic anhydride, sulfobenzoic anhydride, sulfopropionic anhydride or sulfo Anhydrides of carboxylic acid and sulfonic acid, such as butyrate anhydride, etc. are mentioned, Especially, a succinic anhydride or a sulfobenzoic anhydride is preferable. These may be unwound independently and multiple types may be mixed. Content of the acid anhydride in a solvent is 0.5 weight% or more and 5 weight% or less, for example.
전해질염은, 예를 들면, 리튬염 등의 경금속염의 어느 1종 또는 2종 이상을 함유하고 있다. 이하에서 설명하는 일련의 전해질염은, 임의로 조합하여도 좋다.The electrolyte salt contains, for example, any one or two or more kinds of light metal salts such as lithium salts. The series of electrolyte salts described below may be arbitrarily combined.
리튬염으로서는, 예를 들면, 6불화인산 리튬, 4불화붕산 리튬, 과염소산 리튬, 6불화비산 리튬, 테트라페닐붕산 리튬(LiB(C6H5)4), 메탄술폰산 리튬(LiCH3SO3), 트리플루오로메탄슬폰산 리튬(LiCF3SO3), 테트라클로로알루민산 리튬(LiAlCl4), 6불화규산 2리튬(Li2SiF6), 염화 리튬(LiCl), 또는 브롬화 리튬(LiBr) 등을 들 수 있다. 전기화학 디바이스에 있어서, 우수한 전기적 성능을 얻을 수 있기 때문이다.Examples of lithium salts include lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, lithium hexafluoroborate, lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5 ) 4 ), and lithium methanesulfonate (LiCH 3 SO 3 ). Lithium trifluoromethanesulfonic acid (LiCF 3 SO 3 ), lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ), lithium hexafluorosilicate (Li 2 SiF 6 ), lithium chloride (LiCl), or lithium bromide (LiBr); Can be mentioned. This is because excellent electrical performance can be obtained in an electrochemical device.
그 중에서도, 6불화인산 리튬, 4불화붕산 리튬, 과염소산 리튬 및 6불화비산 리튬으로 이루어지는 군중의 적어도 1종이 바람직하고, 6불화인산 리튬이 보다 바람직하다. 내부 저항이 저하되기 때문에, 보다 높은 효과를 얻을 수 있기 때문이다.Especially, at least 1 sort (s) of the group which consists of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluorophosphate is preferable, and lithium hexafluorophosphate is more preferable. This is because a higher effect can be obtained because the internal resistance is lowered.
특히, 전해질염은, 화학식 8 내지 화학식 10으로 표시되는 화합물로 이루어지는 군중의 적어도 1종을 함유하고 있는 것이 바람직하다. 상기한 6불화인산 리튬 등과 함께 사용된 경우에, 보다 높은 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 또한, 화학식 8중의 R31 및 R33은, 동일하여도 좋고, 달라도 좋다. 이것은, 화학식 9중의 R41 내지 R43 및 화학식 10중의 R51 및 R52에 대해서도 마찬가지이다.In particular, it is preferable that electrolyte salt contains at least 1 sort (s) of the group which consists of a compound represented by General formula (8)-(10). This is because when used in combination with the lithium hexafluorophosphate or the like, a higher effect can be obtained. In addition, R31 and R33 in Formula (8) may be the same and may differ. This also applies to R41 to R43 in the formula (9) and R51 and R52 in the formula (10).
(X31은 장주기형 주기표에 있어서의 1족 원소 또는 2족 원소, 또는 알루미늄이다. M31은 천이금속 원소, 또는 장주기형 주기표에 있어서의 13족 원소, 14족 원소 또는 15족 원소이다. R31은 할로겐기이다. Y31은 -(O=)C-R32-C(=O)-, -(O=)C-C(R33)2- 또는 -(O=)C-C(=O)-이다. 단, R32는 알킬렌기, 할로겐화 알킬렌기, 아릴렌기 또는 하로겐화 아릴렌기이다. R33은 알킬기, 할로겐화 알킬기, 아릴기 또는 할로겐화 아릴기이다. 또한, a3은 1 내지 4의 정수(整數)이고, b3은 0, 2 또는 4이고, c3, d3, m3 및 n3은 1 내지 3의 정수이다)(X31 is a
(X41은 장주기형 주기표에 있어서의 1족 원소 또는 2족 원소이다. M41은 천이금속 원소, 또는 장주기형 주기표에 있어서의 13족 원소, 14족 원소 또는 15족 원소이다. Y41은 -(O=)C-(C(R41)2)b4-C(=O)-, -(R43)2C-(C(R42)2)c4-C(=O)-, -(R43)2C-(C(R42)2)c4-C(R43)2-, -(R43)2C-(C(R42)2)c4-S(=O)2-, -(O=)2S-(C(R42)2)d4-S(=O)2- 또는 -(O=)C-(C(R42)2)d4-S(=O)2-이다. 단, R41 및 R43은 수소기, 알킬기, 할로겐기 또는 할로겐화 알킬기이고, 각각 중의 적어도 하나는 할로겐기 또는 할로겐화 알킬기이다. R42는 수소기, 알킬기, 할로겐기 또는 할로겐화 알킬기이다. 또한, a4, e4 및 n4는 1 또는 2이고, b4 및 d4는 1 내지 4의 정수이고, c4는 0 내지 4의 정수이고, f4 및 m4는 1 내지 3의 정수이다)(X41 is a
(X51은 장주기형 주기표에 있어서의 1족 원소 또는 2족 원소이다. M51은 천이금속 원소, 또는 장주기형 주기표에 있어서의 13족 원소, 14족 원소 또는 15족 원소이다. Rf는 불소화 알킬기 또는 불소화 아릴기이고, 어느 탄소수도 1 내지 10이다. Y51은 -(O=)C-(C(R51)2)d5-C(=O)-, -(R52)2C-(C(R51)2)d5-C(=O)-, -(R52)2C-(C(R51)2)d5-C(R52)2-, -(R52)2C-(C(R51)2)d5-S(=O)2-, -(O=)2S-(C(R51)2)e5-S(=O)2- 또는 -(O=)C-(C(R51)2)e5-S(=O)2-이다. 단, R51은 수소기, 알킬기, 할로겐기 또는 할로겐화 알킬기이다. R52는 수소기, 알킬기, 할로겐기 또는 할로겐화 알킬기이고, 그 중의 적어도 하나는 할로겐기 또는 할로겐화 알킬기이다. 또한, a5, f5 및 n5는 1 또는 2이고, b5, c5 및 e5는 1 내지 4의 정수이고, d5는 0 내지 4의 정수이고, g5 및 m5는 1 내지 3의 정수이다)(X51 is a
또한, 장주기형 주기표란, IUPAC(국제 순정·응용화학 연합)가 제창하는 무기화학 명명법 개정판에 의해 표시되는 것이다. 구체적으로는, 1족 원소란, 수소, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘 및 프랑슘이다. 2족 원소란, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 라듐이다. 13족 원소란, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐 및 탈륨이다. 14족 원소란, 탄소, 규소, 게르마늄, 주석 및 납이다. 15족 원소란, 질소, 인, 비소, 안티몬 및 비스무트이다.In addition, a long-period type periodic table is represented by the revised edition of the Inorganic Chemistry Nomenclature proposed by the International Union of Pure and Applied Chemistry. Specifically,
화학식 8에 표시한 화합물로서는, 예를 들면, 화학식 11의 (1) 내지 (6)으로 표시되는 화합물 등을 들 수 있다. 화학식 9에 표시한 화합물로서는, 예를 들면, 화학식 12의 (1) 내지 (8)로 표되는 화합물 등을 들 수 있다. 화학식 10에 표시한 화합물로서는, 예를 들면, 화학식 13으로 표시된 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 화학식 8 내지 화학식 10에 표시한 구조를 갖는 화합물이라면, 화학식 11 내지 화학식 13에 표시한 화합물로 한정되지 않음은 말할 필요도 없다.As a compound represented by General formula (8), the compound etc. which are represented by (1)-(6) of General formula (11) are mentioned, for example. As a compound represented by General formula (9), the compound etc. which are represented by (1)-(8) of General formula (12) are mentioned, for example. As a compound represented by General formula (10), the compound etc. which are represented by General formula (13) are mentioned, for example. In addition, if it is a compound which has a structure shown in Formula (8)-Formula (10), it cannot be overemphasized that it is not limited to the compound shown in Formula (11)-(13).
또한, 전해질염은, 화학식 14 내지 화학식 16로 표시되는 화합물로 이루어지는 군중의 적어도 1종을 함유하고 있어도 좋다. 상기한 6불화인산 리튬 등과 함께 사용된 경우에, 보다 높은 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 또한, 화학식 14중의 m 및 n는, 동일하여도 좋고, 달라도 좋다. 이것은, 화학식 16중의 p, q 및 r에 대해서도 마찬가지이다.Moreover, the electrolyte salt may contain at least 1 sort (s) of the crowd which consists of a compound represented by General formula (14)-(16). This is because when used in combination with the lithium hexafluorophosphate or the like, a higher effect can be obtained. In addition, m and n in
(m 및 n는 1 이상의 정수이다)(m and n are integers of 1 or more)
(R61은 탄소수가 2 이상 4 이하의 직쇄상 또는 분기상의 퍼플루오로알킬렌기이다)(R61 is a C2-C4 straight or branched perfluoroalkylene group)
(p, q 및 r는 1 이상의 정수이다)(p, q and r are integers of 1 or more)
화학식 14에 도시한 쇄상의 화합물로서는, 예를 들면, 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드리튬(LiN(CF3SO2)2), 비스(펜타플루오로에탄술포닐)이미드리튬(LiN(C2F5SO2)2), (트리플루오로메탄술포닐)(펜타플루오로에탄술포닐)이미드리튬(LiN(CF3SO2)(C2F5SO2)), (트리플루오로메탄술포닐)(헵타플루오로프로판술포닐)이미드리튬(LiN(CF3SO2)(C3F7SO2)), 또는 (트리플루오로메탄술포닐)(노나플루오로부탄 술포닐)이미드리튬(LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)) 등을 들 수 있다. 이들은 단독이라도 좋고, 복수종이 혼합되어도 좋다.Examples of the chain compound shown in the formula (14) include bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) and bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide lithium ( LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 ), (trifluoromethanesulfonyl) (pentafluoroethanesulfonyl) imide lithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 )), ( Trifluoromethanesulfonyl) (heptafluoropropanesulfonyl) imide lithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 3 F 7 SO 2 )), or (trifluoromethanesulfonyl) (nonnafluorobutane Sulfonyl) imide lithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 )) and the like. These may be individual or multiple types may be mixed.
화학식 15에 표시한 환상의 화합물로서는, 예를 들면, 화학식 17로 표시되는 일련의 화합물을 들 수 있다. 즉, 화학식 17에 표시한 (1)의 1,2-퍼플루오로에탄디술포닐이미드리튬, (2)의 1,3-퍼플루오로프로판디술포닐이미드리튬, (3)의 1,3-퍼플루오로부탄디술포닐이미드리튬, (4)의 1,4-퍼플루오로부탄디술포닐이미드리튬 등이다. 이들은 단독이라도 좋고, 복수종이 혼합되어도 좋다. 그 중에서도, 1,2-퍼플루오로에탄디술포닐이미드리튬이 바람직하다. 높은 효과를 얻을 수 있기 때문이다.As a cyclic compound represented by General formula (15), a series of compounds represented by General formula (17) are mentioned, for example. That is, 1,2-perfluoroethane disulfonylimide lithium of (1) shown in General formula (17), 1, 3- perfluoro propane disulfonylimide lithium of (2), and 1,3 of (3) -Perfluorobutane disulfonylimide lithium, the 1, 4- perfluoro butane disulfonylimide lithium of (4), etc .; These may be individual or multiple types may be mixed. Especially, 1, 2- perfluoro ethane disulfonylimide lithium is preferable. This is because a high effect can be obtained.
화학식 16에 표시한 쇄상의 화합물로서는, 예를 들면, 리튬트리스(트리플루 오로메탄술포닐)메티드(LiC(CF3SO2)3) 등을 들 수 있다.Examples of the chain compound represented by the formula (16) include lithium tris (trifluoromethanesulfonyl) methide (LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ) and the like.
전해질염의 함유량은, 용매에 대해 0.3mol/㎏ 이상 3.0mol/㎏ 이하인 것이 바람직하다. 이 범위 외에서는, 이온 전도성이 극단적으로 저하될 가능성이 있기 때문이다.It is preferable that content of electrolyte salt is 0.3 mol / kg or more and 3.0 mol / kg or less with respect to a solvent. It is because there exists a possibility that ion conductivity may fall extremely outside this range.
이 2차 전지는, 예를 들면, 이하의 순서에 의해 제조된다.This secondary battery is manufactured by the following procedures, for example.
우선, 정극(21)을 제작한다. 최초에, 정극 활물질과, 정극 결착제와, 정극 도전제를 혼합하여 정극 합제(合劑)로 한 후, 유기 용제에 분산시켜서 페이스트상의 정극 합제 슬러리로 한다. 계속해서, 독터 블레이드 또는 바 코터 등을 이용하여 정극 집전체(21A)의 양면에 정극 합제 슬러리를 균일하게 도포하여 건조시킨다. 최후로, 필요에 응하여 가열하면서, 롤 프레스기 등을 이용하여 도막을 압축 성형하여 정극 활물질층(21B)을 형성한다. 이 경우에은, 압축 성형을 복수회에 걸쳐서 반복하여도 좋다.First, the
다음에, 상기한 부극의 제작 순서와 같은 순서에 의해, 부극 집전체(22A)의 양면에 부극 활물질층(22B)을 형성하여 부극(22)을 제작한다.Next, the negative electrode
다음에, 정극(21) 및 부극(22)을 이용하여 전지 소자(20)를 제작한다. 최초에, 정극 집전체(21A)에 정극 리드(24)를 용접 등을 하여 부착함과 함께, 부극 집전체(22A)에 부극 리드(25)를 용접 등을 하여 부착한다. 계속해서, 세퍼레이터(23)를 통하여 정극(21)과 부극(22)을 적층시킨 후, 긴변 방향에서 권회시킨다. 최후로, 편평한 형상이 되도록 권회체를 성형한다.Next, the
2차 전지의 조립은, 이하와 같이 하여 행한다. 최초에, 전지 캔(11)의 내부에 전지 소자(20)를 수납한 후, 그 전지 소자(20)상에 절연판(12)을 배치한다. 계속해서, 정극 리드(24)를 정극 핀(15)에 용접 등을 하여 접속시킴과 함께, 부극 리드(25)를 전지 캔(11)에 용접 등을 하여 접속시킨 후, 레이저 용접 등에 의해 전지 캔(11)의 개방단부에 전지 덮개(13)를 고정한다. 최후로, 주입구멍(19)으로부터 전지 캔(11)의 내부에 전해액을 주입하여 세퍼레이터(23)에 함침시킨 후, 그 주입구멍(19)을 밀봉 부재(19A)로 막는다. 이로써, 도 5 및 도 6에 도시한 2차 전지가 완성된다.The secondary battery is assembled as follows. First, after storing the
이 2차 전지에서는, 충전을 행하면, 예를 들면, 정극(21)으로부터 리튬이온이 방출되고, 세퍼레이터(23)에 함침된 전해액을 통하여 부극(22)에 흡장된다. 한편, 방전을 행하면, 예를 들면, 부극(22)으로부터 리튬이온이 방출되고, 세퍼레이터(23)에 함침된 전해액을 통하여 정극(21)에 흡장된다.In this secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the
이 각형의 2차 전지에 의하면, 부극(22)이 상기한 부극과 같은 구성을 갖고 있기 때문에, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 향상시킬 수 있다.According to this rectangular secondary battery, since the
특히, 전해액의 용매가, 화학식 1에 표시한 할로겐을 갖는 쇄상 탄산 에스테르 및 화학식 2에 표시한 할로겐을 갖는 환상 탄산 에스테르중의 적어도 1종이나, 화학식 5 내지 화학식 7에 표시한 불포화 결합을 갖는 환상 탄산 에스테르중의 적어도 1종이나, 술톤이나, 산 무수물을 함유하고 있으면, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.In particular, the solvent of the electrolyte solution is at least one of the chain carbonate ester having a halogen represented by the formula (1) and the cyclic carbonate ester having a halogen represented by the formula (2), or the ring having an unsaturated bond represented by the formulas (5) to (7). If it contains at least 1 sort (s) of carbonate ester, sultone, and an acid anhydride, a higher effect can be acquired.
또한, 전해질염의 전해질염이, 6불화인산 리튬, 4불화붕산 리튬, 과염소산 리튬 및 6불화비산 리튬으로 이루어지는 군중의 적어도 1종이나, 화학식 8 내지 화학식 10에 표시한 화합물로 이루어지는 군중의 적어도 1종이나, 화학식 14 내지 화학식 16에 표시한 화합물로 이루어지는 군중의 적어도 1종을 함유하고 있으면, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.Moreover, the electrolyte salt of electrolyte salt is at least 1 sort (s) of the crowd which consists of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluoro fluoride, or at least 1 sort (s) of crowd consisting of the compound shown by Formula (8)-(10). However, higher effect can be obtained if it contains at least 1 sort (s) of the crowd which consists of a compound shown by General formula (14)-(16).
또한, 전지 캔(11)이 굳은 금속제라면, 부드러운 필름제인 경우와 비교하여, 부극 활물질층(22B)이 팽창 및 수축한 때에 부극(22)이 파손되기 어렵게 된다. 따라서, 사이클 특성을 보다 향상시킬 수 있다. 이 경우에는, 전지 캔(11)이 알루미늄보다도 굳은 철제라면, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.If the battery can 11 is made of hard metal, the
이 2차 전지에 관한 상기 이외의 효과는, 상기한 부극과 마찬가지이다.Effects other than the above regarding this secondary battery are the same as the above-mentioned negative electrode.
(제 2의 2차 전지)(Second secondary battery)
도 7 및 도 8은 제 2의 2차 전지의 단면 구성을 도시하고 있고, 도 8에서는 도 7에 도시한 권회 전극체(40)의 일부를 확대하여 도시하고 있다. 제 2의 2차 전지는, 예를 들면, 상기한 제 1의 2차 전지와 마찬가지로, 리튬이온 2차 전지이다. 이 제 2의 2차 전지는, 주로, 거의 중공 원주형상의 전지 캔(31)의 내부에, 세퍼레이터(43)를 통하여 정극(41)과 부극(42)이 적층 및 권회된 권회 전극체(40)와, 한 쌍의 절연판(32, 33)이 수납된 것이다. 이 전지 캔(31)을 포함하는 전지 구조는, 이른바 원통형이라고 불리고 있다.7 and 8 show the cross-sectional structure of the second secondary battery, and in FIG. 8, a part of the
전지 캔(31)은, 예를 들면, 상기한 제 1의 2차 전지에서의 전지 캔(11)과 같은 금속 재료에 의해 구성되어 있고, 그 일단부 및 타단부는 각각 폐쇄 및 개방되어 있다. 한 쌍의 절연판(32, 33)은, 권회 전극체(40)를 상하에서 끼우고, 그 권회 주면(周面)에 대해 수직으로 연재되도록 배치되어 있다.The battery can 31 is made of, for example, the same metal material as the battery can 11 in the first secondary battery, and one end and the other end thereof are closed and open, respectively. The pair of insulating
전지 캔(31)의 개방단부에는, 전지 덮개(34)와, 그 내측에 마련된 안전밸브 기구(35) 및 열감 저항 소자(Positive Temperature Coefficient : PTC 소자)(36)가, 개스킷(37)을 통하여 코킹됨에 의해 부착되어 있다. 이로써, 전지 캔(31)의 내부는 밀폐되어 있다. 전지 덮개(34)는, 예를 들면, 전지 캔(31)과 같은 금속 재료에 의해 구성되어 있다. 안전밸브 기구(35)는, 열감 저항 소자(36)을 통하여 전지 덮개(34)와 전기적으로 접속되어 있다. 이 안전밸브 기구(35)에서는, 내부 단락, 또는 외부로부터의 가열 등에 기인하여 내압이 일정 이상이 된 경우에, 디스크판(35A)이 반전하여 전지 덮개(34)와 권회 전극체(40) 사이의 전기적 접속을 절단하게 되어 있다. 열감 저항 소자(36)은, 온도의 상승에 응하여 저항이 증대함에 의해 전류를 제한하고, 대전류에 기인하는 이상한 발열을 방지하는 것이다. 개스킷(37)은, 예를 들면, 절연 재료에 의해 구성되어 있고, 그 표면에는 아스팔트가 도포되어 있다.At the open end of the battery can 31, a
권회 전극체(40)의 중심에는, 센터 핀(44)이 삽입되어 있어도 좋다. 이 권회 전극체(40)에서는, 알루미늄 등의 금속 재료에 의해 구성된 정극 리드(45)가 정극(41)에 접속되어 있음과 함께, 니켈 등의 금속 재료에 의해 구성된 부극 리드(46)가 부극(42)에 접속되어 있다. 정극 리드(45)는, 안전밸브 기구(35)에 용접 등이 되어 전지 덮개(34)와 전기적으로 접속되어 있고, 부극 리드(46)는, 전지 캔(31)에 용접 등이 되어 전기적으로 접속되어 있다.The
정극(41)은, 예를 들면, 한 쌍의 면을 갖는 정극 집전체(41A)의 양면에 정극 활물질층(41B)이 마련된 것이다. 부극(42)은, 상기한 부극과 같은 구성을 갖고 있고, 예를 들면, 한 쌍의 면을 갖는 부극 집전체(42A)의 양면에 부극 활물질층(42B)이 마련된 것이다. 정극 집전체(41A), 정극 활물질층(41B), 부극 집전체(42A), 부극 활물질층(42B) 및 세퍼레이터(43)의 구성, 및 전해액의 조성은, 각각 상기한 제 1의 2차 전지에서의 정극 집전체(21A), 정극 활물질층(21B), 부극 집전체(22A), 부극 활물질층(22B) 및 세퍼레이터(23)의 구성, 및 전해액의 조성과 마찬가지이다.For example, the positive electrode
이 2차 전지는, 예를 들면, 이하의 순서에 의해 제조된다.This secondary battery is manufactured by the following procedures, for example.
우선, 예를 들면, 상기한 제 1의 2차 전지에서의 정극(21) 및 부극(22)의 제작 순서와 같은 순서에 의해, 정극 집전체(41A)의 양면에 정극 활물질층(41B)을 형성하여 정극(41)을 제작함과 함께, 부극 집전체(42A)의 양면에 부극 활물질층(42B)을 형성하여 부극(42)을 작제한다. 계속해서, 정극(41)에 정극 리드(45)를 용접 등을 하여 부착함과 함께, 부극(42)에 부극 리드(46)를 용접 등을 하여 부착한다. 계속해서, 세퍼레이터(43)를 통하여 정극(41)과 부극(42)을 적층 및 권회시켜서 권회 전극체(40)를 제작한 후, 그 권회 중심에 센터 핀(44)을 삽입한다. 계속해서, 한 쌍의 절연판(32, 33)으로 끼우면서 권회 전극체(40)를 전지 캔(31)의 내부에 수납함과 함께, 정극 리드(45)의 선단부를 안전밸브 기구(35)에 용접하고, 부극 리드(46)의 선단부를 전지 캔(31)에 용접한다. 계속해서, 전지 캔(31)의 내부에 전해액을 주입하고 세퍼레이터(43)에 함침시킨다. 최후로, 전지 캔(31)의 개구단부에 전지 덮개(34), 안전밸브 기구(35) 및 열감 저항 소자(36)을 개스킷(37)을 통하여 코킹하여 고정한다. 이로써, 도 7 및 도 8에 도시한 2차 전지가 완성된다.First, for example, the positive electrode
이 2차 전지에서는, 충전을 행하면, 예를 들면, 정극(41)으로부터 리튬이온이 방출되고, 전해액을 통하여 부극(42)에 흡장된다. 한편, 방전을 행하면, 예를 들면, 부극(42)으로부터 리튬이온이 방출되고, 전해액을 통하여 정극(41)에 흡장된다.In this secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the
이 원통형의 2차 전지에 의하면, 부극(42)이 상기한 부극과 같은 구성을 갖고 있기 때문에, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 향상시킬 수 있다. 이 2차 전지에 관한 상기 이외의 효과는, 제 1의 2차 전지와 마찬가지이다.According to this cylindrical secondary battery, since the
(제 3의 2차 전지)(Third secondary battery)
도 9는 제 3의 2차 전지의 분해 사시 구성을 도시하고 있고, 도 10은 도 9에 도시한 X-X선을 따른 단면을 확대하여 도시하고 있다. 제 3의 2차 전지는, 예를 들면, 상기한 제 1의 2차 전지와 마찬가지로, 리튬이온 2차 전지이다. 이 제 3의 2차 전지는, 주로, 필름형상의 외장 부재(60)의 내부에, 정극 리드(51) 및 부극 리드(52)가 부착된 권회 전극체(50)가 수납된 것이다. 이 외장 부재(60)를 포함하는 전지 구조는, 이른바 라미네이트 필름형이라고 불리고 있다.FIG. 9 shows an exploded perspective configuration of the third secondary battery, and FIG. 10 shows an enlarged cross section along the X-X line shown in FIG. 9. The third secondary battery is a lithium ion secondary battery, for example, similarly to the above-described first secondary battery. In this third secondary battery, the
정극 리드(51) 및 부극 리드(52)는, 예를 들면, 외장 부재(60)의 내부로부터 외부를 향하여 동일 방향으로 도출되어 있다. 정극 리드(51)는, 예를 들면, 알루미늄 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있고, 부극 리드(52)는, 예를 들면, 구리, 니켈 또는 스텐레스 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있다. 이들의 금속 재료는, 예를 들면, 박판형상 또는 그물눈 형상(網目狀)으로 되어 있다.The
외장 부재(60)는, 예를 들면, 나일론 필름, 알루미늄박 및 폴리에틸렌필름이 이 순서로 부합된 알루미늄 라미네이트 필름에 의해 구성되어 있다. 이 외장 부재(60)는, 예를 들면, 폴리에틸렌필름이 권회 전극체(50)와 대향하도록, 2매의 직사각형형의 알루미늄 라미네이트 필름의 외연부끼리가 융착 또는 접착제에 의해 서로 접착된 구조를 갖고 있다.The
외장 부재(60)와 정극 리드(51) 및 부극 리드(52) 사이에는, 외기의 침입을 방지하기 위해 밀착 필름(61)이 삽입되어 있다. 이 밀착 필름(61)은, 정극 리드(51) 및 부극 리드(52)에 대해 밀착성을 갖는 재료에 의해 구성되어 있다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 변성 폴리에틸렌또는 변성 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지를 들 수 있다.The
또한, 외장 부재(60)는, 상기한 알루미늄 라미네이트 필름에 대신하여, 다른 적층 구조를 갖는 라미네이트 필름에 의해 구성되어 있어도 좋고, 폴리프로필렌 등의 고분아이 필름 또는 금속 필름에 의해 구성되어 있어도 좋다.In addition, the
권회 전극체(50)는, 세퍼레이터(55) 및 전해질(56)을 통하여 정극(53)과 부극(54)이 적층 및 권회된 것이고, 그 최외주부는, 보호 테이프(57)에 의해 보호되어 있다.The
정극(53)은, 예를 들면, 한 쌍의 면을 갖는 정극 집전체(53A)의 양면에 정극 활물질층(53B)이 마련된 것이다. 부극(54)은, 상기한 부극과 같은 구성을 갖고 있고, 예를 들면, 한 쌍의 면을 갖는 부극 집전체(54A)의 양면에 부극 활물질층(54B)이 마련된 것이다. 정극 집전체(53A), 정극 활물질층(53B), 부극 집전체(54A), 부극 활물질층(54B) 및 세퍼레이터(55)의 구성은, 각각 상기한 제 1의 2차 전지에서 의 정극 집전체(21A), 정극 활물질층(21B), 부극 집전체(22A), 부극 활물질층(22B) 및 세퍼레이터(23)의 구성과 마찬가지이다.The
전해질(56)은, 전해액과, 그것을 지지하는 고분자 화합물을 포함하고 있고, 이른바 겔상의 전해질이다. 겔 전해질은, 높은 이온 전도률(예를 들면, 실온에서 1mS/㎝ 이상)을 얻을 수 있음과 함께 누액이 방지되기 때문에 바람직하다.The
고분자 화합물로서는, 예를 들면, 폴리아크릴로니트릴, 폴리불화 비닐리덴, 폴리불화 비닐리덴과 폴리헥사플루오로피렌과의 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리헥사플루오로프로필렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리포스파젠, 폴리실록산, 폴리아세트산 비닐, 폴리비닐알코올, 폴리메타크릴산 메틸, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴-부타디엔 고무, 폴리스티렌, 또는 폴리카보네이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독이라도 좋고, 복수종이 혼합되어도 좋다. 그 중에서도, 폴리아크릴로니트릴, 폴리불화 비닐리덴, 폴리헥사플루오로프로필렌 또는 폴리에틸렌옥사이드가 바람직하다. 전기화학적으로 안정이기 때문이다.Examples of the high molecular compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, copolymers of polyvinylidene fluoride and polyhexafluoropyrene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, and polypropylene. Oxides, polyphosphazenes, polysiloxanes, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene, polycarbonate, and the like. . These may be individual or multiple types may be mixed. Especially, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, or polyethylene oxide is preferable. This is because it is electrochemically stable.
전해액의 조성은, 제 1의 2차 전지에서의 전해액의 조성과 마찬가지이다. 단, 겔상의 전해질인 전해질(56)에 있어서, 전해액의 용매란, 액상의 용매뿐만 아니라, 전해질염을 해리시키는 것이 가능한 이온 전도성을 갖는 것까지 포함하는 넓은 개념이다. 따라서, 이온 전도성을 갖는 고분자 화합물을 이용하는 경우에는, 그 고분자 화합물도 용매에 포함된다.The composition of electrolyte solution is the same as that of the electrolyte solution in a 1st secondary battery. However, in the
또한, 전해액을 고분자 화합물에 보존지시킨 겔상의 전해질(56)에 대신하여, 전해액을 그대로 사용하여도 좋다. 이 경우에는, 전해액이 세퍼레이터(55)에 함침된다.In addition, you may use the electrolyte solution as it is instead of the
이 겔상의 전해질(56)을 구비한 2차 전지는, 예를 들면, 이하의 3종류의 순서에 의해 제조된다.The secondary battery provided with this
제 1의 제조 방법에서는, 최초에, 예를 들면, 상기한 제 1의 2차 전지에서의 정극(21) 및 부극(22)의 제작 순서와 같은 순서에 의해, 정극 집전체(53A)의 양면에 정극 활물질층(53B)을 형성하여 정극(53)을 제작함과 함께, 부극 집전체(54A)의 양면에 부극 활물질층(54B)을 형성하여 부극(54)을 제작한다. 계속해서, 전해액과, 고분자 화합물과, 용제를 포함하는 전구(前驅) 용액을 조제하여 정극(53) 및 부극(54)에 도포한 후, 용제를 휘발시켜서 겔상의 전해질(56)을 형성한다. 계속해서, 정극 집전체(53A)에 정극 리드(51)를 부착함과 함께, 부극 집전체(54A)에 부극 리드(52)를 부착한다. 계속해서, 전해질(56)이 형성된 정극(53)과 부극(54)을 세퍼레이터(55)를 통하여 적층 및 권회한 후, 그 최외주부에 보호테이프(57)를 접착시켜서 권회 전극체(50)를 제작한다. 최후로, 예를 들면, 2장의 필름형상의 외장 부재(60)의 사이에 권회 전극체(50)를 끼워 넣은 후, 그 외장 부재(60)의 외연부끼리를 열융착 등으로 접착시켜서 권회 전극체(50)를 봉입한다. 이 때, 정극 리드(51) 및 부극 리드(52)와 외장 부재(60) 사이에, 밀착 필름(61)을 삽입한다. 이로써, 도 9 및 도 10에 도시한 2차 전지가 완성된다.In the first manufacturing method, both surfaces of the positive electrode
제 2의 제조 방법에서는, 최초에, 정극(53)에 정극 리드(51)를 부착함과 함께, 부극(54)에 부극 리드(52)를 부착한다. 계속해서, 세퍼레이터(55)를 통하여 정 극(53)과 부극(54)을 적층하여 권회시킨 후, 그 최외주부에 보호 테이프(57)를 접착시켜서, 권회 전극체(50)의 전구체인 권회체를 제작한다. 계속해서, 2장의 필름형상의 외장 부재(60)의 사이에 권회체를 끼워 넣은 후, 1변의 외주연부를 제외한 나머지 외주연부를 열융착 등으로 접착시켜서, 주머니형상의 외장 부재(60)의 내부에 권회체를 수납한다. 계속해서, 전해액과, 고분자 화합물의 원료인 모노머와, 중합 개시제와, 필요에 응하여 중합 금지제 등의 다른 재료를 포함하는 전해질용 조성물을 조제하여 주머니형상의 외장 부재(60)의 내부에 주입한 후, 외장 부재(60)의 개구부를 열융착 등으로 밀봉한다. 최후로, 모노머를 열중합시켜서 고분자 화합물로 함에 의해, 겔상의 전해질(56)을 형성한다. 이로써, 2차 전지가 완성된다.In the second manufacturing method, first, the
제 3의 제조 방법에서는, 최초에, 고분자 화합물이 양면에 도포된 세퍼레이터(55)를 이용하는 것을 제외하고, 상기한 제 2의 제조 방법과 마찬가지로, 권회체를 형성하여 주머니형상의 외장 부재(60)의 내부에 수납한다. 이 세퍼레이터(55)에 도포하는 고분자 화합물로서는, 예를 들면, 불화 비닐리덴을 성분으로 하는 중합체, 즉 단독 중합체, 공중합체 또는 다원(多元) 공중합체 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 폴리불화 비닐리덴이나, 불화 비닐리덴 및 헥사플루오로프로필렌을 성분으로 하는 2원계 공중합체나, 불화 비닐리덴, 헥사플루오로프로필렌 및 클로로트리플루오로에틸렌을 성분으로 한 3원계 공중합체 등이다. 또한, 고분자 화합물은, 상기한 불화 비닐리덴을 성분으로 하는 중합체와 함께, 다른 1종 또는 2종 이상의 고분자 화합물을 포함하고 있어도 좋다. 계속해서, 전해액을 조제하여 외장부재(60)의 내부에 주입한 후, 그 외장 부재(60)의 개구부를 열융착 등으로 밀봉한다. 최후로, 외장 부재(60)에 가중(加重)을 걸면서 가열하고, 고분자 화합물을 통하여 세퍼레이터(55)를정극(53) 및 부극(54)에 밀착시킨다. 이로써, 전해액이 고분자 화합물에 함침하고, 그 고분자 화합물이 겔화하여 전해질(56)이 형성되기 때문에, 2차 전지가 완성된다.In the third manufacturing method, a wound body is formed by forming a wound body in the same manner as in the second manufacturing method described above, except that the
이 제 3의 제조 방법에서는, 제 1의 제조 방법과 비교하여, 2차 전지의 팽창이 억제된다. 또한, 제 3의 제조 방법에서는, 제 2의 제조 방법과 비교하여, 고분자 화합물의 원료인 모노머나 용매 등이 전해질(56)중에 거의 남지 않고, 게다가 고분자 화합물의 형성 공정이 양호에 제어되기 때문에, 정극(53), 부극(54) 및 세퍼레이터(55)와 전해질(56) 사이에 잇어서 충분한 밀착성을 얻을 수 있다.In this third manufacturing method, expansion of the secondary battery is suppressed as compared with the first manufacturing method. In addition, in the third manufacturing method, since the monomer, the solvent, and the like which are the raw materials of the high molecular compound are hardly left in the
이 라미네이트 필름형의 2차 전지에 의하면, 부극(54)이 상기한 부극과 같은 구성를 갖고 있기 때문에, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 향상시킬 수 있다. 이 2차 전지에 관한 상기 이외의 효과는, 제 1의 2차 전지와 마찬가지이다.According to this laminated film type secondary battery, since the
[실시예]EXAMPLE
본 발명의 실시예에 관해 상세히 설명한다.Embodiments of the present invention will be described in detail.
(실시예 1-1)(Example 1-1)
이하의 순서에 의해, 도 9 및 도 10에 도시한 라미네이트 필름형의 2차 전지를 제조하였다. 이 때, 부극(54)의 용량이 리튬의 흡장 및 방출에 의거하여 표시되는 리튬이온 2차 전지가 되도록 하였다.The laminated film secondary battery shown in FIG. 9 and FIG. 10 was manufactured by the following procedure. At this time, the capacity of the
최초에, 정극(53)을 제작하였다. 우선, 탄산 리튬(Li2CO3)과 탄산 코발 트(CoCO3)를 0.5 : 1의 몰비로 혼합한 후, 공기중에서 900℃로 5시간 소성함에 의해, 리튬 코발트 복합 산화물(LiCoO2)을 얻었다. 계속해서, 정극 활물질로서 리튬 코발트 복합 산화물 91질량부와, 정극 도전제로서 그라파이트 6질량부와, 정극 결착제로서 폴리불화 비닐리덴 3질량부를 혼합하여 정극 합제로 한 후, N-메틸-2-피롤리돈에 분산시킴에 의해, 페이스트상의 정극 합제 슬러리로 하였다. 최후로, 띠 모양의 알루미늄박(두께=12㎛)으로 이루어지는 정극 집전체(53A)의 양면에 정극 합제 슬러리를 균일하게 도포하여 건조시킨 후, 롤 프레스기로 압축 성형함에 의해, 정극 활물질층(53B)을 형성하였다.Initially, the
다음에, 부극(54)을 제작하였다. 우선, 부극 집전체(54A)로서 조면화된 전해 구리박(두께=18㎛, 10점평균조도(Rz)=10㎛)과, 부극 활물질로서 규소 분말(메디안 지름=30㎛)을 준비하였다. 이 후, 스프레이법을 이용하여 규소 분말을 용융 상태로 부극 집전체(54A)의 양면에 분무하여 복수의 부극 활물질 입자를 형성함에 의해, 부극 활물질층(54B)을 형성하였다. 이 스프레이법에서는, 가스 프레임 용사를 이용하고, 분무 속도를 약 45m/초 내지 55m/초로 하고, 부극 집전체(54A)가 열적 데미지를 부담하지 않도록 탄산가스로 기반을 냉각하면서 분무 처리를 행하였다. 부극 활물질층(54B)을 형성하는 경우에는, 챔버 내에 산소 가스를 도입함에 의해, 부극 활물질중에 있어서의 산소의 함유량을 5원자수%로 하였다. 또한, 복수의 부극 활물질 입자가 편평 입자를 포함하고(편평 입자 : 유(有)), 부극 활물질층(54B)이 부극 집전체(54A)에 접촉하지 않는 부분을 포함하지 않고(비접촉 부분 : 무), 부극 활물 질층(54B)이 내부에 공극을 갖도록 하였다(공극 : 유). 이 때, 규소 분말의 용융온도 및 기반의 냉각 온도를 조정함에 의해, X선 회절에 의해 얻어지는 부극 활물질의 (111)결정면에 있어서의 회절 피크의 반값폭(2θ)을 20°로 하고, 동 결정면에 기인하는 결정자 사이즈를 10㎚로 하였다. 또한, 상기한 X선 회절 분석을 행하는 경우에는, 리가쿠전기기계 주식회사제의 X선 회절 장치를 이용하였다. 이 때, 관구로서 CuKa를 이용하여, 관 전압을 40㎸, 관 전류를 40㎃, 스캔 방법을 θ-2θ법, 측정 범위를 20°≤2θ≤90°로 하였다.Next, the
다음에, 용매로서 탄산 에틸렌(EC)과 탄산 디에틸(DEC)을 혼합한 후, 전해질염으로서 6불화인산 리튬(LiPF6)을 용해시켜서, 전해액을 조제하였다. 이 때, 용매의 조성(EC : DEC)을 중량비로 50 : 50으로 하고, 전해질염의 함유량을 용매에 대해 1mol/㎏으로 하였다.Next, after mixing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) as a solvent, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved as an electrolyte salt, and the electrolyte solution was prepared. At this time, the composition (EC: DEC) of the solvent was 50:50 in weight ratio, and the content of the electrolyte salt was 1 mol / kg with respect to the solvent.
최후로, 정극(53) 및 부극(54)과 함께 전해액을 이용하여 2차 전지를 조립하였다. 최초에, 정극 집전체(53A)의 일단에 알루미늄제의 정극 리드(51)를 용접함과 함께, 부극 집전체(54A)의 일단에 니켈제의 부극 리드(52)를 용접하였다. 계속해서, 정극(53)과, 다공성 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 필름에 의해 다공성 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 필름이 끼여진 3층 구조의 세퍼레이터(55)(두께=23㎛)와, 부극(54)과, 상기한 세퍼레이터(55)를 이 순서로 적층하고 나서 긴변 방향으로 권회시킨 후, 점착 테이프로 이루어지는 보호 테이프(57)로 감는 끝 부분을 고정하여, 권회 전극체(50)의 전구체인 권회체을 형성하였다. 계속해서, 외측으로부터, 나일론 필름(두께=30㎛)과, 알루미늄박(두께=40㎛)과, 무연신 폴리프로필렌 필름(두께=30㎛)이 적층된 3층 구조의 라미네이트 필름(총후=100㎛)으로 이루어지는 외장 부재(60)의 사이에 권회체를 끼워 넣은 후, 1변을 제외한 외연부끼리를 열융착하여, 주머니형상의 외장 부재(60)의 내부에 권회체를 수납하였다. 계속해서, 외장 부재(60)의 개구부로부터 전해액을 주입하여 세퍼레이터(55)에 함침시켜서 권회 전극체(50)를 제작하였다. 최후로, 진공 분위기중에서 외장 부재(60)의 개구부를 열융착하여 밀봉함에 의해, 라미네이트 필름형의 2차 전지가 완성되었다. 또한, 2차 전지를 제조할 때에는, 정극 활물질층(53B)의 두께를 조절함에 의해, 만충전시에 있어서 부극(54)에 리튬 금속이 석출하지 않도록 하였다.Finally, the secondary battery was assembled using the electrolyte solution together with the
이 2차 전지에 관해서는, 제조 후 1주 이내에, 후술하는 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사하였다.About this secondary battery, the cycling characteristics and initial charge / discharge characteristic mentioned later were investigated within 1 week after manufacture.
(실시예 1-2 내지 1-10)(Examples 1-2 to 1-10)
반값폭 및 결정자 사이즈를 각각 12° 및 15㎚(실시예 1-2), 5°예비 20㎚(실시예 1-3), 3° 및 30㎚(실시예 1-4), 2° 및 50㎚(실시예 1-5), 1° 및 70㎚(실시예 1-6), 0.9° 및 100㎚(실시예 1-7), 0.8° 및 120㎚(실시예 1-8), 0.7° 및 135㎚(실시예 1-9), 또는 0.6° 및 150㎚(실시예 1-10)로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 같은 순서를 거쳤다.The half width and the crystallite size were 12 ° and 15 nm (Example 1-2), 5 ° preliminary 20 nm (Example 1-3), 3 ° and 30 nm (Example 1-4), 2 ° and 50, respectively. Nm (Examples 1-5), 1 ° and 70 nm (Examples 1-6), 0.9 ° and 100 nm (Examples 1-7), 0.8 ° and 120 nm (Examples 1-8), 0.7 ° And 135 nm (Example 1-9) or 0.6 ° and 150 nm (Example 1-10), except that the procedure was the same as in Example 1-1.
(실시예 1-11, 1-12)(Examples 1-11, 1-12)
2차 전지의 제조 후, 2주 경과 시점(실시예 1-11) 또는 1개월 경과 시점(실시예 1-12)에서 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사한 것을 제외하고, 실시예 1-6과 같은 순서를 거쳤다.After the manufacture of the secondary battery, the cycle characteristics and the first charge and discharge characteristics were examined at the time point two weeks after (Example 1-11) or one month after the time (Example 1-12), except that In the same order.
(비교예 1-1 내지 1-5)(Comparative Examples 1-1 to 1-5)
반값폭 및 결정자 사이즈를 각각 30° 및 1㎚(비교예 1-1), 27°및 2㎚(비교예 1-2), 25° 및 5㎚(비교예 1-3), 23° 및 7㎚(비교예 1-4), 또는 21° 및 9㎚(비교예 1-5)로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 같은 순서를 거쳤다.The half width and the crystallite size were 30 ° and 1 nm (Comparative Example 1-1), 27 ° and 2 nm (Comparative Example 1-2), 25 ° and 5 nm (Comparative Example 1-3), 23 ° and 7, respectively. The same procedure as in Example 1-1 was performed except that the thickness was changed to nm (Comparative Example 1-4) or 21 ° and 9 nm (Comparative Example 1-5).
(비교예 1-6, 1-7)(Comparative Examples 1-6, 1-7)
2차 전지의 제조 후, 2주 경과 시점(비교예 1-6) 또는 1개월 경과 시점(비교예 1-7)에서 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사한 것을 제외하고, 비교예 1-1과 같은 순서를 거쳤다.After the manufacture of the secondary battery, the cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics were examined at the time point two weeks passed (Comparative Example 1-6) or one month later (Comparative Example 1-7), and Comparative Example 1-1 and In the same order.
이들의 실시예 1-1 내지 1-12 및 비교예 1-1 내지 1-7의 2차 전지에 관해 사이클 특성, 첫회 충방전 특성 및 그들의 경시변화를 조사한 바, 표 1, 표 2, 도 11 및 도 12에 도시한 결과가 얻어졌다.The cycle characteristics, the first charge-discharge characteristics, and their changes over time were examined for the secondary batteries of Examples 1-1 to 1-12 and Comparative Examples 1-1 to 1-7, and Table 1, Table 2, and FIG. And the results shown in FIG. 12 were obtained.
사이클 특성을 조사할 때에는, 사이클 시험을 행하여 방전 용량 유지율을 구하였다. 구체적으로는, 최초에, 전지 상태를 안정화시키기 위해 23℃의 분위기중에서 충방전시킨 후, 재차 충방전시켜서, 2사이클째의 방전 용량을 측정하였다. 계속해서, 동 분위기중에서 99사이클 충방전시켜서, 101사이클째의 방전 용량을 측정하였다. 최후로, 방전 용량 유지율(%)=(101사이클째의 방전 용량/2사이클째의 방전 용량)×100을 산출하였다. 이 때, 충전 조건으로서는, 3㎃/㎠의 정전류 밀도로 전지 전압이 4.2V에 도달할 때까지 충전한 후, 계속해서 4.2V의 정전압으로 전류 밀도가 0.3㎃/㎠에 도달할 때까지 충전하였다. 또한, 방전 조건으로서는, 3㎃/㎠의 정전류 밀도로 전지 전압이 2. 5V에 도달할 때까지 방전하였다.When examining the cycle characteristics, a cycle test was conducted to determine the discharge capacity retention rate. Specifically, first, after charging and discharging in an atmosphere at 23 ° C. in order to stabilize the battery state, the battery was charged and discharged again, and the discharge capacity at the second cycle was measured. Subsequently, 99 cycles were charged and discharged in the same atmosphere, and the discharge capacity at the 101st cycle was measured. Finally, discharge capacity retention rate (%) = (discharge capacity at 101 cycle // 2 cycle capacity) x 100 was calculated. At this time, as the charging conditions, the battery was charged at a constant current density of 3 mA /
첫회 충방전 특성을 조사할 때에는, 최초에, 전지 상태를 안정화시키기 위해 23℃의 분위기중에서 충방전시킨 후, 재차 충전시켜서, 충전 용량을 측정하였다. 계속해서, 동 분위기중에서 방전시켜서, 방전 용량을 측정하였다. 최후로, 첫회 충방전 효율(%)=(방전 용량/충전 용량)×100을 산출하였다. 충방전 조건에 관해서는, 사이클 특성을 조사한 경우와 마찬가지로 하였다.When the first charge / discharge characteristic was investigated, initially, after charging and discharging in an atmosphere of 23 ° C. in order to stabilize the battery state, the battery was charged again and the charging capacity was measured. Then, it discharged in the same atmosphere and measured discharge capacity. Finally, initial charge / discharge efficiency (%) = (discharge capacity / charge capacity) x 100 was calculated. The charging and discharging conditions were the same as in the case of examining the cycle characteristics.
또한, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사할 때의 순서 및 조건은, 이후의 일련의 실시예 및 비교예에 관한 동 특성의 평가에 관해서도 마찬가지이다.In addition, the procedure and conditions at the time of investigating cycling characteristics and a first charge / discharge characteristic are the same also about evaluation of the same characteristic about a following series of Examples and a comparative example.
표 1, 표 2, 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 반값폭이 작아짐과 함께 결정자 사이즈가 커짐에 따라, 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율은 모두 증가한 후에 감소하는 경향을 나타내었다. 이 경우에는, 반값폭이 20°이하임과 함께 결정자 사이즈가 10㎚ 이상인 실시예 1-1 내지 1-10에서는 부극 활물질의 결정 상태가 결정성이 되고, 반값폭이 20°초과임과 함께 결정자 사이즈가 10㎚ 미만인 비교예 1-1 내지 1-5에서는 부극 활물질의 결정 상태가 비결정성(비정질)이 되었다.As shown in Table 1, Table 2, Fig. 11, and Fig. 12, as the half-value width decreases and the crystallite size increases, the discharge capacity retention rate and the initial charge-discharge efficiency both increase and decrease. In this case, in Examples 1-1 to 1-10 in which the crystallite size is 10 nm or more while the half value width is 20 ° or less, the crystal state of the negative electrode active material becomes crystalline, and the half value width is more than 20 ° and the crystallites In Comparative Examples 1-1 to 1-5 having a size of less than 10 nm, the crystal state of the negative electrode active material became amorphous (amorphous).
여기서, 부극 활물질의 결정 상태(반값폭 및 결정자 사이즈)가 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율에 주는 영향에 주목한 바, 결정성인 실시예 1-1 내지 1-10에서는, 비결정성인 비교예 1-1 내지 1-5와 비교하여, 80% 이상의 높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다. 특히, 실시예 1-1 내지 1-10에서는, 반값폭이 5°이하임과 함께 결정자 사이즈가 20㎚ 이상이면, 90% 이상이 현저하게 높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다. 이 경우에는, 반값폭이 0.9°이상 5°이하임과 함께 결정자 사이즈가 20㎚ 이상 100㎚ 이하이면, 결정자 사이즈가 너무 크게 되기 않기 때문에, 충방전시에 있어서 부극 활물질의 갈라짐 등의 파손 확률이 낮아졌다.Here, attention was paid to the influence of the crystalline state (half-value width and crystallite size) of the negative electrode active material on the discharge capacity retention rate and the initial charge / discharge efficiency. In Examples 1-1 to 1-10, which are crystalline, Comparative Example 1- is amorphous. Compared with 1 to 1-5, a high discharge capacity retention rate and first charge and discharge efficiency of 80% or more were obtained. In particular, in Examples 1-1 to 1-10, when the half-value width was 5 degrees or less and the crystallite size was 20 nm or more, the discharge capacity retention rate and initial charge / discharge efficiency which were markedly high by 90% or more were obtained. In this case, if the crystallite size is 20 nm or more and 100 nm or less while the half width is 0.9 ° or more and 5 ° or less, the crystallite size does not become too large. Lowered.
또한, 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율의 경시변화에 주목한 바, 비결정성인 비교예 1-1, 1-6, 1-7에서는, 시간의 경과와 함께 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 모두 저하되었지만, 결정성인 실시예 1-6, 1-11, 1-12에서는, 시간이 경과하여도 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 일정하였다.In addition, attention was paid to the change in the discharge capacity retention rate and the initial charge / discharge efficiency over time. In Comparative Examples 1-1, 1-6, and 1-7, which are amorphous, both the discharge capacity retention rate and the first charge / discharge efficiency were changed with time. Although lowered, in Example 1-6, 1-11, and 1-12 which are crystalline, even if time passed, discharge capacity retention rate and initial charge / discharge efficiency were constant.
이들의 결과는, 부극 활물질이 결정성을 갖으면, 충방전시에 있어서 부극 활물질층(54B)이 팽창 및 수축하기 어려워지기 때문에, 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 높게 되는 것을 나타내고 있다. 또한, 결정성을 갖는 부극 활물질의 물성은 경시변화하기 어렵기 때문에, 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율도 경시적으로 열화되기 어려운 것을 나타내고 있다.These results indicate that when the negative electrode active material has crystallinity, since the negative electrode
이들로부터, 본 발명의 2차 전지에서는, 스프레이법을 이용하여 규소를 구성 원소로서 갖는 결정성의 부극 활물질을 포함하는 부극 활물질층(54B)을 부극 집전체(54A)에 연결되도록에 형성함에 의해, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성이 향상함과 함께, 그들의 경시 열화가 억제되는 것이 확인되었다. 이 경우에는, X선 회절에 의해 얻어지는 부극 활물질의 (111)결정면에 있어서의 회절 피크의 반값폭(2θ)이 20°이하임과 함께 결정자 사이즈가 10㎚ 이상, 바람직하게는 0.9°이상 5°이하임과 함께 20㎚이상 100㎚ 이하이면, 부극 활물질의 결정성이 확보되고, 부극 활물질층(54B)의 파손을 방지하면서 양 특성이 보다 향상하는 것도 확인되었다.From these, in the secondary battery of this invention, by forming the negative electrode
(비교예 2-1 내지 2-4)(Comparative Examples 2-1 to 2-4)
증착법(편향식 전자 빔 증착법)을 이용하여 부극 활물질층을 형성하고, 반값폭 및 결정아이 사이즈를 각각 30° 및 1㎚(비교예 2-1), 27° 및 2㎚(비교예 2-2), 25° 및 4㎚(비교예 2-3), 또는 21° 및 8㎚(비교예 2-4)로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 같은 순서를 거쳤다. 이 때, 증착원으로서 순도 99%의 규소를 사용하고, 퇴적 속도를 100㎚/초로 하고, 부극 활물질층의 두께를 12㎛으로 하였다.A negative electrode active material layer was formed by vapor deposition (deflection electron beam vapor deposition), and the half width and the crystal eye size were 30 ° and 1 nm (Comparative Example 2-1), 27 ° and 2 nm (Comparative Example 2-2, respectively). ), 25 ° and 4 nm (Comparative Example 2-3), or 21 ° and 8 nm (Comparative Example 2-4), except that the procedure was the same as in Example 1-1. At this time, silicon having a purity of 99% was used as the deposition source, the deposition rate was 100 nm / sec, and the thickness of the negative electrode active material layer was 12 μm.
(비교예 2-5, 2-6)(Comparative Examples 2-5, 2-6)
스퍼터링법(RF 마그네트론 스퍼터링법)을 이용하여 부극 활물질층을 형성하고, 반값폭 및 결정자 사이즈를 각각 26° 및 3㎚(비교예 2-5), 또는 22° 및 9㎚(비교예 2-6)로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 같은 순서를 거쳤다. 이 때, 순도 99.99%의 규소를 타겟으로서 이용하고, 퇴적 속도를 0.5㎚/초로 하고, 부극 활물질층의 두께를 12㎛으로 하였다.A negative electrode active material layer was formed using sputtering method (RF magnetron sputtering method), and the half value width and crystallite size were 26 ° and 3 nm (Comparative Example 2-5), or 22 ° and 9 nm (Comparative Example 2-6). The same procedure as in Example 1-1 was carried out except for changing to). At this time, using a silicon having a purity of 99.99% as a target, the deposition rate was 0.5 nm / second, and the thickness of the negative electrode active material layer was 12 μm.
(비교예 2-7, 2-8)(Comparative Examples 2-7, 2-8)
CVD법을 이용하여 부극 활물질층을 형성하고, 반값폭 및 결정자 사이즈를 각각 25° 및 5㎚(비교예 2-7), 또는 21° 및 9㎚(비교예 2-8)로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 같은 순서를 거쳤다. 이 때, 원재료 및 여기(勵起) 가스로서 각각 실란(SiH4) 및 아르곤(Ar)을 사용하고, 퇴적 속도를 1.5㎚/초로 하고, 기판 온도를 200℃로 하고, 부극 활물질층의 두께를 11㎛으로 하였다.The negative electrode active material layer was formed by CVD and the half width and crystallite size were changed to 25 ° and 5 nm (Comparative Example 2-7), or 21 ° and 9 nm (Comparative Example 2-8), respectively. The same procedure as in Example 1-1 was carried out. At this time, silane (SiH 4 ) and argon (Ar) were used as raw materials and excitation gases, respectively, the deposition rate was 1.5 nm / second, the substrate temperature was 200 ° C., and the thickness of the negative electrode active material layer was It was set to 11 micrometers.
이들의 비교예 2-1 내지 2-8의 2차 전지에 관해 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사한 바, 표 3에 표시한 결과가 얻어졌다.The cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics of the secondary batteries of Comparative Examples 2-1 to 2-8 were examined, and the results shown in Table 3 were obtained.
표 3에 표시한 바와 같이, 증착법 등을 이용한 비교예 2-1 내지 2-8에서는, 스프레이법을 이용한 실시예 1-1 내지 1-4와는 달리, 부극 활물질의 결정 상태가 비결정성이 되었다. 이 때문에, 표 1의 결과와 마찬가지로, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 1-1 내지 1-4에서는, 비결정성인 비교예 2-1 내지 2-8과 비교하여, 높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다. 이 결과는, 부극 활물질층(54B)의 형성 방법으로서 증착법 등을 이용한 경우에는, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성이 되지 않기 때문에, 충분한 방전 용량 유지율 및 초회(初回) 충방전 효율을 얻을 수가 없는 것을 나타내고 있다.As shown in Table 3, in Comparative Examples 2-1 to 2-8 using the evaporation method and the like, unlike in Examples 1-1 to 1-4 using the spray method, the crystal state of the negative electrode active material became amorphous. For this reason, as in the result of Table 1, in Examples 1-1 to 1-4 in which the crystal state of the negative electrode active material is crystalline, compared with amorphous Comparative Examples 2-1 to 2-8, a high discharge capacity retention rate and first time Charge and discharge efficiency was obtained. As a result, when the vapor deposition method or the like is used as the method for forming the negative electrode
이들로부터, 본 발명의 2차 전지에서는, 부극 활물질층(54B)의 형성 방법으로서 스프레이법을 이용함에 의해, 증착법 등을 이용하는 경우보다도 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성가 향상하는 것이 확인되었다.From these, it was confirmed that in the secondary battery of the present invention, by using the spray method as the method for forming the negative electrode
(실시예 2-1 내지 2-3)(Examples 2-1 to 2-3)
복수의 부극 활물질 입자가 편평 입자를 포함하지 않도록 한 것을 제외하고, 실시예 1-5 내지 1-7과 같은 순서를 거쳤다.The same procedure as in Examples 1-5 to 1-7 was followed except that the plurality of negative electrode active material particles did not contain flat particles.
이들의 실시예 2-1 내지 2-3의 2차 전지에 관해 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사한 바, 표 4에 표시한 결과가 얻어졌다.The cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics of the secondary batteries of Examples 2-1 to 2-3 were examined, and the results shown in Table 4 were obtained.
표 4에 도시한 바와 같이, 복수의 부극 활물질 입자가 편평 입자를 포함하지 않는 경우에도, 표 1과 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 2-1 내지 2-3에서는, 실시예 1-5 내지 1-7과 마찬가지로, 비교예 1-1 내지 1-5와 비교하여, 80% 이상의 높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다.As shown in Table 4, even when a plurality of negative electrode active material particles did not contain flat particles, the same results as in Table 1 were obtained. That is, in Examples 2-1 to 2-3 in which the crystal state of the negative electrode active material is crystalline, as in Examples 1-5 to 1-7, 80% or more higher than in Comparative Examples 1-1 to 1-5 The discharge capacity retention rate and the first charge / discharge efficiency were obtained.
특히, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 경우에는, 편평 입자를 포함하는 실시예 1-5 내지 1-7에 있어서, 그것을 포함하지 않는 실시예 2-1 내지 2-3과 비교하여, 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 높아졌다.In particular, in the case where the crystal state of the negative electrode active material is crystalline, in Examples 1-5 to 1-7 containing flat particles, the discharge capacity retention rate is compared with Examples 2-1 to 2-3 containing no flat particles. And first charge and discharge efficiency was increased.
이들로부터, 본 발명의 2차 전지에서는, 편평 입자의 유무에 관계없이, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성이 향상하는 것이 확인되었다. 이 경우에는, 편평 입자를 포함하도록 하면, 양 특성이 보다 향상하는 것도 확인되었다.From these, in the secondary battery of this invention, it was confirmed that cycling characteristics and initial charge / discharge characteristics improve with or without flat particles. In this case, it was also confirmed that when the flat particles were included, both characteristics were further improved.
(실시예 3)(Example 3)
부극 활물질층(54B)이 비접촉 부분을 포함하도록 한 것을 제외하고, 실시예 1-6과 같은 순서를 거쳤다.The same procedure as in Example 1-6 was performed except that the negative electrode
이 실시예 3의 2차 전지에 관해 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사한 바, 표 5에 표시한 결과가 얻어졌다.The cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics of the secondary battery of Example 3 were examined, and the results shown in Table 5 were obtained.
또한, 실시예 1-6, 3의 2차 전지에 관해서는, 사이클 시험 후에 있어서의 부극 집전체의 상태 변화도 조사하였다. 이 경우에는, 사이클 시험 후의 2차 전지를 해체하고, 부극 집전체(54A)에 주름 등의 변형이 생기지 않았는지의 여부를 육안으로 관찰하였다.Moreover, about the secondary batteries of Examples 1-6 and 3, the state change of the negative electrode electrical power collector after a cycle test was also investigated. In this case, the secondary battery after the cycle test was disassembled, and it was visually observed whether or not deformation such as wrinkles occurred in the negative electrode
표 5에 표시한 바와 같이, 부극 활물질층(54B)이 비접촉 부분을 포함하는 경우에도, 표 1과 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 3에서는, 실시예 1-6과 마찬가지로, 비교예 1-1 내지 1-5와 비교하여, 80% 이상의 높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다.As shown in Table 5, even when the negative electrode
특히, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 경우에는, 비접촉 부분을 포함하지 않는 실시예 1-6에 있어서, 그것을 포함하는 실시예 3과 비교하여, 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 높아졌다. 이 경우에는, 비접촉 부분을 포함하는 실시예 3에서는, 부극 집전체(54A)의 변형이 관찰되지 않았지만, 비접촉 부분을 포함하지 않는 실시예 1-6에서는, 허용 가능한 정도의 약간의 부극 집전체(54A)의 변형이 관찰되었다.In particular, when the crystal state of the negative electrode active material is crystalline, the discharge capacity retention rate and the first charge / discharge efficiency were higher in Example 1-6, which did not include the non-contact portion, compared with Example 3 including the same. In this case, in Example 3 including the non-contact portion, no deformation of the negative electrode
이들로부터, 본 발명의 2차 전지에서는, 비접촉 부분의 유무에 관계없이, 사이클특성 및 첫회 충방전 특성이 향상하는 것이 확인되었다. 이 경우에는, 비접촉 부분을 포함하지 않도록 하면, 양 특성이 보다 향상함과 함께, 비접촉 부분을 포함하도록 하면, 부극 집전체(54A)의 변형이 억제되는 것도 확인되었다.From these, it was confirmed that in the secondary battery of the present invention, the cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics were improved regardless of the presence or absence of the non-contact portion. In this case, it was also confirmed that when the non-contact portion was not included, both characteristics were further improved, and when the non-contact portion was included, deformation of the negative electrode
(실시예 4)(Example 4)
부극 활물질층(54B)이 공극을 갖지 않도록 한 것을 제외하고, 실시예 1-6과 같은 순서를 거쳤다.The same procedure as in Example 1-6 was performed except that the negative electrode
이 실시예 4의 2차 전지에 관해 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사한 바, 표 6에 도시한 결과가 얻어졌다.The cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics of the secondary battery of Example 4 were examined, and the results shown in Table 6 were obtained.
또한, 실시예 1-6, 4의 2차 전지에 관해서는, 팽창 특성도 조사하였다. 구체적으로는, 최초에, 전지 상태를 안정화시키기 위해 23℃의 분위기중에서 충방전시킨 후, 사이쿠루 시험 전의 두께를 측정하였다. 계속해서, 상기한 사이클 시험을 행한 후, 사이클 시험 후의 두께를 측정하였다. 최후로, 팽창율(%)=[(사이클 시험 후의 두께-사이클 시험 전의 두께)/사이클 시험 전의 두께]×100을 산출하였다.In addition, the expansion characteristics of the secondary batteries of Examples 1-6 and 4 were also examined. Specifically, initially, after charging and discharging in an atmosphere of 23 ° C. in order to stabilize the battery state, the thickness before the cyclization test was measured. Subsequently, after performing the said cycle test, the thickness after a cycle test was measured. Finally, expansion ratio (%) = [(thickness after cycle test-thickness before cycle test) / thickness before cycle test] × 100 was calculated.
표 6에 표시한 바와 같이, 부극 활물질층(54B)이 공극을 갖지 않는 경우에도, 표 1과 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 4에서는, 실시예 1-6과 마찬가지로, 비교예 1-1 내지 1-5와 비교하여, 80% 이상의 높은 방전 용량 유지비율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다.As shown in Table 6, even when the negative electrode
특히, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 경우에는, 공극을 갖는 실시예 1-6에 있어서, 그것을 갖지 않는 실시예 4와 비교하여, 방전 용량 유지율이 높아지고, 팽창율도 작게되었다.In particular, in the case where the crystal state of the negative electrode active material is crystalline, in Example 1-6 having voids, the discharge capacity retention ratio was higher and the expansion ratio was also smaller than that of Example 4 having no void.
이들로부터, 본 발명의 2차 전지에서는, 공극의 유무에 관계없이, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성이 향상하는 것이 확인되었다. 이 경우에는, 공극을 갖도록 하면, 특성이 보다 향상함과 함께, 팽창 특성도 향상하는 것도 확인되었다.From these, it was confirmed that in the secondary battery of the present invention, the cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics were improved regardless of the presence or absence of voids. In this case, when it has a space | gap, it was also confirmed that while improving a characteristic, an expansion characteristic also improves.
(실시예 5-1 내지 5-9)(Examples 5-1 to 5-9)
부극 활물질중의 산소 함유량을 0.5원자수%(실시예 5-1), 1원자수%(실시예 5-2), 1.5원자수%(실시예 5-3), 2원자수%(실시예 5-4), 10원자수%(실시예 5-5), 20원자수%(실시예 5-6), 30원자수%(실시예 5-7), 40원자수%(실시예 5-8), 또는 45원자수%(실시예 5-9)로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1-6과 같은 순서를 거쳤다. 이 때, 챔버 내에 도입하는 산소 가스의 양을 조정함에 의해, 산소 함유량을 변화시켰다.The oxygen content in the negative electrode active material is 0.5 atomic% (Example 5-1), 1 atomic% (Example 5-2), 1.5 atomic% (Example 5-3), and 2 atomic% (Example 5-4), 10 atomic% (Example 5-5), 20 atomic% (Example 5-6), 30 atomic% (Example 5-7), 40 atomic% (Example 5- 8) or the same procedure as in Example 1-6 except for changing to 45 atomic% (Example 5-9). At this time, the oxygen content was changed by adjusting the amount of the oxygen gas introduced into the chamber.
이들의 실시예 5-1 내지 5-9의 2차 전지에 관해 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사한 바, 표 7 및 도 13에 도시한 결과가 얻어졌다.The cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics of the secondary batteries of Examples 5-1 to 5-9 were examined, and the results shown in Table 7 and FIG. 13 were obtained.
표 7 및 도 13에 도시한 바와 같이, 부극 활물질중의 산소 함유량을 변경한 경우에도, 표 1과 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 5-1 내지 5-9에서는, 실시예 1-6과 마찬가지로, 비교예 1-1 내지 1-5와 비교하여, 80% 이상의 높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다.As shown in Table 7 and FIG. 13, even when the oxygen content in the negative electrode active material was changed, the same results as in Table 1 were obtained. That is, in Examples 5-1 to 5-9 in which the crystal state of the negative electrode active material is crystalline, as in Example 1-6, compared with Comparative Examples 1-1 to 1-5, a high discharge capacity retention rate of 80% or more and First charge / discharge efficiency was obtained.
특히, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 1-6, 5-1 내지 5-9에서는, 산소함유량이 많아짐에 따라, 방전 용량 유지율이 증가함과 함께 첫회 충방전 효율이 감소하는 경향을 나타내었다. 이 경우에는, 산소 함유량이 1.5원자수% 이상 40원자수% 이하이면, 90% 이상 높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다.In particular, in Examples 1-6 and 5-1 to 5-9 in which the crystal state of the negative electrode active material is crystalline, as the oxygen content increases, the discharge capacity retention rate increases and the initial charge and discharge efficiency tends to decrease. It was. In this case, when oxygen content was 1.5 atomic% or more and 40 atomic% or less, the discharge capacity retention rate and the first charge / discharge efficiency which are 90% or more high were obtained.
이들로부터, 본 발명의 2차 전지에서는, 부극 활물질중의 산소 함유량에 관계없이, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성이 향상하는 것이 확인되었다. 이 경우에는, 산소 함유량이 1.5원자수% 이상 40원자수% 이하이면, 양 특성이 보다 향상하는 것도 확인되었다.From these, it was confirmed that in the secondary battery of the present invention, the cycle characteristics and the first charge and discharge characteristics were improved regardless of the oxygen content in the negative electrode active material. In this case, it was also confirmed that both characteristics were improved more when oxygen content was 1.5 atomic% or more and 40 atomic% or less.
(실시예 6-1 내지 6-3)(Examples 6-1 to 6-3)
챔버 내에 단속적으로 산소 가스 등을 도입하면서 규소를 퇴적시킴에 의해, 제 1의 산소 함유 영역과 그보다도 산소 함유량이 높은 제 2의 산소 함유 영역이 교대로 적층되도록 부극 활물질을 형성한 것을 제외하고, 실시예 1-6과 같은 순서를 거쳤다. 이 때, 제 2의 산소 함유 영역중에 있어서의 산소의 함유량을 5원자수%로 하여, 그 수를 1개(실시예 6-1), 2개(실시예 6-2), 또는 3개(실시예 6-3)로 하였다.Silicon is deposited while intermittently introducing oxygen gas into the chamber, except that the negative electrode active material is formed so that the first oxygen-containing region and the second oxygen-containing region having a higher oxygen content are alternately stacked. The same procedure as in Example 1-6 was performed. At this time, the content of oxygen in the second oxygen-containing region is 5 atomic% and the number is one (Example 6-1), two (Example 6-2), or three ( Example 6-3) was set.
이들의 실시예 6-1 내지 6-3의 2차 전지에 관해 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사한 바, 표 8 및 도 14에 도시한 결과가 얻어졌다.The cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics of the secondary batteries of Examples 6-1 to 6-3 were examined, and the results shown in Table 8 and FIG. 14 were obtained.
표 8 및 도 14에 도시한 바와 같이, 부극 활물질이 제 1 및 제 2의 산소 함유 영역을 갖는 경우에도, 표 1과 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 6-1 내지 6-3에서는, 실시예 1-6과 마찬가지로, 비교예 1-1 내지 1-5와 비교하여, 80% 이상의 높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다.As shown in Table 8 and FIG. 14, even when the negative electrode active material had the first and second oxygen-containing regions, the same results as in Table 1 were obtained. That is, in Examples 6-1 to 6-3 in which the crystal state of the negative electrode active material is crystalline, as in Example 1-6, compared with Comparative Examples 1-1 to 1-5, a high discharge capacity retention rate of 80% or more and First charge / discharge efficiency was obtained.
특히, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 1-6, 6-1 내지 6-3에서는, 제 2의 산소 함유 영역의 수가 많아짐에 따라, 첫회 충방전 효율이 일정하게 유지된 채로, 방전 용량 유지율이 증가하였다.In particular, in Examples 1-6 and 6-1 to 6-3 in which the crystal state of the negative electrode active material is crystalline, as the number of the second oxygen-containing regions increases, the first charge and discharge efficiency is kept constant and the discharge capacity is maintained. The retention rate increased.
이들로부터, 본 발명의 2차 전지에서는, 부극 활물질이 제 1 및 제 2의 산소 함유 영역을 갖는 경우에도, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성이 향상하는 것이 확인되었다. 이 경우에는, 제 2의 산소 함유 영역의 수가 많아지면, 사이클 특성이 보다 향상하는 것도 확인되었다.From these, in the secondary battery of this invention, even if a negative electrode active material has the 1st and 2nd oxygen containing area | region, it was confirmed that cycling characteristics and first charge / discharge characteristic improve. In this case, it was also confirmed that as the number of the second oxygen-containing regions increases, the cycle characteristics are further improved.
(실시예 7-1 내지 7-16)(Examples 7-1 to 7-16)
부극 활물질에 금속 원소를 함유시킴과 함께, 그 함유 상태를 합금 상태로 한 것을 제외하고, 실시예 1-6과 같은 순서를 거쳤다. 이 때, 금속 원소의 종류를 철(실시예 7-1), 니켈(실시예 7-2), 몰리브덴(실시예 7-3), 티탄(실시예 7-4), 크롬(실시예 7-5), 코발트(실시예 7-6), 구리(실시예 7-7), 망간(실시예 7-8), 아연(실시예 7-9), 게르마늄(실시예 7-10), 알루미늄(실시예 7-11), 지르코늄(실시예 7-12), 은(실시예 7-13), 주석(실시예 7-14), 안티몬(실시예 7-15), 또는 텅스텐(실시예 7-16)으로 하였다. 또한, 부극 활물질에 있어서의 금속 원소의 함유량을 5원자수%로 하였다.The same procedure as in Example 1-6 was carried out except that the negative electrode active material contained a metal element and the content thereof was in an alloy state. At this time, the kinds of metal elements were iron (Example 7-1), nickel (Example 7-2), molybdenum (Example 7-3), titanium (Example 7-4), and chromium (Example 7- 5), cobalt (Example 7-6), copper (Example 7-7), manganese (Example 7-8), zinc (Example 7-9), germanium (Example 7-10), aluminum ( Example 7-11), zirconium (Example 7-12), silver (Example 7-13), tin (Example 7-14), antimony (Example 7-15), or tungsten (Example 7- 16). Moreover, content of the metal element in the negative electrode active material was 5 atomic%.
이들의 실시예 7-1 내지 7-16의 2차 전지에 관해 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사한 바, 표 9 및 표 10에 표시한 결과가 얻어졌다.The cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics of the secondary batteries of Examples 7-1 to 7-16 were examined, and the results shown in Tables 9 and 10 were obtained.
표 9 및 표 10에 표시한 바와 같이, 부극 활물질에 금속 원소를 함유시켜서 합금 상태로 한 경우에도, 표 1과 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 7-1 내지 7-16에서는, 실시예 1-6과 마찬가지로, 90% 이상의 높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다.As shown in Table 9 and Table 10, even when the negative electrode active material contained a metal element in an alloy state, the same results as in Table 1 were obtained. That is, in Examples 7-1 to 7-16 in which the crystal state of the negative electrode active material was crystalline, as in Example 1-6, a high discharge capacity retention rate and initial charge / discharge efficiency of 90% or more were obtained.
특히, 부극 활물질이 금속 원소를 함유하는 실시예 7-1 내지 7-16에서는, 그것을 함유하지 않은 실시예 1-6과 비교하여, 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 높아졌다.In particular, in Examples 7-1 to 7-16 in which the negative electrode active material contained a metal element, the discharge capacity retention rate and the first charge and discharge efficiency were higher than in Example 1-6 in which the negative electrode active material did not contain it.
이들로부터, 본 발명의 2차 전지에서는, 부극 활물질에 금속 원소를 함유시켜서 합금 상태로 한 경우에도, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성이 향상하는 것이 확인되었다.From these, it was confirmed that in the secondary battery of the present invention, even when the negative electrode active material contains a metal element in an alloy state, the cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics are improved.
(실시예 8-1 내지 8-16)(Examples 8-1 to 8-16)
부극 활물질에 금속 원소를 함유시킴과 함께, 그 함유 상태를 화합물(상 분리) 상태로 한 것을 제외하고, 실시예 7-1 내지 7-16과 같은 순서를 거쳤다.The same procedure as in Examples 7-1 to 7-16 was carried out except that the negative electrode active material contained a metal element and the content thereof was changed to a compound (phase separation) state.
이들의 실시예 8-1 내지 8-16의 2차 전지에 관해 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사한 바, 표 11 및 표 12에 표시한 결과가 얻어졌다.The cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics of the secondary batteries of Examples 8-1 to 8-16 were examined, and the results shown in Tables 11 and 12 were obtained.
표 11 및 표 12에 표시한 바와 같이, 부극 활물질에 금속 원소를 함유시켜서 화합물 상태로 한 경우에도, 표 1과 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 8-1 내지 8-16에서는, 실시예 1-6과 마찬가지로, 90% 이상의 높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다.As shown in Table 11 and Table 12, even when the negative electrode active material contained a metal element in a compound state, the same results as in Table 1 were obtained. That is, in Examples 8-1 to 8-16 in which the crystal state of the negative electrode active material was crystalline, a high discharge capacity retention rate and initial charge / discharge efficiency of 90% or more were obtained in the same manner as in Example 1-6.
특히, 부극 활물질이 금속 원소를 함유하는 실시예 8-1 내지 8-16에서는, 그것을 함유하지 않은 실시예 1-6과 비교하여, 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 높아졌다.In particular, in Examples 8-1 to 8-16 in which the negative electrode active material contained a metal element, the discharge capacity retention rate and the first charge and discharge efficiency were higher than those in Example 1-6 in which the negative electrode active material did not contain it.
이들로부터, 본 발명의 2차 전지에서는, 부극 활물질에 금속 원소를 함유시켜서 화합물(상 분리) 상태로 한 경우에도, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성이 향상하는 것이 확인되었다.From these, it was confirmed that in the secondary battery of the present invention, even when the negative electrode active material contains a metal element to form a compound (phase separation) state, the cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics are improved.
또한, 표 9 내지 표 12의 결과로부터 분명한 바와 같이, 부극 활물질에 금속 원소를 함유시키면, 그 함유 상태가 합금 상태인지 화합물 상태인지에 관계없이, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성이 향상하는 것이 확인되었다.In addition, as apparent from the results of Tables 9 to 12, it was confirmed that when the negative electrode active material contained a metal element, the cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics were improved regardless of whether the contained state was an alloy state or a compound state. .
(실시예 9-1 내지 9-13)(Examples 9-1 to 9-13)
부극 활물질층(54B)의 형성 재료의 메디안 지름을 1㎛(실시예 9-1), 3㎛(실시예 9-2), 5㎛(실시예 9-3), 10㎛(실시예 9-4), 15㎛(실시예 9-5), 20㎛(실시예 9-6), 40㎛(실시예 9-7), 50㎛(실시예 9-8), 80㎛(실시예 9-9), 100㎛(실시예 9-10), 150㎛(실시예 9-11), 200㎛(실시예 9-12), 또는 300㎛(실시예 9-13)으로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1-6과 같은 순서를 거쳤다.The median diameter of the material for forming the negative electrode
이들의 실시예 9-1 내지 9-13의 2차 전지에 관해 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사한 바, 표 13 및 도 15에 도시한 결과가 얻어졌다.The cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics of the secondary batteries of Examples 9-1 to 9-13 were examined, and the results shown in Table 13 and FIG. 15 were obtained.
표 13 및 도 15에 도시한 바와 같이, 부극 활물질층(54B)의 형성 재료의 메디안 지름을 변경한 경우에도, 표 1과 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 부극 활물질의 결정상 태가 결정성인 실시예 9-1 내지 9-13에서는, 실시예 1-6과 마찬가지로, 80% 이상의 높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다.As shown in Table 13 and FIG. 15, even when the median diameter of the material for forming the negative electrode
특히, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 1-6, 9-1 내지 9-13에서는, 메지안 지름이 커짐에 따라, 방전 용량 유지율이 증가한 후에 감소함과 함께 첫회 충방전 효율이 증가하는 경향을 나타내었다. 이 경우에는, 메디안 지름이 5㎛ 이상 200㎛ 이하이면, 90% 이상 높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다.In particular, in Examples 1-6 and 9-1 to 9-13 in which the crystal state of the negative electrode active material is crystalline, as the medium diameter increases, the initial charge and discharge efficiency increases while decreasing the discharge capacity retention rate. The trend was shown. In this case, when the median diameter was 5 µm or more and 200 µm or less, a 90% or more high discharge capacity retention rate and initial charge and discharge efficiency were obtained.
이들로부터, 본 발명의 2차 전지에서는, 부극 활물질층(54B)의 형성 재료의 메디안 지름을 변경한 경우에도, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성이 향상하는 것이 확인되었다. 이 경우에는, 메디안 지름이 5㎛ 이상 200㎛ 이하이면, 사이클 특성이 보다 향상하는 것도 확인되었다.From these, in the secondary battery of this invention, even if the median diameter of the formation material of the negative electrode
(실시예 10-1 내지 10-12)(Examples 10-1 to 10-12)
부극 집전체(54A)의 표면의 10점평균조도(Rz)를 0.5㎛(실시예 10-1), 1㎛(실시예 10-2), 1.5㎛(실시예 10-3), 2㎛(실시예 10-4), 3㎛(실시예 10-5), 5㎛(실시예 10-6), 15㎛(실시예 10-7), 20㎛(실시예 10-8), 25㎛(실시예 10-9), 30㎛(실시예 10-10), 35㎛(실시예 10-11), 또는 40㎛(실시예 10-12)로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1-6과 같은 순서를 거쳤다.The 10-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode
이들의 실시예 10-1 내지 10-12의 2차 전지에 관해 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사한 바, 표 14 및 도 16에 도시한 결과가 얻어졌다.The cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics of the secondary batteries of Examples 10-1 to 10-12 were examined, and the results shown in Table 14 and FIG. 16 were obtained.
표 14 및 도 16에 도시한 바와 같이, 부극 집전체(54A)의 표면의 10점평균조도(Rz)를 변경한 경우에도, 표 1과 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 10-1 내지 10-12에서는, 실시예 1-6과 마찬가지로, 80% 이상의높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다.As shown in Table 14 and FIG. 16, even when the ten-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode
특히, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 1-6, 10-1 내지 10-12에서는, 10점평균조도(Rz)가 커짐에 따라, 방전 용량 유지율이 증가한 후에 감소함과 함께 첫회 충방전 효율이 증가하는 경향을 나타내었다. 이 경우에는, 10점평균조도(Rz)가 1.5㎛ 이상이면, 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 보다 높아지고, 3㎛ 이상 30㎛ 이하이면, 90% 이상의 높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다.Particularly, in Examples 1-6 and 10-1 to 10-12 in which the crystal state of the negative electrode active material is crystalline, as the ten-point average roughness Rz increases, the charge capacity discharge rate decreases after the discharge capacity retention rate increases, and the first charge and discharge is performed. The efficiency tended to increase. In this case, when the ten-point average roughness Rz is 1.5 µm or more, the discharge capacity retention rate and the initial charge / discharge efficiency are higher, and when 3 µm or more and 30 µm or less, the high discharge capacity retention rate and the initial charge / discharge efficiency are 90% or more. Obtained.
이들로부터, 본 발명의 2차 전지에서는, 부극 집전체(54A)의 표면의 10점평균조도(Rz)를 변경한 경우에도, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성이 향상하는 것이 확인되었다. 이 경우에는, 10점평균조도(Rz)가 1.5㎛ 이상, 바람직하게는 3㎛ 이상 30㎛ 이하이면, 양 특성이 보다 향상하는 것도 확인되었다.From these, in the secondary battery of this invention, even if the 10-point average roughness Rz of the surface of the
(실시예 11-1)(Example 11-1)
용매로서, EC에 대신하여, 화학식 2에 표시한 할로겐을 갖는 환상 탄산 에스테르인 4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온(FEC)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1-6과 같은 순서를 거쳤다.Examples 1-6, except that 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC), a cyclic carbonate having a halogen represented by the formula (2), was used as a solvent instead of EC. In the same order.
(실시예 11-2)(Example 11-2)
용매로서, 화학식 2에 표시한 할로겐을 갖는 환상 탄산 에스테르인 4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온(DFEC)을 가한 것을 제외하고, 실시예 1-6과 같은 순서를 거쳤다. 이 때, 용매의 조성(EC : DFEC : DEC)을 중량비로 25 : 5 : 70으로 하였다.As a solvent, the same procedure as in Example 1-6, except that 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one (DFEC), which is a cyclic carbonate having a halogen represented by the formula (2), was added Went through. At this time, the composition (EC: DFEC: DEC) of the solvent was 25: 5: 70 by weight ratio.
(실시예 11-3, 11-4)(Examples 11-3 and 11-4)
용매로서, 화학식 5에 표시한 불포화 결합을 갖는 환상 탄산 에스테르인 탄산 비닐렌(VC : 실시예 11-3), 또는 화학식 6에 표시한 불포화 결합을 갖는 환상 탄산 에스테르인 탄산 비닐에틸렌(VEC : 실시예 11-4)을 가한 것을 제외하고, 실시예 11-1과 같은 순서를 거쳤다. 이 때, 용매중에 있어서의 VC 등의 함유량을 1중량%로 하였다.As a solvent, vinylene carbonate (VC: Example 11-3), which is a cyclic carbonate having an unsaturated bond represented by the formula (5), or vinylethylene carbonate (VEC: implemented, which is a cyclic carbonate having an unsaturated bond represented by the formula (6) The same procedure as in Example 11-1 was carried out except that Example 11-4) was added. At this time, content of VC etc. in a solvent was made into 1 weight%.
(실시예 11-5)(Example 11-5)
전해질염으로서 4불화붕산 리튬(LiBF4)을 가한 것을 제외하고, 실시예 11-1과 같은 순서를 거쳤다. 이 때, 6불화인산 리튬의 함유량을 용매에 대해 0.9mol/㎏으로 하고, 4불화붕산 리튬의 함유량을 용매에 대해 0.1mol/㎏으로 하였다.The same procedure as in Example 11-1 was carried out except that lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) was added as the electrolyte salt. At this time, content of lithium hexafluorophosphate was 0.9 mol / kg with respect to a solvent, and content of lithium tetrafluoroborate was 0.1 mol / kg with respect to a solvent.
(실시예 11-6)(Example 11-6)
용매로서, 술톤인 1,3-푸로펜술톤(PRS)을 가한 것을 제외하고, 실시예 11-1과 같은 순서를 거쳤다. 이 때, 용매중에 있어서의 PRS의 함유량을 1중량%로 하였다.The same procedure as in Example 11-1 was carried out except that
(실시예 11-7, 11-8)(Examples 11-7 and 11-8)
용매로서, 산 무수물인 술포안식향산 무수물(SBAH : 실시예 11-7)있다이하 술포프로피온산 무수물(SPAH : 실시예 11-8)을 가한 것을 제외하고, 실시예 11-1과 같은 순서를 거쳤다. 이 때, 용매액중에 있어서의 SBAH 등의 함유량을 1중량%로 하였다.Sulfobenzoic anhydride (SBAH: Example 11-7) which is an acid anhydride was used as the solvent. The procedure was the same as in Example 11-1 except that sulfopropionic anhydride (SPAH: Example 11-8) was added. At this time, content of SBAH etc. in the solvent liquid was made into 1 weight%.
이들의 실시예 11-1 내지 11-8의 2차 전지에 관해 사이클 특성, 첫회 충방전 특성 및 팽창 특성을 조사한 바, 표 15 및 표 16에 표시한 결과가 얻어졌다.The cycle characteristics, the first charge and discharge characteristics, and the expansion characteristics of the secondary batteries of Examples 11-1 to 11-8 were examined, and the results shown in Tables 15 and 16 were obtained.
표 15 및 표 16에 표시한 바와 같이, 용매의 조성이나 전해질염의 종류를 변경한 경우에도, 표 1과 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 11-1 내지 11-8에서는, 실시예 1-6과 마찬가지로, 90% 이상의 높은 방전 용량 유지비율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다.As shown in Table 15 and Table 16, even when the composition of the solvent and the kind of the electrolyte salt were changed, the same results as in Table 1 were obtained. That is, in Examples 11-1 to 11-8 in which the crystal state of the negative electrode active material was crystalline, as in Example 1-6, a high discharge capacity retention ratio and initial charge / discharge efficiency of 90% or more were obtained.
특히, 용매로서 할로겐을 갖는 환상 탄산 에스테르(FEC 또는 DFEC), 불포화 결합을 갖는 환상 탄산 에스테르, 술톤 또는 산 무수물을 가하거나, 전해질염으로서 4불화붕산 리튬을 가한 실시예 11-1 내지 11-8에서는, 그들을 가하지 않은 실시예 1-6과 비교하여, 첫회 충방전 효율이 일정한 채로, 방전 용량 유지율이 높아졌다. 또한, 할로겐을 갖는 환상 탄산 에스테르를 사용한 경우에는, FEC보다도 DFEC에서 방전 용량 유지율이 높아졌다.In particular, Examples 11-1 to 11-8 in which a cyclic carbonate (FEC or DFEC) having a halogen, a cyclic carbonate having a unsaturated bond, a sultone or an acid anhydride are added as a solvent, or lithium tetrafluoroborate is added as an electrolyte salt. In Example 1-6, the discharge capacity retention rate was high, with the first charge and discharge efficiency being constant, compared with Example 1-6 without adding them. In the case of using a cyclic carbonate having a halogen, the discharge capacity retention ratio was higher in DFEC than in FEC.
또한, PRS를 가한 실시예 11-6에서는, 그것을 가하지 않은 실시예 1-6과 비교하여, 팽창율이 현저하게 작아졌다.In addition, in Example 11-6 to which PRS was added, the expansion ratio was significantly smaller than that of Example 1-6 to which it was not added.
또한, 여기서는, 용매로서, 화학식 2에 표시한 할로겐을 갖는 환상 탄산 에스테르나, 화학식 5 또는 화학식 6에 표시한 불포화 결합을 갖는 환상 탄산 에스테르를 사용한 경우의 결과만을 나타내고 있고, 화학식 1에 표시한 할로겐을 갖는 쇄상 탄산 에스테르나, 화학식 7에 표시한 불포화 결합을 갖는 환상 탄산 에스테르를 사용한 경우의 결과를 나타내고 있지 않다. 그러나, 할로겐를 갖는 쇄상 탄산 에스테르 등은, 할로겐을 갖는 환상 탄산 에스테르 등과 마찬가지로 방전 용량 유지율을 증가시키는 기능을 다하기 때문에, 전자를 사용한 경우에도 후자를 사용한 경우와 같은 결과를 얻을 수 있음은 분명하다.In addition, only the result when the cyclic carbonate which has a halogen shown by Formula (2) and the cyclic carbonate which has an unsaturated bond shown by Formula (5) or (6) as a solvent is shown here, The halogen shown by Formula (1) is shown here. It does not show the result at the time of using the linear carbonate ester which has a C, and the cyclic carbonate which has an unsaturated bond shown in General formula (7). However, since the chain carbonate and the like having a halogen have a function of increasing the discharge capacity retention rate similarly to the cyclic carbonate and the like having a halogen, it is clear that the same result as in the case of the latter is obtained even when the former is used.
또한, 여기서는, 전해질염으로서 6불화인산 리튬 또는 4불화붕산 리튬을 사용한 경우의 결과만을 나타내고 있고, 과염소산 리튬, 6불화비산 리튬, 또는 화학식 8 내지 화학식 10 또는 화학식 14 내지 화학식 16에 표시한 화합물을 사용한 경우의 결과를 나타내고 있지 않다. 그러나, 과염소산 리튬 등은, 6불화인산 리튬 등과 마찬가지로 방전용량 유지율을 증가시키는 기능을 다하기 때문에, 전자를 사용한 경우에도 후자를 사용한 경우와 같은 결과를 얻을 수 있음은 분명하다.In addition, only the result at the time of using lithium hexafluorophosphate or lithium tetrafluoroborate as an electrolyte salt is shown here, The compound represented by Formula 8-
이들로부터, 본 발명의 2차 전지에서는, 용매의 조성이나 전해질염의 종류를 변경한 경우에도, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성이 향상하는 것이 확인되었다. 이 경우에는, 용매로서 화학식 1에 표시한 할로겐을 갖는 쇄상 탄산 에스테르 및 화학식 2에 표시한 할로겐을 갖는 환상 탄산 에스테르중의 적어도 1종이나, 화학식 5 내지 화학식 7에 표시한 부포화 결합을 갖는 환상 탄산 에스테르나, 술톤이나, 산 무수물을 사용하면, 사이클 특성이 보다 향상하는 것도 확인되었다. 또한, 전해질염으로서 6불화인산 리튬, 4불화붕산 리튬, 과염소산 리튬 및 6불화비산 리튬중의 적어도 1종이나, 화학식 8 내지 화학식 10에 표시한 화합물이나, 화학식 14 내지 화학식 16에 표시한 화합물을 사용하면, 사이클 특성이 보다 향상하는 것도 확인되었다. 특히, 술톤을 사용하면, 팽창 특성도 향상하는 것이 확인되었다.From these, in the secondary battery of this invention, even if the composition of a solvent and the kind of electrolyte salt were changed, it was confirmed that cycling characteristics and initial charge / discharge characteristics improve. In this case, at least one of the chain carbonate ester having a halogen represented by the formula (1) and the cyclic carbonate ester having a halogen represented by the formula (2) as the solvent, or the cyclic group having a unsaturated bond represented by the formulas (5) to (7) It was also confirmed that the cycle characteristics were further improved by using carbonate ester, sultone or acid anhydride. As the electrolyte salt, at least one of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate and lithium hexafluoroborate, the compound represented by the formulas (8) to (10), or the compound represented by the formulas (14) to (16), It was also confirmed that the cycle characteristics were further improved when used. In particular, it was confirmed that when sultone was used, the expansion characteristics were also improved.
(실시예 12-1)(Example 12-1)
이하의 순서에 의해, 라미네이트 필름형의 2차 전지에 대신하여, 도 5 및 도 6에 도시한 각형의 2차 전지를 제조한 것을 제외하고, 실시예 1-6과 같은 순서를 거쳤다.The procedure was the same as in Example 1-6, except that the rectangular secondary battery shown in Figs. 5 and 6 was manufactured in place of the laminate film secondary battery according to the following procedure.
우선, 정극(21) 및 부극(22)을 제작한 후, 정극 집전체(21A) 및 부극 집전체(22A)에 각각 알루미늄제의 정극 리드(24) 및 니켈제의 부극 리드(25)를 용접하였다. 계속해서, 정극(21)과, 세퍼레이터(23)와, 부극(22)을 이 순서로 적층하고, 긴변 방향에서 권회시킨 후, 편평상으로 성형함에 의해, 전지 소자(20)를 제작하였다. 계속해서 알루미늄제의 전지 캔(11)의 내부에 전지 소자(20)를 수납한 후, 그 전지 소자(20)상에 절연판(12)을 배치하였다. 계속해서, 정극 리드(24) 및 부극 리드(25)를 각각 정극 핀(15) 및 전지 캔(11)에 용접한 후, 전지 캔(11)의 개방단부에 전지 덮개(13)를 레이저 용접하여 고정하였다. 최후로, 주입구멍(19)을 통하여 전지 캔(11)의 내부에 전해액을 주입하고, 그 주입구멍(19)을 밀봉 부재(19A)로 막음에 의해, 각형 전지가 완성되었다.First, after producing the
(실시예12-2)(Example 12-2)
알루미늄제의 전지 캔(11)에 대신하여, 철제의 전지 캔(11)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 12-1과 같은 순서를 거쳤다.The same procedure as in Example 12-1 was carried out except that the iron battery can 11 was used in place of the aluminum battery can 11.
이들의 실시예 12-1, 12-2의 2차 전지에 관해 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성을 조사한 바, 표 17에 표시한 결과가 얻어졌다.The cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics of the secondary batteries of Examples 12-1 and 12-2 were examined, and the results shown in Table 17 were obtained.
표 17에 표시한 바와 같이, 전지 구조를 변경한 경우에도, 표 1과 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 부극 활물질의 결정 상태가 결정성인 실시예 12-1, 12-2에서는, 실시예 1-6과 마찬가지로, 90% 이상의 높은 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율이 얻어졌다.As shown in Table 17, even when the battery structure was changed, the same results as in Table 1 were obtained. That is, in Examples 12-1 and 12-2 in which the crystal state of the negative electrode active material was crystalline, as in Example 1-6, a high discharge capacity retention rate and initial charge / discharge efficiency of 90% or more were obtained.
특히, 전지 구조가 각형인 12-1, 12-2에서는, 라미네이트 필름형인 실시예 1-6과 비교하여, 첫회 충방전 효율이 일정한 채로, 방전 용량 유지율이 높아졌다. 또한, 각형인 경우에는, 전지 캔(11)이 알루미늄제인 경우보다도 철제인 경우에, 방전 용량 유지율이 높아짐과 함께, 팽창율이 작아졌다.In particular, in the battery structures 12-1 and 12-2 each having a rectangular shape, the discharge capacity retention rate was increased while the initial charge and discharge efficiency was constant as compared with Example 1-6, which is a laminate film type. In addition, in the case of the square, when the battery can 11 is made of iron than in the case of aluminum, the discharge capacity retention rate is higher and the expansion rate is smaller.
또한, 여기서는 구체적인 실시예를 들어서 설명하지 않지만, 외장 부재가 금속 재료로 이루어지는 각형인 경우에 있어서, 필름으로 이루어지는 라미네이트 필름형인 경우보다도 사이클 특성 및 팽창 특성이 향상하엿기 때문에, 외장 부재가 금속 재료로 이루어지는 원통형의 2차 전지에서도 같은 결과가 얻어짐은 분명하다.In addition, although the specific example is not described here, in the case where the exterior member is a square made of a metal material, since the cycle characteristics and the expansion characteristics are improved compared to the laminate film type made of a film, the exterior member is made of a metallic material. It is clear that the same result is obtained also in the cylindrical secondary battery.
이들로부터, 본 발명의 2차 전지에서는, 전지 구조를 변경한 경우에도, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성이 향상하는 것이 확인되었다. 이 경우에는, 전지 구조가각형 또는 원통형이면, 사이클 특성이 보다 향상하는 것도 확인되었다.From these, in the secondary battery of this invention, even if the battery structure was changed, it was confirmed that cycling characteristics and initial charge / discharge characteristics improve. In this case, it was also confirmed that the cycle characteristics were further improved if the battery structure was a square or a cylinder.
상기한 표 1 내지 표 17 및 도 11 내지 도 16의 결과로부터, 본 발명의 2차 전지에서는, 부극의 부극 활물질층이 규소를 구성 원소로서 갖는 결정성의 부극 활물질을 포함함과 함께 부극 집전체에 연결되어 있음에 의해, 용매의 조성, 전해질염의 종류 또는 전지 구조 등에 의존하지 않고, 사이클 특성 및 첫회 충방전 특성이 향상하는 것이 확인되었다.From the results of Tables 1 to 17 and Figs. 11 to 16 described above, in the secondary battery of the present invention, the negative electrode active material layer of the negative electrode contains a crystalline negative electrode active material having silicon as a constituent element, By being connected, it was confirmed that the cycle characteristics and the first charge / discharge characteristics were improved without depending on the composition of the solvent, the type of the electrolyte salt, the battery structure, or the like.
이상, 실시의 형태 및 실시예를 들어서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시의 형태 및 실시예에서 설명한 양태로 한정되지 않고, 여러가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 부극의 사용 용도는, 반드시 2차 전지로 한하지 않고, 2차 전지 이외의 다른 전기화학 디바이스라도 좋다. 다른 용도로서는, 예를 들면, 커패시터 등을 들 수 있다.As mentioned above, although embodiment and Example were given and this invention was demonstrated, this invention is not limited to the aspect demonstrated by embodiment and Example mentioned above, A various deformation | transformation is possible. For example, the use of the negative electrode of the present invention is not necessarily limited to a secondary battery, and other electrochemical devices other than the secondary battery may be used. As another use, a capacitor etc. are mentioned, for example.
또한, 상기한 실시의 형태 및 실시예에서는, 2차 전지의 종류로서, 부극의 용량이 리튬의 흡장 및 방출에 의거하여 표시된 리튬이온 2차 전지에 관해 설명하였지만, 반드시 이것으로 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 2차 전지는, 부극의 용량이 리튬의흡장 및 방출에 수반하는 용량과 리튬의 석출 및 용해에 수반하는 용량을 포함하고, 또한, 그것들의 용량의 합에 의해 표시되는 2차 전지에 관해서도, 마찬가지로 적용 가능하다. 이 2차 전연못에서는, 부극 활물질로서 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 재료가 사용되고, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료에 있어서의 충전 가능한 용량이 정극의 방전 용량보다도 작아지도록 설정된다.In addition, although the above-mentioned embodiment and Example demonstrated the lithium ion secondary battery which displayed the capacity | capacitance of a negative electrode based on the occlusion and release | release of lithium as a kind of secondary battery, it is not necessarily limited to this. The secondary battery of the present invention includes a secondary battery whose capacity of the negative electrode is accompanied by the storage and release of lithium and the deposition and dissolution of lithium, and is represented by the sum of their capacity. Also in this regard, it is applicable. In this secondary main pond, a material capable of occluding and releasing lithium is used as the negative electrode active material, and the chargeable capacity of the negative electrode material capable of occluding and releasing lithium is set to be smaller than the discharge capacity of the positive electrode.
또한, 상기한 실시의 형태 및 실시예에서는, 전지 구조가 각형, 원통형 또는 라미네이트 필름형인 경우, 및 전지 소자가 권회 구조를 갖는 경우를 예로 들어서 설명하였지만, 본 발명의 2차 전지는, 코인형 또는 버튼형 등의 다른 전지 구조를 갖는 경우나, 전지 소자가 적층 구조 등의 다른 구조를 갖는 경우에 관해서도 마찬가지로 적용 가능하다.In addition, although the above-mentioned embodiment and Example demonstrated the case where a battery structure is a square, cylindrical shape, or a laminated film type, and the case where a battery element has a winding structure as an example, the secondary battery of this invention is a coin type or The same applies to the case of having another battery structure such as a button type or the case where the battery element has another structure such as a laminated structure.
또한, 상기한 실시의 형태 및 실시예에서는, 전극 반응 물질로서 리튬을 사용한 장소합에 관해 설명하였지만, 나트륨(Na) 또는 칼륨(K) 등의 다른 1족 원소야, 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca) 등의 2족 원소나, 알루미늄 등의 다른 경금속을 사용하여도 좋다. 이들의 경우에도, 부극 활물질로서, 상기한 실시의 형태에서 설명한 부극 재료를 사용하는 것이 가능하다.In addition, in the above-described embodiments and examples, a partial sum using lithium as the electrode reaction material has been described, but
또한, 상기한 실시의 형태 및 실시예에서는, 본 발명의 부극 또는 2차 전지에 관해, X선 회절에 의해 얻어지는 부극 활물질의 (111)결정면에 있어서의 회절 피크의 반값폭(2θ)에 관해, 실시예의 결과로부터 도출된 적정 범위를 설명하고 있지만, 그 설명은, 반값폭이 상기한 범위 외가 될 가능성을 완전히 부정하는 것이 아니다. 즉, 상기한 적정 범위는, 어디까지나 본 발명의 효과를 얻는데 특히 바람직한 범위이고, 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 것이라면, 반값폭이 상기한 범위로부터 다소 벗어나도 좋다. 이것은, X선 회절에 의해 얻어지는 부극 활물질의 (111)결정면에 기인하는 결정자 사이즈나, 부극 활물질중의 산소 함유량이나, 부극 집전체의 표면의 10점평균조도(Rz)나, 부극 활물질층의 형성 재료의 메디안 지름 등에 관해서도, 마찬가지이다.Further, in the above-described embodiments and examples, regarding the half value width (2θ) of the diffraction peaks on the (111) crystal plane of the negative electrode active material obtained by X-ray diffraction, with respect to the negative electrode or the secondary battery of the present invention, Although the appropriate range derived from the result of the Example is described, the description does not completely deny the possibility that the half value width will fall out of the above range. That is, the said appropriate range is a range especially preferable for obtaining the effect of this invention to the last, and if the effect of this invention can be acquired, the half value width may deviate somewhat from the said range. This is the crystallite size attributable to the (111) crystal plane of the negative electrode active material obtained by X-ray diffraction, oxygen content in the negative electrode active material, 10-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode current collector, or formation of the negative electrode active material layer. The same applies to the median diameter of the material.
본 발명은 2008년 4월 8일자로 일본특허청에 특허출원된 일본특허원 제2008-100185호를 우선권으로 주장한다.The present invention claims priority of Japanese Patent Application No. 2008-100185 filed with the Japan Patent Office on April 8, 2008.
당업자라면, 하기의 특허청구범위 또는 그 등가의 범위 내에서, 설계상의 필요 또는 다른 요인에 따라, 여러가지 변형예, 조합예, 부분 조합예, 수정예를 실시할 수 있을 것이다.Those skilled in the art will be able to practice various modifications, combinations, partial combinations, and modifications according to design needs or other factors within the scope of the following claims or equivalents thereof.
도 1은 본 발명의 한 실시의 형태에 관한 부극의 구성을 도시하는 단면도.1 is a cross-sectional view showing a configuration of a negative electrode according to an embodiment of the present invention.
도 2의 A 및 B는 도 1에 도시한 부극의 단면 구조를 도시하는 SEM 사진 및 그 모식도.A and B of FIG. 2 are SEM photographs showing the cross-sectional structure of the negative electrode shown in FIG. 1, and its schematic diagram.
도 3의 A 및 B는 도 1에 도시한 부극의 다른 단면 구조를 도시하는 SEM 사진 및 그 모식도.3A and 3B are SEM photographs and schematic diagrams showing another cross-sectional structure of the negative electrode shown in FIG.
도 4의 A 및 B는 도 1에 도시한 부극의 또다른 단면 구조를 도시하는 SEM 사진 및 그 모식도.4A and 4B are SEM photographs showing another cross-sectional structure of the negative electrode shown in FIG. 1 and schematic diagrams thereof.
도 5는 본 발명의 한 실시의 형태에 관한 부극을 구비한 제 1의 2차 전지의 구성을 도시하는 단면도.5 is a cross-sectional view showing a configuration of a first secondary battery provided with a negative electrode according to one embodiment of the present invention.
도 6은 도 5에 도시한 제 1의 2차 전지의 VI-VI선을 따른 단면도.FIG. 6 is a cross-sectional view taken along a line VI-VI of the first secondary battery shown in FIG. 5. FIG.
도 7은 본 발명의 한 실시의 형태에 관한 부극을 구비한 제 2의 2차 전지의 구성을 도시하는 단면도.7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a second secondary battery provided with a negative electrode according to one embodiment of the present invention.
도 8은 도 7에 도시한 권회 전극체의 일부를 확대하여 도시하는 단면도.FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the wound electrode body shown in FIG. 7. FIG.
도 9는 본 발명의 한 실시의 형태에 관한 부극을 구비한 제 3의 2차 전지의 구성을 도시하는 단면도.9 is a cross-sectional view showing a configuration of a third secondary battery provided with a negative electrode according to one embodiment of the present invention.
도 10은 도 9에 도시한 권회 전극체의 X-X선을 따른 단면도.10 is a cross-sectional view taken along an X-X line of the wound electrode body shown in FIG. 9.
도 11은 반값폭과 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율 사이의 상관을 도시하는 도면.11 is a diagram showing a correlation between the half width and the discharge capacity retention rate and the first charge and discharge efficiency.
도 12는 결정자 사이즈와 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율 사이의 상 관을 도시하는 도면.12 shows the correlation between crystallite size and discharge capacity retention and initial charge and discharge efficiency.
도 13은 산소 함유량과 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율 사이의 상관을 도시하는 도면.FIG. 13 shows a correlation between oxygen content, discharge capacity retention rate, and first charge / discharge efficiency. FIG.
도 14는 제 2의 산소 함유 영역의 수와 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율 사이의 상관을 도시하는 도면.FIG. 14 is a diagram showing a correlation between the number of second oxygen-containing regions, discharge capacity retention rate, and first charge / discharge efficiency. FIG.
도 15는 부극 활물질층의 형성 재료의 메디안 지름과 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율 사이의 상관을 도시하는 도면.FIG. 15 is a diagram showing a correlation between the median diameter of a material for forming a negative electrode active material layer, discharge capacity retention rate, and initial charge / discharge efficiency. FIG.
도 16은 10점평균조도(Rz)와 방전 용량 유지율 및 첫회 충방전 효율 사이의 상관을 도시하는 도면.FIG. 16 is a diagram showing a correlation between a ten-point average roughness Rz, discharge capacity retention rate, and first charge / discharge efficiency. FIG.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
1, 22A, 42A, 54A : 부극 집전체 2, 22B, 42B, 54B : 부극 활물질층1, 22A, 42A, 54A: negative electrode
2K : 공극 11, 31 : 전지 캔2K: void 11, 31: battery can
12, 32, 33 : 절연판 13, 34 : 전지 덮개12, 32, 33:
14 : 단자판 15 : 정극 핀14
16 : 절연 케이스 17, 37 : 개스킷16:
18 : 개열 밸브 19 : 주입구멍18: cleavage valve 19: injection hole
19A : 밀봉 부재 20 : 전지 소자19A: sealing member 20: battery element
21, 41, 53 : 정극 21A, 41A, 53A : 정극 집전체21, 41, 53:
21B, 41B, 53B : 정극 활물질층 22, 42, 54 : 부극21B, 41B, 53B: positive electrode
23, 43, 55 : 세퍼레이터 24, 45, 51 : 정극 리드23, 43, 55:
25, 46, 52 : 부극 리드 35 : 안전밸브 기구25, 46, 52: negative electrode lead 35: safety valve mechanism
35A : 디스크판 36 : 열감 저항 소자35A: disk plate 36: thermal resistance element
40, 50 : 권회 전극체 44 : 센터 핀40, 50: wound electrode body 44: center pin
56 : 전해질 57 : 보호 테이프56: electrolyte 57: protective tape
61 : 밀착 필름 60 : 외장 부재61: contact film 60: exterior member
201 : 부극 활물질 입자 201P : 편평 입자201: negative electrode
P1 : 접촉 부분 P2 : 비접촉 부분P1: contact portion P2: non-contact portion
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090029833A KR20090107425A (en) | 2008-04-08 | 2009-04-07 | Anode and secondary battery |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JPJP-P-2008-100185 | 2008-04-08 | ||
KR1020090029833A KR20090107425A (en) | 2008-04-08 | 2009-04-07 | Anode and secondary battery |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020150180600A Division KR20160004236A (en) | 2008-04-08 | 2015-12-17 | Anode and secondary battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090107425A true KR20090107425A (en) | 2009-10-13 |
Family
ID=41537235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020090029833A KR20090107425A (en) | 2008-04-08 | 2009-04-07 | Anode and secondary battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20090107425A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101138481B1 (en) * | 2010-10-21 | 2012-04-25 | 삼성전기주식회사 | Lithium ion capacitor and manufacturing method of lithium ion capacitor |
-
2009
- 2009-04-07 KR KR1020090029833A patent/KR20090107425A/en active Search and Examination
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101138481B1 (en) * | 2010-10-21 | 2012-04-25 | 삼성전기주식회사 | Lithium ion capacitor and manufacturing method of lithium ion capacitor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10553855B2 (en) | Method for forming anode having silicon active material linked to current collector | |
JP5298609B2 (en) | Negative electrode for secondary battery and secondary battery | |
KR101686350B1 (en) | Anode and secondary battery | |
KR101604133B1 (en) | Anode and secondary battery | |
JP4952746B2 (en) | Lithium ion secondary battery and negative electrode for lithium ion secondary battery | |
JP5315665B2 (en) | Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery | |
KR101604132B1 (en) | Anode and secondary battery | |
JP5422923B2 (en) | Negative electrode and secondary battery, and method for manufacturing negative electrode and secondary battery | |
JP4947386B2 (en) | Lithium ion secondary battery and negative electrode for lithium ion secondary battery | |
KR20100042225A (en) | Secondary battery | |
JP5239473B2 (en) | Secondary battery electrolyte, secondary battery and electronic equipment | |
JP5278657B2 (en) | Secondary battery and electronic equipment | |
JP2009245923A (en) | Secondary battery | |
JP5217536B2 (en) | Secondary battery and electronic equipment | |
JP5256798B2 (en) | Secondary battery electrolyte, secondary battery and electronic equipment | |
JP5181740B2 (en) | Secondary battery electrolyte, secondary battery and electronic equipment | |
JP2010165508A (en) | Negative electrode and secondary battery | |
KR20090107413A (en) | Anode and secondary battery | |
JP2010147006A (en) | Negative electrode and secondary battery | |
KR20090107425A (en) | Anode and secondary battery | |
JP2010118298A (en) | Secondary battery and negative electrode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
A107 | Divisional application of patent | ||
AMND | Amendment | ||
J201 | Request for trial against refusal decision | ||
B601 | Maintenance of original decision after re-examination before a trial |