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JP2010165508A - Negative electrode and secondary battery - Google Patents

Negative electrode and secondary battery Download PDF

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JP2010165508A
JP2010165508A JP2009005626A JP2009005626A JP2010165508A JP 2010165508 A JP2010165508 A JP 2010165508A JP 2009005626 A JP2009005626 A JP 2009005626A JP 2009005626 A JP2009005626 A JP 2009005626A JP 2010165508 A JP2010165508 A JP 2010165508A
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JP
Japan
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negative electrode
active material
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electrode active
secondary battery
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Application number
JP2009005626A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiichi Hirose
貴一 廣瀬
Kenichi Kawase
賢一 川瀬
Kazunori Noguchi
和則 野口
Noriyuki Fujii
敬之 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Secondary Cells (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a secondary battery capable of improving cycle characteristics. <P>SOLUTION: The secondary battery has a positive electrode 21, a negative electrode 22, and an electrolyte, and the electrolyte is impregnated into a separator 23 arranged between the positive electrode 21 and the negative electrode 22. A negative electrode active material layer 22B of the negative electrode 22 contains a crystal negative electrode active material capable of occluding and discharging lithium ions. The negative electrode active material contains silicon and iron as a constituent, and the content of the iron in the negative electrode active material is 0.05 wt.% or more. Resistance becomes lower while physical strength of the negative electrode active material layer 22B is increased. Furthermore, the negative electrode active material layer 22B is hardly expanded and contracted at the time of charge and discharge. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極およびそれを用いた二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode capable of occluding and releasing an electrode reactant and a secondary battery using the same.

近年、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が広く普及しており、その小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、電源として、電池、特に小型かつ軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。   In recent years, portable electronic devices such as a video camera, a digital still camera, a mobile phone, and a laptop computer have been widely used, and there is a strong demand for miniaturization, weight reduction, and long life. Accordingly, as a power source, development of a battery, in particular, a secondary battery that is small and lightweight and capable of obtaining a high energy density is in progress.

中でも、充放電反応にリチウムイオンの吸蔵および放出を利用するリチウムイオン二次電池は、鉛電池およびニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるため、広く実用化されている。   Among them, lithium ion secondary batteries that use the insertion and extraction of lithium ions for charge / discharge reactions are widely put into practical use because they have higher energy density than lead batteries and nickel cadmium batteries.

リチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に、電解質を備えている。正極は、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な正極活物質を含む正極活物質層を有している。負極は、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な負極活物質を含む負極活物質層を有している。   A lithium ion secondary battery includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode. The positive electrode has a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions. The negative electrode has a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions.

負極活物質としては、炭素材料が広く用いられている。また、最近では、ポータブル電子機器の高性能化および多機能化に伴い、電池容量のさらなる向上が求められていることから、炭素材料に代えてケイ素を用いることが検討されている。ケイ素の理論容量(4199mAh/g)は黒鉛の理論容量(372mAh/g)よりも格段に大きいため、電池容量の大幅な向上が期待されるからである。   Carbon materials are widely used as the negative electrode active material. In recent years, as the performance of portable electronic devices has been improved and the functionality has been increased, further improvement in battery capacity has been demanded. Therefore, the use of silicon instead of carbon materials has been studied. This is because the theoretical capacity of silicon (4199 mAh / g) is much larger than the theoretical capacity of graphite (372 mAh / g), so that significant improvement in battery capacity is expected.

負極活物質としてケイ素を用いる場合には、負極活物質層の形成方法として、蒸着法あるいは溶射法などの気相法が用いられている。負極集電体の表面にケイ素が直接堆積され、その負極集電体の表面に負極活物質が連結(固定)されるため、充放電時において負極活物質層が膨張および収縮しにくくなるからである。   When silicon is used as the negative electrode active material, a vapor phase method such as a vapor deposition method or a thermal spray method is used as a method for forming the negative electrode active material layer. Since silicon is directly deposited on the surface of the negative electrode current collector and the negative electrode active material is connected (fixed) to the surface of the negative electrode current collector, the negative electrode active material layer is less likely to expand and contract during charge / discharge. is there.

この場合には、特に、溶射法を用いると、蒸着法を用いる場合よりも負極の性能安定性が高くなる。なぜなら、ケイ素の堆積膜が結晶性になるため、負極活物質の物性が経時変化しにくくなるからである。   In this case, in particular, when the thermal spraying method is used, the performance stability of the negative electrode becomes higher than when the vapor deposition method is used. This is because the deposited film of silicon becomes crystalline, so that the physical properties of the negative electrode active material hardly change over time.

負極活物質としてケイ素を用いたリチウムイオン二次電池の性能改善については、いくつかの技術が提案されている。具体的には、新規な電池系を確立するために、蒸着法あるいは溶射法などを用いて、結晶領域および非結晶領域を含むケイ素薄膜を形成している(例えば、特許文献1参照。)。また、低充電深度での高温保存耐性を向上させるために、ラマンシフトが490cm-1以上500cm-1以下であると共にピーク半値幅が10cm-1以上30cm-1以下である結晶性のケイ素薄膜を形成している(例えば、特許文献2参照。)。また、スラリーなどを用いずに活物質粒子を用いて電極を製造するために、ケイ素粒子を溶融あるいは蒸着させずに気流中に分散させながら集電体の表面に吹き付けている(例えば、特許文献3参照。)。また、サイクル特性などを向上させるために、蒸着法あるいは溶射法などを用いて、コバルトあるいはクロムなどを含有するケイ素薄膜を形成している(例えば、特許文献4参照。)。また、サイクル特性などを向上させるために、純度99%以下のケイ素薄膜中にアルミニウムなどの金属元素を含有させている(例えば、特許文献5参照。)。 Several techniques have been proposed for improving the performance of lithium ion secondary batteries using silicon as the negative electrode active material. Specifically, in order to establish a new battery system, a silicon thin film including a crystalline region and an amorphous region is formed using a vapor deposition method or a thermal spraying method (see, for example, Patent Document 1). In order to improve the high temperature storage resistance at low state of charge, the crystallinity of the silicon thin film peak half width is 10 cm -1 or more 30 cm -1 or less with the Raman shift is equal to or less than 490 cm -1 or more 500 cm -1 (For example, refer to Patent Document 2). In addition, in order to produce an electrode using active material particles without using a slurry or the like, silicon particles are sprayed on the surface of a current collector while being dispersed in an air stream without being melted or deposited (for example, Patent Documents). 3). Further, in order to improve cycle characteristics and the like, a silicon thin film containing cobalt or chromium is formed by using a vapor deposition method or a thermal spraying method (see, for example, Patent Document 4). In order to improve cycle characteristics and the like, a metal element such as aluminum is contained in a silicon thin film having a purity of 99% or less (see, for example, Patent Document 5).

特開2002−083594号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-083594 特開2007−194207号公報JP 2007-194207 A 特開2005−310502号公報JP-A-2005-310502 特開2003−007295号公報JP 2003-007295 A 特開2005−044814号公報JP 2005-044814 A

溶射法を用いて堆積されたケイ素膜は、そのケイ素自体の物性の影響を大きく受けるため、非常に硬くて物理的に脆くなると共に、高抵抗になる。これにより、二次電池の重要な特性であるサイクル特性が低下しやすい状況にある。しかも、近年、ポータブル電子機器は益々高性能化および多機能化しており、その消費電力は増大しているため、二次電池の充放電は頻繁に繰り返される傾向にある。これにより、二次電池の使用頻度の増加によっても、サイクル特性が低下しやすい状況にある。そこで、二次電池を高頻度で安定に使用するために、サイクル特性についてより一層の向上が望まれている。   Since the silicon film deposited by the thermal spraying method is greatly affected by the physical properties of the silicon itself, it becomes very hard and physically brittle and has high resistance. As a result, the cycle characteristics, which are important characteristics of the secondary battery, are likely to deteriorate. Moreover, in recent years, portable electronic devices have become more sophisticated and multifunctional, and their power consumption has increased, so that charging and discharging of secondary batteries tend to be repeated frequently. As a result, even if the usage frequency of the secondary battery is increased, the cycle characteristics are likely to deteriorate. Therefore, in order to stably use the secondary battery at a high frequency, further improvement in cycle characteristics is desired.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、サイクル特性を向上させることが可能な負極およびそれを用いた二次電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a negative electrode capable of improving cycle characteristics and a secondary battery using the same.

本発明の負極は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能である結晶性の負極活物質を含み、結晶性の負極活物質がケイ素および鉄を構成元素として含み、結晶性の負極活物質中における鉄の含有量が0.05重量%以上のものである。また、本発明の二次電池は、正極および負極と、溶媒および電解質塩を含む電解質とを備え、負極が上記した構成を有するものである。   The negative electrode of the present invention includes a crystalline negative electrode active material capable of occluding and releasing an electrode reactant, the crystalline negative electrode active material includes silicon and iron as constituent elements, and a crystalline negative electrode active material The iron content is 0.05% by weight or more. The secondary battery of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode, an electrolyte containing a solvent and an electrolyte salt, and the negative electrode has the above-described configuration.

本発明の負極によれば、ケイ素および鉄を含む結晶性の負極活物質を含んでおり、その結晶性の負極活物質中における鉄の含有量が0.05重量%以上である。この場合には、ケイ素だけを含んでいて鉄を含んでいない場合や、鉄を含んでいても含有量が0.05重量%未満である場合と比較して、負極活物質の物理強度が高くなると共に抵抗が低くなる。また、電極反応時において負極活物質が膨張および収縮しにくくなる。したがって、負極を用いた電気化学デバイスの性能向上に寄与することができる。このため、本発明の負極を用いた二次電池によれば、サイクル特性を向上させることができる。   According to the negative electrode of the present invention, the crystalline negative electrode active material containing silicon and iron is contained, and the iron content in the crystalline negative electrode active material is 0.05% by weight or more. In this case, the physical strength of the negative electrode active material is higher compared to the case where only silicon is contained and iron is not contained, or the case where iron is contained and the content is less than 0.05% by weight. And the resistance decreases. In addition, the negative electrode active material is less likely to expand and contract during the electrode reaction. Therefore, it can contribute to the performance improvement of the electrochemical device using a negative electrode. For this reason, according to the secondary battery using the negative electrode of the present invention, cycle characteristics can be improved.

本発明の一実施の形態に係る負極の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the negative electrode which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示した負極の断面構造を表すSEM写真およびその模式図である。FIG. 2 is an SEM photograph showing a cross-sectional structure of the negative electrode shown in FIG. 1 and a schematic diagram thereof. 図1に示した負極の他の断面構造を表すSEM写真およびその模式図である。FIG. 2 is an SEM photograph showing another cross-sectional structure of the negative electrode shown in FIG. 1 and a schematic diagram thereof. 本発明の一実施の形態に係る負極を備えた第1の二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the 1st secondary battery provided with the negative electrode which concerns on one embodiment of this invention. 図4に示した第1の二次電池のV−V線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VV line of the 1st secondary battery shown in FIG. 本発明の一実施の形態に係る負極を備えた第2の二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the 2nd secondary battery provided with the negative electrode which concerns on one embodiment of this invention. 図6に示した巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents a part of winding electrode body shown in FIG. 本発明の一実施の形態に係る負極を備えた第3の二次電池の構成を表す斜視図である。It is a perspective view showing the structure of the 3rd secondary battery provided with the negative electrode which concerns on one embodiment of this invention. 図8に示した巻回電極体のIX−IX線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the IX-IX line of the winding electrode body shown in FIG. Fe含有量と放電容量維持率との間の相関を表す図ある。It is a figure showing the correlation between Fe content and a discharge capacity maintenance factor. 半値幅と放電容量維持率との間の相関を表す図である。It is a figure showing the correlation between a half value width and a discharge capacity maintenance factor. 酸素含有量と放電容量維持率との間の相関を表す図である。It is a figure showing the correlation between oxygen content and a discharge capacity maintenance factor. 高酸素含有領域の数と放電容量維持率との間の相関を表す図である。It is a figure showing the correlation between the number of high oxygen content area | regions, and a discharge capacity maintenance factor. 十点平均粗さRzと放電容量維持率との間の相関を表す図である。It is a figure showing the correlation between ten-point average roughness Rz and a discharge capacity maintenance factor.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。

1.負極
2.負極を用いた電気化学デバイス(二次電池)
2−1.第1の二次電池(電池構造:角型)
2−2.第2の二次電池(電池構造:円筒型)
2−3.第3の二次電池(電池構造:ラミネートフィルム型)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The order of explanation is as follows.

1. Negative electrode Electrochemical device using a negative electrode (secondary battery)
2-1. First secondary battery (battery structure: square)
2-2. Second secondary battery (battery structure: cylindrical)
2-3. Third secondary battery (battery structure: laminate film type)

<1.負極>
[負極の全体構成]
図1は、本発明の一実施の形態に係る負極の断面構成を表している。この負極は、例えば二次電池などの電気化学デバイスに用いられるものであり、負極集電体1上に負極活物質層2を有している。
<1. Negative electrode>
[Overall structure of negative electrode]
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a negative electrode according to an embodiment of the present invention. This negative electrode is used for an electrochemical device such as a secondary battery, for example, and has a negative electrode active material layer 2 on a negative electrode current collector 1.

[負極集電体]
負極集電体1は、良好な電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度を有する材料により構成されていることが好ましい。このような材料としては、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどが挙げられ、中でも、銅が好ましい。高い電気伝導性が得られるからである。
[Negative electrode current collector]
The negative electrode current collector 1 is preferably made of a material having good electrochemical stability, electrical conductivity, and mechanical strength. Examples of such a material include copper, nickel, and stainless steel, and copper is preferable. This is because high electrical conductivity can be obtained.

負極集電体1の表面は、粗面化されていることが好ましい。いわゆるアンカー効果により、負極集電体1に対する負極活物質層2の密着性が向上するからである。この場合には、少なくとも負極活物質層2と対向する領域において、負極集電体1の表面が粗面化されていればよい。粗面化の方法としては、例えば、電解処理により微粒子を形成する方法などが挙げられる。この電解処理とは、電解槽中において電解法により負極集電体1の表面に微粒子を形成して凹凸を設ける方法である。電解法により作製された銅箔は、一般に「電解銅箔」と呼ばれている。この他、粗面化の方法としては、例えば、圧延銅箔をサンドブラスト処理する方法なども挙げられる。   The surface of the negative electrode current collector 1 is preferably roughened. This is because the adhesion of the negative electrode active material layer 2 to the negative electrode current collector 1 is improved by a so-called anchor effect. In this case, the surface of the negative electrode current collector 1 may be roughened at least in a region facing the negative electrode active material layer 2. Examples of the roughening method include a method of forming fine particles by electrolytic treatment. This electrolytic treatment is a method of forming irregularities by forming fine particles on the surface of the negative electrode current collector 1 by an electrolytic method in an electrolytic bath. The copper foil produced by the electrolytic method is generally called “electrolytic copper foil”. In addition, examples of the roughening method include a method of sandblasting a rolled copper foil.

負極集電体1の表面の十点平均粗さRzは、特に限定されないが、中でも、1.5μm以上であることが好ましい。この場合には、1.5μm以上30μm以下であることがより好ましく、3μm以上30μm以下であることがさらに好ましい。負極集電体1に対する負極活物質層2の密着性がより高くなるからである。詳細には、1.5μmよりも小さいと、十分な密着性が得られない可能性があり、30μmよりも大きいと、かえって密着性が低下する可能性がある。   The ten-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode current collector 1 is not particularly limited, but is preferably 1.5 μm or more. In this case, it is more preferably 1.5 μm or more and 30 μm or less, and further preferably 3 μm or more and 30 μm or less. This is because the adhesion of the negative electrode active material layer 2 to the negative electrode current collector 1 becomes higher. In detail, when it is smaller than 1.5 μm, there is a possibility that sufficient adhesion cannot be obtained, and when it is larger than 30 μm, there is a possibility that the adhesion is deteriorated.

[負極活物質層]
負極活物質層2は、例えば、負極集電体1の両面に設けられている。ただし、負極活物質層2は、負極集電体1の片面だけに設けられていてもよい。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer 2 is provided on both surfaces of the negative electrode current collector 1, for example. However, the negative electrode active material layer 2 may be provided only on one side of the negative electrode current collector 1.

この負極活物質層2は、負極活物質として、例えばリチウムイオンなどの電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種あるいは2種以上を含んでおり、必要に応じて、負極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。   This negative electrode active material layer 2 contains, as a negative electrode active material, any one or more of negative electrode materials capable of occluding and releasing electrode reactants such as lithium ions, for example. Other materials such as a negative electrode conductive agent may be included.

負極材料としては、ケイ素および鉄を構成元素として含むと共に鉄の含有量が0.05重量%以上である材料(以下、「ケイ素鉄含有材料」という。)が好ましい。電極反応物質を吸蔵および放出する能力に優れたケイ素を含んでいるため、高いエネルギー密度が得られるからである。また、ケイ素に加えて金属元素である鉄を含んでいるため、負極材料の物理強度が高くなると共に抵抗が低くなるからである。さらに、電極反応時における膨張および収縮が抑制されるからである。鉄の含有量は、0.05重量%以上であれば特に限定されないが、中でも、0.05重量%以上8.8重量%以下であることが好ましい。ケイ素の割合が低くなりすぎて負極本来の機能が低下することを防止するためである。なお、ケイ素鉄含有材料の状態は、ケイ素と鉄とが完全な合金を形成している状態でもよいし、両者が混在している状態(化合物状態)でもよいし、それらの状態が混在している状態でもよい。   As the negative electrode material, a material containing silicon and iron as constituent elements and having an iron content of 0.05% by weight or more (hereinafter referred to as “silicon iron-containing material”) is preferable. This is because silicon having excellent ability to occlude and release electrode reactants can provide high energy density. In addition, since iron, which is a metal element, is included in addition to silicon, the physical strength of the negative electrode material increases and the resistance decreases. Further, the expansion and contraction during the electrode reaction is suppressed. The iron content is not particularly limited as long as it is 0.05% by weight or more, but among them, 0.05% by weight or more and 8.8% by weight or less is preferable. This is to prevent the original function of the negative electrode from deteriorating due to the too low ratio of silicon. The state of the silicon-iron-containing material may be a state where silicon and iron form a complete alloy, a state where both are mixed (compound state), or a state where these states are mixed. You may be in a state.

負極活物質であるケイ素鉄含有材料は、結晶性である。非結晶性である場合よりも、負極の性能に寄与する負極活物質の物性が経時変化しにくくなるからである。また、電極反応時において負極活物質が膨張および収縮しにくくなると共に、負極集電体1に対する負極活物質の密着性が高くなるからである。このような結晶性の負極活物質は、例えば、溶射法などにより形成されている。ただし、負極活物質は、結晶性になれば、溶射法以外の方法により形成されていてもよい。   The silicon iron-containing material that is the negative electrode active material is crystalline. This is because the physical properties of the negative electrode active material contributing to the performance of the negative electrode are less likely to change with time than when it is non-crystalline. In addition, the negative electrode active material is less likely to expand and contract during the electrode reaction, and the adhesion of the negative electrode active material to the negative electrode current collector 1 is increased. Such a crystalline negative electrode active material is formed by, for example, a thermal spraying method. However, the negative electrode active material may be formed by a method other than the thermal spraying method as long as it becomes crystalline.

負極活物質の結晶状態(結晶性であるか非結晶性であるか)については、X線回折により確認される。具体的には、負極活物質を分析した結果、シャープなピークが検出された場合には結晶性であり、ブロードなピークな検出された場合には非結晶性である。   The crystal state (whether crystalline or non-crystalline) of the negative electrode active material is confirmed by X-ray diffraction. Specifically, as a result of analyzing the negative electrode active material, it is crystalline when a sharp peak is detected, and is amorphous when a broad peak is detected.

X線回折により得られる負極活物質の(111)結晶面における回折ピークの半値幅(2θ)は、特に限定されないが、中でも、20°以下であることが好ましい。また、同結晶面に起因する結晶子サイズは、特に限定されないが、中でも、100nm以上であることが好ましい。負極活物質の物性がより経時変化しにくくなると共に、電極反応物質の拡散性が低下しにくくなるからである。   The half width (2θ) of the diffraction peak on the (111) crystal plane of the negative electrode active material obtained by X-ray diffraction is not particularly limited, but is preferably 20 ° or less. The crystallite size resulting from the same crystal plane is not particularly limited, but is preferably 100 nm or more. This is because the physical properties of the negative electrode active material are less likely to change with time, and the diffusibility of the electrode reactant is less likely to decrease.

負極活物質であるケイ素鉄含有材料は、例えば、鉄以外の追加金属元素を構成元素として含んでいてもよい。上記したケイ素鉄含有材料の利点がより促進されるからである。このような追加金属元素としては、特に限定されないが、中でも、アルミニウム、カルシウム、クロム、マグネシウム、マンガン、ニッケル、カリウム、銅およびチタンのうちの少なくとも1種が好ましく、アルミニウムおよびカルシウムがより好ましい。高い効果が得られるからである。追加金属元素としてアルミニウムおよびカルシウムなどを含むケイ素鉄含有材料は、いわゆる金属シリコン(メタシリコン)でもよい。この金属シリコンとは、JIS規格G2312により規定されている材料である。   The silicon iron-containing material that is the negative electrode active material may contain, for example, an additional metal element other than iron as a constituent element. This is because the advantages of the above-described silicon iron-containing material are further promoted. Such an additional metal element is not particularly limited, but at least one of aluminum, calcium, chromium, magnesium, manganese, nickel, potassium, copper, and titanium is preferable, and aluminum and calcium are more preferable. This is because a high effect can be obtained. The silicon iron-containing material containing aluminum and calcium as the additional metal element may be so-called metal silicon (metasilicon). This metallic silicon is a material specified by JIS standard G2312.

ケイ素鉄含有材料が上記した追加金属元素を構成元素として含む場合には、鉄および追加金属元素の含有量の合計は、特に限定されないが、中でも、0.2重量%以上であることが好ましく、0.2重量%以上8.8重量%以下であることがより好ましい。より高い効果が得られるからである。   When the silicon iron-containing material contains the above-described additional metal element as a constituent element, the total content of iron and the additional metal element is not particularly limited, but is preferably 0.2% by weight or more, More preferably, it is 0.2 weight% or more and 8.8 weight% or less. This is because a higher effect can be obtained.

結晶性の負極活物質は、負極集電体1の表面に連結された複数の粒子状であることが好ましい。負極集電体1に対して負極活物質が物理的に固定されるため、電極反応時において負極活物質が膨張および収縮しにくくなるからである。   The crystalline negative electrode active material is preferably in the form of a plurality of particles connected to the surface of the negative electrode current collector 1. This is because the negative electrode active material is physically fixed to the negative electrode current collector 1, and thus the negative electrode active material is less likely to expand and contract during the electrode reaction.

上記した「負極集電体1に対して負極活物質が連結されている」とは、負極集電体1の表面に対して負極材料が直接堆積されて負極活物質が形成されていることを意味している。このため、例えば塗布法あるいは焼結法などを用いて負極活物質が形成されている場合には、負極集電体1に対して負極活物質が連結されていることにはならない。この場合には、負極集電体1に対して負極活物質が他の材料(例えば結着剤など)を介して間接的に連結されていたり、単に負極集電体1に対して負極活物質が隣接しているにすぎないからである。   The above-mentioned “negative electrode active material is connected to the negative electrode current collector 1” means that the negative electrode material is directly deposited on the surface of the negative electrode current collector 1 to form the negative electrode active material. I mean. For this reason, when the negative electrode active material is formed using, for example, a coating method or a sintering method, the negative electrode active material is not connected to the negative electrode current collector 1. In this case, the negative electrode active material is indirectly connected to the negative electrode current collector 1 via another material (for example, a binder), or is simply connected to the negative electrode current collector 1. Because they are only adjacent.

なお、結晶性の負極活物質は、少なくとも一部において負極集電体1に連結されていればよい。一部だけでも負極集電体1に連結されていれば、全く連結されていない場合よりも、負極集電体1に対する負極活物質の密着性が高くなるからである。負極活物質が一部において負極集電体1に連結されている場合には、その負極活物質は、負極集電体1に接触する部分と接触しない部分とを有することになる。   Note that the crystalline negative electrode active material may be at least partially connected to the negative electrode current collector 1. This is because if only a part of the negative electrode current collector 1 is connected to the negative electrode current collector 1, the adhesion of the negative electrode active material to the negative electrode current collector 1 becomes higher than when it is not connected at all. When the negative electrode active material is partially connected to the negative electrode current collector 1, the negative electrode active material has a portion that contacts the negative electrode current collector 1 and a portion that does not contact the negative electrode current collector 1.

負極活物質が非接触部分を有していない場合には、その負極活物質が全体に渡って負極集電体1に接触するため、両者の間における電子伝導性が高くなる。その一方で、電極反応時において負極活物質が膨張および収縮した場合に逃げ場(緩和スペース)がないため、その膨張および収縮時による応力の影響を受けて負極集電体1が変形する可能性がある。   When the negative electrode active material does not have a non-contact portion, the negative electrode active material is in contact with the negative electrode current collector 1 throughout, so that the electron conductivity between the two is increased. On the other hand, when the negative electrode active material expands and contracts during the electrode reaction, there is no escape space (relaxation space), so that the negative electrode current collector 1 may be deformed due to the influence of stress due to the expansion and contraction. is there.

これに対して、負極活物質が非接触部分を有している場合には、電極反応時において負極活物質が膨張および収縮した場合の逃げ場(緩和スペース)が存在するため、その膨張および収縮時による応力の影響を受けて負極集電体1が変形しにくくなる。その一方で、負極集電体1に対して負極活物質が接触していない部分があるため、両者の間における電子伝導性が低くなる可能性がある。   On the other hand, when the negative electrode active material has a non-contact portion, there is a escape space (relaxation space) when the negative electrode active material expands and contracts during the electrode reaction. The negative electrode current collector 1 becomes difficult to be deformed under the influence of the stress due to the above. On the other hand, since there is a portion where the negative electrode active material is not in contact with the negative electrode current collector 1, there is a possibility that the electronic conductivity between the two becomes low.

結晶性の負極活物質が複数の粒子状である場合には、その粒子の形状はどのような形状でもよいが、中でも、少なくとも一部の形状は扁平状であることが好ましい。負極活物質同士が重なりやすくなる(接触しやすくなる)ため、負極活物質間の接触点が多くなるからである。これにより、負極活物質層2内の電子伝導性が高くなる。この「扁平状」とは、負極(負極活物質層2)の厚さ方向と交差する方向(負極集電体1の表面に沿った方向)に延在する形状を意味している。すなわち、負極集電体1の表面に沿った方向に長軸を有すると共にその表面と交差する方向に短軸を有する略楕円状である。この扁平形状は、例えば、溶射法により負極材料が堆積された場合において見られる特徴の1つである。この場合には、負極材料の溶融温度を高くすれば、負極活物質が扁平状になりやすい傾向にある。   When the crystalline negative electrode active material is in the form of a plurality of particles, the shape of the particles may be any shape, but among them, at least a part of the shape is preferably flat. This is because the negative electrode active materials are likely to overlap each other (is more likely to come into contact), so that the number of contact points between the negative electrode active materials increases. Thereby, the electronic conductivity in the negative electrode active material layer 2 becomes high. This “flat shape” means a shape extending in a direction intersecting the thickness direction of the negative electrode (negative electrode active material layer 2) (direction along the surface of the negative electrode current collector 1). That is, it has a substantially elliptical shape having a major axis in a direction along the surface of the negative electrode current collector 1 and a minor axis in a direction intersecting the surface. This flat shape is one of the features seen when, for example, a negative electrode material is deposited by a thermal spraying method. In this case, if the melting temperature of the negative electrode material is increased, the negative electrode active material tends to become flat.

この負極活物質は、1回の堆積工程により形成された単層構造を有していてもよいし、複数回の堆積工程により形成された多層構造を有していてもよい。この場合には、負極活物質が多層構造を有する部分を一部として含んでいてもよい。ただし、堆積時に高熱を伴う場合には、負極集電体1が熱的ダメージを受けることを抑制するために、負極活物質が多層構造を有していることが好ましい。負極活物質の堆積工程を複数回に分割して行うと、その堆積工程を1回で行う場合よりも、負極集電体1が高熱に晒される時間が短くなるからである。   This negative electrode active material may have a single layer structure formed by a single deposition process, or may have a multilayer structure formed by a plurality of deposition processes. In this case, the negative electrode active material may include a part having a multilayer structure as a part. However, in the case where high heat is accompanied during deposition, the negative electrode active material preferably has a multilayer structure in order to suppress the negative electrode current collector 1 from being thermally damaged. This is because when the negative electrode active material deposition step is performed in a plurality of times, the time during which the negative electrode current collector 1 is exposed to high heat is shorter than when the deposition step is performed once.

また、結晶性の負極活物質は、負極集電体1との界面のうちの少なくとも一部において合金化していることが好ましい。電極反応時において負極活物質が膨張および収縮しにくくなるため、負極活物質層2が破損しにくくなるからである。また、負極集電体1と負極活物質との間において電子伝導性が向上するからである。この「合金化」とは、負極集電体1の構成元素と負極活物質の構成元素とが完全な合金を形成している場合だけでなく、両者の構成元素が混在状態にある場合も含む。この場合には、両者の界面において、負極集電体1の構成元素が負極活物質に拡散していてもよいし、負極活物質の構成元素が負極集電体1に拡散していてもよいし、両者の構成元素が拡散しあっていてもよい。   The crystalline negative electrode active material is preferably alloyed at least at a part of the interface with the negative electrode current collector 1. This is because the negative electrode active material is less likely to expand and contract during the electrode reaction, and the negative electrode active material layer 2 is less likely to be damaged. Moreover, it is because electronic conductivity improves between the negative electrode collector 1 and the negative electrode active material. This “alloying” includes not only the case where the constituent element of the negative electrode current collector 1 and the constituent element of the negative electrode active material form a complete alloy, but also the case where both constituent elements are in a mixed state. . In this case, the constituent element of the negative electrode current collector 1 may be diffused into the negative electrode active material at the interface between them, or the constituent element of the negative electrode active material may be diffused into the negative electrode current collector 1. However, both constituent elements may be diffused.

また、結晶性の負極活物質は、内部に空隙を有していることが好ましい。この空隙は電極反応時において負極活物質が膨張および収縮した場合の逃げ場(緩和スペース)として働くため、その負極活物質が膨張および収縮しにくくなるからである。   The crystalline negative electrode active material preferably has voids inside. This is because the voids act as a refuge (relaxation space) when the negative electrode active material expands and contracts during the electrode reaction, so that the negative electrode active material is less likely to expand and contract.

特に、負極活物質であるケイ素鉄含有材料は、ケイ素および鉄などに加えて、酸素を構成元素として含んでいることが好ましい。電極反応時において負極活物質の膨張および収縮が抑制されるからである。この場合には、少なくとも一部の酸素が一部のケイ素と結合していることが好ましい。その結合の状態は、一酸化ケイ素あるいは二酸化ケイ素でもよいし、他の準安定状態でもよい。   In particular, the silicon iron-containing material that is the negative electrode active material preferably contains oxygen as a constituent element in addition to silicon and iron. This is because expansion and contraction of the negative electrode active material are suppressed during the electrode reaction. In this case, it is preferable that at least part of oxygen is bonded to part of silicon. The bonding state may be silicon monoxide or silicon dioxide, or another metastable state.

負極活物質中の酸素含有量は、特に限定されないが、中でも、1.5原子数%以上40原子数%以下であることが好ましい。負極の性能を維持しつつ、負極活物質の膨張および収縮が抑制されるからである。詳細には、1.5原子数%よりも少ないと、負極活物質の膨張および収縮が十分に抑制されない可能性があり、40原子数%よりも多いと、抵抗が増大しすぎる可能性がある。なお、負極が電解質と一緒に電気化学デバイスに用いられる場合には、その電解質の分解反応により形成される被膜などは負極活物質に含めないこととする。すなわち、負極活物質中の酸素含有量を算出する場合には、上記した被膜中の酸素は含めないようにする。   Although oxygen content in a negative electrode active material is not specifically limited, Especially, it is preferable that they are 1.5 atomic% or more and 40 atomic% or less. This is because expansion and contraction of the negative electrode active material are suppressed while maintaining the performance of the negative electrode. Specifically, if the amount is less than 1.5 atomic percent, the negative electrode active material may not be sufficiently suppressed in expansion and contraction. If the amount is larger than 40 atomic percent, the resistance may increase excessively. . When the negative electrode is used in an electrochemical device together with an electrolyte, a film formed by a decomposition reaction of the electrolyte is not included in the negative electrode active material. That is, when the oxygen content in the negative electrode active material is calculated, oxygen in the above-described coating is not included.

この酸素を含む負極活物質は、例えば、負極材料を堆積させる際に、チャンバ内に連続的に酸素ガスを導入して形成される。特に、酸素ガスを導入しただけでは所望の酸素含有量が得られない場合には、チャンバ内に酸素の供給源として液体(例えば水蒸気など)を導入してもよい。   The negative electrode active material containing oxygen is formed, for example, by continuously introducing oxygen gas into the chamber when depositing the negative electrode material. In particular, when a desired oxygen content cannot be obtained simply by introducing oxygen gas, a liquid (for example, water vapor) may be introduced into the chamber as an oxygen supply source.

また、負極活物質は、負極活物質層2の厚さ方向において、より高い酸素含有量を有する高酸素含有領域と、より低い酸素含有量を有する低酸素含有領域とを含んでいることが好ましい。電極反応時において負極活物質の膨張および収縮が抑制されるからである。低酸素含有領域における酸素の含有量は、できるだけ少ないことが好ましい。高酸素含有領域における酸素の含有量は、特に限定されないが、中でも、上記した負極活物質中の酸素含有量(1.5原子数%以上40原子数%以下)と同様であることが好ましい。   The negative electrode active material preferably includes a high oxygen content region having a higher oxygen content and a low oxygen content region having a lower oxygen content in the thickness direction of the negative electrode active material layer 2. . This is because expansion and contraction of the negative electrode active material are suppressed during the electrode reaction. The oxygen content in the low oxygen content region is preferably as small as possible. The oxygen content in the high oxygen content region is not particularly limited, but is preferably the same as the oxygen content (1.5 atomic% to 40 atomic%) in the negative electrode active material.

この場合には、低酸素含有領域により高酸素含有領域が挟まれていることが好ましく、低酸素含有領域と高酸素含有領域とが交互に繰り返して積層されていることがより好ましい。負極活物質の膨張および収縮がより抑制されるからである。低酸素含有領域と高酸素含有領域とが交互に積層される場合には、負極活物質中において酸素含有量が高低を繰り返しながら分布することになる。   In this case, it is preferable that the high oxygen content region is sandwiched by the low oxygen content region, and it is more preferable that the low oxygen content region and the high oxygen content region are alternately laminated. This is because expansion and contraction of the negative electrode active material are further suppressed. When the low oxygen content region and the high oxygen content region are alternately laminated, the oxygen content is distributed while repeating high and low in the negative electrode active material.

高酸素含有領域および低酸素含有領域を含む負極活物質は、例えば、負極材料を堆積させる際に、チャンバ内に断続的に酸素ガスを導入したり、チャンバ内に導入する酸素ガスの量を変化させて形成される。もちろん、酸素ガスを導入しただけでは所望の酸素含有量が得られない場合には、チャンバ内に液体(例えば水蒸気など)を導入してもよい。   The negative electrode active material including the high oxygen content region and the low oxygen content region is, for example, intermittently introducing oxygen gas into the chamber or changing the amount of oxygen gas introduced into the chamber when depositing the negative electrode material. Formed. Of course, when a desired oxygen content cannot be obtained simply by introducing oxygen gas, a liquid (for example, water vapor) may be introduced into the chamber.

なお、高酸素含有領域と低酸素含有領域との間では、酸素含有量が明確に異なっていてもよいし、明確に異なっていなくてもよい。特に、酸素ガスの導入量を連続的に変化させた場合には、酸素含有量も連続的に変化してもよい。高酸素含有領域および低酸素含有領域は、酸素ガスの導入量を断続的に変化させた場合にはいわゆる「層」となり、酸素ガスの導入量を連続的に変化させた場合には「層」というよりもむしろ「層状」となる。この場合には、高酸素含有領域と低酸素含有領域との間において、酸素の含有量が段階的あるいは連続的に変化していることが好ましい。酸素の含有量が急激に変化すると、イオンの拡散性が低下したり、抵抗が増大する可能性があるからである。   Note that the oxygen content may or may not be clearly different between the high oxygen content region and the low oxygen content region. In particular, when the amount of oxygen gas introduced is continuously changed, the oxygen content may also be continuously changed. The high oxygen content region and the low oxygen content region are so-called “layers” when the oxygen gas introduction amount is changed intermittently, and “layers” when the oxygen gas introduction amount is continuously changed. Rather, it becomes “layered”. In this case, it is preferable that the oxygen content changes stepwise or continuously between the high oxygen content region and the low oxygen content region. This is because if the oxygen content changes rapidly, the diffusibility of ions may decrease or the resistance may increase.

なお、負極活物質層2は、負極材料としてケイ素鉄含有材料を含んでいれば、他の負極材料を含んでいてもよい。   The negative electrode active material layer 2 may contain other negative electrode materials as long as the negative electrode material contains a silicon iron-containing material.

他の負極材料としては、例えば、電極反応物質を吸蔵よび放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料(ケイ素鉄含有材料に該当するものを除く)が挙げられる。高いエネルギー密度が得られるからである。このような材料は、金属元素あるいは半金属元素の単体、合金あるいは化合物でもよいし、それらの2種以上でもよいし、それらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有するものでもよい。なお、「単体」とは、あくまで一般的な意味合いでの単体であり、必ずしも純度100%を意味しているわけではない。   Other negative electrode materials include, for example, materials that can occlude and release electrode reactants and contain at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element (corresponding to silicon iron-containing materials) Are excluded). This is because a high energy density can be obtained. Such a material may be a single element, an alloy or a compound of a metal element or a metalloid element, or may be two or more of them, or may have at least a part of one or more of those phases. . Note that “single substance” is a simple substance in a general sense, and does not necessarily mean 100% purity.

上記した金属元素あるいは半金属元素は、例えば、電極反応物質と合金を形成することが可能な金属元素あるいは半金属元素であり、具体的には、以下の元素のうちの少なくとも1種である。マグネシウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、スズあるいは鉛(Pb)である。また、ビスマス、カドミウム(Cd)、銀、亜鉛、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)である。中でも、スズが好ましい。電極反応物質を吸蔵および放出する能力が優れているため、高いエネルギー密度が得られるからである。スズを含む材料は、スズの単体、合金あるいは化合物でもよいし、それらの2種以上でもよいし、それらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有するものでもよい。   The metal element or metalloid element described above is, for example, a metal element or metalloid element capable of forming an alloy with the electrode reactant, and specifically, at least one of the following elements. Magnesium, boron, aluminum, gallium, indium, germanium, tin, or lead (Pb). Further, bismuth, cadmium (Cd), silver, zinc, hafnium (Hf), zirconium, yttrium (Y), palladium (Pd), or platinum (Pt). Of these, tin is preferable. This is because a high energy density can be obtained because the ability to occlude and release the electrode reactant is excellent. The material containing tin may be a simple substance, an alloy or a compound of tin, or two or more thereof, or one having at least a part of one or two or more phases thereof.

なお、本発明における「合金」には、2種以上の金属元素を含むものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含まれる。もちろん、「合金」は、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には、固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物、あるいはそれらの2種以上の共存などがある。   The “alloy” in the present invention includes one containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to one containing two or more metal elements. Of course, the “alloy” may contain a nonmetallic element. The structure includes solid solution, eutectic (eutectic mixture), intermetallic compound, or coexistence of two or more thereof.

スズの合金としては、例えば、スズ以外の構成元素として、ケイ素、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムのうちの少なくとも1種を含むものなどが挙げられる。スズの化合物としては、例えば、スズ以外の構成元素として、酸素あるいは炭素を含むものなどが挙げられる。なお、スズの化合物は、例えば、スズ以外の構成元素として、スズの合金について説明した元素のいずれか1種あるいは2種以上を含んでいてもよい。スズの合金あるいは化合物の一例としては、SnSiO3 、LiSnOあるいはMg2 Snなどが挙げられる。 Examples of the tin alloy include at least one of silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony, and chromium as constituent elements other than tin. Things. Examples of tin compounds include those containing oxygen or carbon as constituent elements other than tin. In addition, the compound of tin may contain any 1 type (s) or 2 or more types of the element demonstrated about the alloy of tin as structural elements other than tin, for example. Examples of tin alloys or compounds include SnSiO 3 , LiSnO, Mg 2 Sn, and the like.

特に、スズを含む材料としては、例えば、スズを第1の構成元素とし、それに加えて第2および第3の構成元素を含むものが好ましい。負極が二次電池に用いられた場合に、高い電池容量が得られると共にサイクル特性が向上するからである。第2の構成元素は、例えば、以下の元素のうちの少なくとも1種である。コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウムあるいはジルコニウムである。また、ニオブ、モリブデン、銀、インジウム、セリウム(Ce)、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマスあるいはケイ素である。第3の構成元素は、例えば、ホウ素、炭素、アルミニウムおよびリンのうちの少なくとも1種である。   In particular, as a material containing tin, for example, a material containing tin as a first constituent element and further containing second and third constituent elements is preferable. This is because when the negative electrode is used in a secondary battery, a high battery capacity is obtained and cycle characteristics are improved. The second constituent element is, for example, at least one of the following elements. Cobalt, iron, magnesium, titanium, vanadium, chromium, manganese, nickel, copper, zinc, gallium or zirconium. Niobium, molybdenum, silver, indium, cerium (Ce), hafnium, tantalum, tungsten, bismuth, or silicon. The third constituent element is, for example, at least one of boron, carbon, aluminum, and phosphorus.

中でも、スズ、コバルトおよび炭素を含む材料(SnCoC含有材料)が好ましい。このSnCoC含有材料の組成としては、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下、スズおよびコバルトの含有量の割合(Co/(Sn+Co))が20質量%以上70質量%以下である。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られるからである。SnCoC含有材料において、構成元素である炭素のうちの少なくとも一部は、他の構成元素である金属元素あるいは半金属元素と結合していることが好ましい。スズなどの凝集あるいは結晶化が抑制されるからである。   Among these, a material containing Sn, cobalt, and carbon (SnCoC-containing material) is preferable. As the composition of this SnCoC-containing material, the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the content ratio of tin and cobalt (Co / (Sn + Co)) is 20 mass% or more and 70 mass%. It is as follows. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range. In the SnCoC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon that is a constituent element is bonded to a metal element or a metalloid element that is another constituent element. This is because aggregation or crystallization of tin or the like is suppressed.

このSnCoC含有材料は、スズ、コバルトおよび炭素を含む相を有しており、その相は、低結晶性あるいは非晶質であることが好ましい。この相は、電極反応物質と反応可能な反応相であり、その反応相の存在により優れた特性が得られるようになっている。この相のX線回折により得られる回折ピークの半値幅は、特定X線としてCuKα線を用いると共に挿引速度を1°/minとした場合に、回折角2θで1°以上であることが好ましい。電極反応物質がより円滑に吸蔵および放出されると共に、電解質などとの反応性がより低減するからである。なお、SnCoC含有材料は、低結晶性あるいは非晶質の相に加えて、各構成元素の単体あるいは一部を含む相を有している場合もある。   This SnCoC-containing material has a phase containing tin, cobalt and carbon, and the phase is preferably low crystalline or amorphous. This phase is a reaction phase capable of reacting with the electrode reactant, and excellent characteristics can be obtained by the presence of the reaction phase. The half width of the diffraction peak obtained by X-ray diffraction of this phase is preferably 1 ° or more at a diffraction angle 2θ when CuKα ray is used as the specific X-ray and the drawing speed is 1 ° / min. . This is because the electrode reactant is occluded and released more smoothly, and the reactivity with the electrolyte and the like is further reduced. In addition to the low crystalline or amorphous phase, the SnCoC-containing material may have a phase containing a single element or a part of each constituent element.

なお、SnCoC含有材料は、必要に応じて、さらに他の構成元素を含んでいてもよい。このような他の構成元素としては、ケイ素、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、ニオブ、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、アルミニウム、リン、ガリウムおよびビスマスのうちの少なくとも1種が挙げられる。   Note that the SnCoC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. Examples of such other constituent elements include at least one of silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium, germanium, titanium, molybdenum, aluminum, phosphorus, gallium, and bismuth.

このSnCoC含有材料の他、スズ、コバルト、鉄および炭素を含む材料(SnCoFeC含有材料)も好ましい。このSnCoFeC含有材料の組成は、任意に設定可能である。例えば、鉄の含有量を少なめに設定する場合の組成は、以下の通りである。炭素の含有量は9.9質量%以上29.7質量%以下、鉄の含有量は0.3質量%以上5.9質量%以下、スズおよびコバルトの含有量の割合(Co/(Sn+Co))は30質量%以上70質量%以下である。また、例えば、鉄の含有量を多めに設定する場合の組成は、以下の通りである。炭素の含有量は11.9質量%以上29.7質量%以下である。また、スズ、コバルトおよび鉄の含有量の割合((Co+Fe)/(Sn+Co+Fe))は26.4質量%以上48.5質量%以下、コバルトおよび鉄の含有量の割合(Co/(Co+Fe))は9.9質量%以上79.5質量%以下である。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られるからである。このSnCoFeC含有材料の物性等(半値幅など)は、上記したSnCoC含有材料と同様である。   In addition to this SnCoC-containing material, a material containing tin, cobalt, iron and carbon (SnCoFeC-containing material) is also preferable. The composition of the SnCoFeC-containing material can be arbitrarily set. For example, the composition when the content of iron is set to be small is as follows. The carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, the iron content is 0.3 mass% or more and 5.9 mass% or less, and the content ratio of tin and cobalt (Co / (Sn + Co)) ) Is 30% by mass or more and 70% by mass or less. For example, the composition in the case where the content of iron is set to be large is as follows. The carbon content is 11.9% by mass or more and 29.7% by mass or less. Further, the content ratio of tin, cobalt and iron ((Co + Fe) / (Sn + Co + Fe)) is 26.4 mass% to 48.5 mass%, and the content ratio of cobalt and iron (Co / (Co + Fe)). Is 9.9 mass% or more and 79.5 mass% or less. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range. The physical properties and the like (half width, etc.) of this SnCoFeC-containing material are the same as those of the above-described SnCoC-containing material.

また、他の負極材料としては、例えば、炭素材料が挙げられる。電極反応物質の吸蔵および放出に伴う結晶構造の変化が非常に少ないと共に、高いエネルギー密度が得られるからである。また、導電剤としても機能するからである。この炭素材料としては、例えば、易黒鉛化性炭素、(002)面の面間隔が0.37nm以上の難黒鉛化性炭素、あるいは(002)面の面間隔が0.34nm以下の黒鉛などが挙げられる。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、活性炭あるいはカーボンブラック類などがある。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークスなどが含まれる。有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂やフラン樹脂などを適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。なお、炭素材料の形状は、繊維状、球状、粒状あるいは鱗片状のいずれでもよい。   Moreover, as another negative electrode material, a carbon material is mentioned, for example. This is because there is very little change in the crystal structure accompanying the insertion and extraction of the electrode reactant, and a high energy density can be obtained. Further, it also functions as a conductive agent. Examples of the carbon material include graphitizable carbon, non-graphitizable carbon having a (002) plane spacing of 0.37 nm or more, or graphite having a (002) plane spacing of 0.34 nm or less. Can be mentioned. More specifically, there are pyrolytic carbons, cokes, glassy carbon fibers, organic polymer compound fired bodies, activated carbon or carbon blacks. Of these, the cokes include pitch coke, needle coke, petroleum coke, and the like. The organic polymer compound fired body is obtained by firing and carbonizing a phenol resin, a furan resin, or the like at an appropriate temperature. The shape of the carbon material may be any of fibrous, spherical, granular or scale-like.

さらに、他の負極材料としては、例えば、金属酸化物あるいは高分子化合物が挙げられる。金属酸化物は、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウムあるいは酸化モリブデンなどである。高分子化合物は、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンあるいはポリピロールなどである。   Furthermore, examples of other negative electrode materials include metal oxides and polymer compounds. Examples of the metal oxide include iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide. Examples of the polymer compound include polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.

もちろん、負極材料は、上記以外のものでもよい。また、一連の負極材料は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。   Of course, the negative electrode material may be other than the above. Further, two or more kinds of the series of negative electrode materials may be mixed in any combination.

ここで、負極の詳細な構成例について説明する。   Here, a detailed configuration example of the negative electrode will be described.

図2および図3は、図1に示した負極の一部を拡大して表している。各図において、(A)は走査型電子顕微鏡(scanning electron microscope:SEM)写真(二次電子像)であり、(B)は(A)に示したSEM像の模式絵である。なお、図2および図3では、負極材料としてケイ素および鉄だけを含むケイ素鉄含有材料を用いた場合を示している。   2 and 3 show an enlarged part of the negative electrode shown in FIG. In each figure, (A) is a scanning electron microscope (SEM) photograph (secondary electron image), and (B) is a schematic picture of the SEM image shown in (A). 2 and 3 show a case where a silicon iron-containing material containing only silicon and iron is used as the negative electrode material.

負極活物質層2は、例えば、溶射法などにより負極集電体1の表面に負極材料が堆積されて形成されたものである。この場合において、負極活物質層2は、結晶性である複数の粒子状の負極活物質(負極活物質粒子201)を含んでいる。   The negative electrode active material layer 2 is formed, for example, by depositing a negative electrode material on the surface of the negative electrode current collector 1 by a thermal spraying method or the like. In this case, the negative electrode active material layer 2 includes a plurality of crystalline negative electrode active materials (negative electrode active material particles 201) that are crystalline.

複数の負極活物質粒子201は、負極集電体1の表面に連結されている。負極集電体1が粗面化された電解銅箔などである場合には、その表面に存在する複数の突起部(例えば微粒子)を覆うと共に各突起部間の隙間に入り込むように負極材料が堆積されるからである。   The plurality of negative electrode active material particles 201 are connected to the surface of the negative electrode current collector 1. When the negative electrode current collector 1 is a roughened electrolytic copper foil or the like, the negative electrode material is formed so as to cover a plurality of protrusions (for example, fine particles) existing on the surface and to enter gaps between the protrusions. It is because it is deposited.

この複数の負極活物質粒子201は、負極活物質層2の厚さ方向と交差する方向に配列された単層構造を有していてもよいし、厚さ方向に積み重ねられた多層構造を有していてもよいし、両者の構造が混在していてもよい。   The plurality of negative electrode active material particles 201 may have a single-layer structure arranged in a direction crossing the thickness direction of the negative electrode active material layer 2 or may have a multilayer structure stacked in the thickness direction. May be used, or both structures may be mixed.

負極活物質層2は、例えば、内部に複数の空隙202を有している。また、負極活物質層2は、例えば、負極集電体1に対して部分的に連結されているため、負極活物質粒子201が負極集電体1に接触している部分(接触部分P1)と接触していない部分(非接触部分P2)とを有している。   The negative electrode active material layer 2 has a plurality of voids 202 therein, for example. Moreover, since the negative electrode active material layer 2 is partially connected to the negative electrode current collector 1, for example, a portion where the negative electrode active material particles 201 are in contact with the negative electrode current collector 1 (contact portion P1) And a portion that is not in contact (non-contact portion P2).

負極活物質粒子201のうちの一部は、扁平状である。すなわち、複数の負極活物質粒子201は、扁平粒子201Pを含んでいる。この扁平粒子201Pは、隣り合う負極活物質粒子201と重なり合いながら接触している。   A part of the negative electrode active material particles 201 has a flat shape. That is, the plurality of negative electrode active material particles 201 include flat particles 201P. The flat particles 201P are in contact with the adjacent negative electrode active material particles 201 while overlapping.

[負極の製造方法]
この負極は、例えば、以下の手順により製造される。最初に、粗面化された電解銅箔などからなる負極集電体1を準備する。続いて、溶射法などを用いて、負極集電体1の表面にケイ素鉄含有材料を堆積させて、結晶性の負極活物質を含む負極活物質層2を形成する。なお、溶射法を用いる場合には、原材料として、ケイ素と鉄などとの混合物を用いてもよいし、ケイ素と鉄などとがあらかじめアトマイズ法により合金化されたもの(合金粒子)を用いてもよい。これにより、負極が完成する。
[Production method of negative electrode]
This negative electrode is manufactured, for example, by the following procedure. First, a negative electrode current collector 1 made of a roughened electrolytic copper foil or the like is prepared. Subsequently, using a thermal spraying method or the like, a silicon iron-containing material is deposited on the surface of the negative electrode current collector 1 to form the negative electrode active material layer 2 containing a crystalline negative electrode active material. When using the thermal spraying method, a mixture of silicon and iron or the like may be used as a raw material, or a material in which silicon and iron are alloyed in advance by an atomizing method (alloy particles) may be used. Good. Thereby, the negative electrode is completed.

この負極によれば、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能である結晶性の負極活物質として、ケイ素鉄含有材料(ケイ素および鉄を構成元素として含むと共に鉄の含有量が0.05重量%以上である材料)を含んでいる。この場合には、ケイ素だけを含んでいて鉄を含んでいない場合や、鉄を含んでいても含有量が0.05重量%未満である場合と比較して、負極活物質の物理強度が高くなると共に抵抗が低くなる。また、電極反応時において負極活物質が膨張および収縮しにくくなる。したがって、負極を用いた電気化学デバイスの性能向上に寄与することができる。より具体的には、負極が二次電池に用いられる場合には、サイクル特性の向上に寄与することができる。   According to this negative electrode, as a crystalline negative electrode active material capable of occluding and releasing an electrode reactant, a silicon iron-containing material (containing silicon and iron as constituent elements and having an iron content of 0.05 wt. % Material). In this case, the physical strength of the negative electrode active material is higher compared to the case where only silicon is contained and iron is not contained, or the case where iron is contained and the content is less than 0.05% by weight. And the resistance decreases. In addition, the negative electrode active material is less likely to expand and contract during the electrode reaction. Therefore, it can contribute to the performance improvement of the electrochemical device using a negative electrode. More specifically, when the negative electrode is used for a secondary battery, it can contribute to improvement of cycle characteristics.

特に、X線回折により得られる結晶性の負極活物質の(111)結晶面における回折ピークの半値幅が20°以下であり、あるいは同結晶面に起因する結晶子サイズが100nm以上であれば、より高い効果を得ることができる。   In particular, if the half width of the diffraction peak in the (111) crystal plane of the crystalline negative electrode active material obtained by X-ray diffraction is 20 ° or less, or the crystallite size resulting from the crystal plane is 100 nm or more, A higher effect can be obtained.

また、結晶性の負極活物質であるケイ素鉄含有材料がアルミニウムなどの追加金属元素を構成元素として含んでいれば、より高い効果を得ることができる。この場合には、鉄および追加金属元素の含有量の合計が0.2重量%以上であれば、さらに高い効果を得ることができる。   Further, if the silicon iron-containing material, which is a crystalline negative electrode active material, contains an additional metal element such as aluminum as a constituent element, a higher effect can be obtained. In this case, a higher effect can be obtained if the total content of iron and additional metal elements is 0.2% by weight or more.

また、負極活物質が酸素を含み、その酸素含有量が1.5原子数%以上40原子数%以下であれば、より高い効果を得ることができる。同様に、負極活物質が高酸素含有領域および低酸素含有領域を有していれば、より高い効果を得ることができる。   Further, when the negative electrode active material contains oxygen and the oxygen content is 1.5 atomic% to 40 atomic%, higher effects can be obtained. Similarly, if the negative electrode active material has a high oxygen content region and a low oxygen content region, a higher effect can be obtained.

また、負極集電体1の表面が粗面化されていれば、負極集電体1に対する負極活物質層2の密着性を向上させることができる。この場合には、負極集電体1の表面の十点平均粗さRzが1.5μm以上、好ましくは3μm以上30μm以下であれば、より高い効果を得ることができる。   Further, if the surface of the negative electrode current collector 1 is roughened, the adhesion of the negative electrode active material layer 2 to the negative electrode current collector 1 can be improved. In this case, a higher effect can be obtained if the ten-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode current collector 1 is 1.5 μm or more, preferably 3 μm or more and 30 μm or less.

<2.負極を用いた電気化学デバイス(二次電池)>
次に、上記した負極の使用例について説明する。ここで、電気化学デバイスの一例として二次電池を例に挙げると、上記した負極は、以下のようにして用いられる。
<2. Electrochemical device (secondary battery) using negative electrode>
Next, usage examples of the above-described negative electrode will be described. Here, taking a secondary battery as an example of an electrochemical device, the above-described negative electrode is used as follows.

<2−1.第1の二次電池(角型)>
図4および図5は、第1の二次電池の断面構成を表しており、図5では、図4に示したV−V線に沿った断面を示している。ここで説明する二次電池は、例えば、負極22の容量が電極反応物質であるリチウムイオンの吸蔵および放出により表されるリチウムイオン二次電池である。
<2-1. First secondary battery (square type)>
4 and 5 illustrate a cross-sectional configuration of the first secondary battery, and FIG. 5 illustrates a cross-section along the line VV illustrated in FIG. 4. The secondary battery described here is, for example, a lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode 22 is expressed by insertion and extraction of lithium ions that are electrode reactants.

[二次電池の全体構成]
この二次電池は、主に、電池缶11の内部に、扁平な巻回構造を有する電池素子20が収納されたものである。
[Overall structure of secondary battery]
In the secondary battery, a battery element 20 having a flat winding structure is mainly accommodated in a battery can 11.

電池缶11は、例えば、角型の外装部材である。この角型の外装部材とは、図5に示したように、長手方向における断面が矩形型あるいは略矩形型(一部に曲線を含む)の形状を有するものであり、矩形状だけでなくオーバル形状も含むものである。すなわち、角型の外装部材とは、矩形状あるいは円弧を直線で結んだ略矩形状(長円形状)の開口部を有する有底矩形型あるいは有底長円形状型の器状部材である。なお、図5では、電池缶11が矩形型の断面形状を有する場合を示している。このような電池缶11用いた電池構造は、いわゆる角型と呼ばれている。   The battery can 11 is, for example, a square exterior member. As shown in FIG. 5, the square-shaped exterior member has a rectangular cross section or a substantially rectangular shape (including a curve in part) in the longitudinal direction. The shape is also included. That is, the square-shaped exterior member is a bottomed rectangular type or bottomed oval shaped vessel-like member having a rectangular shape or a substantially rectangular shape (oval shape) obtained by connecting arcs with straight lines. FIG. 5 shows a case where the battery can 11 has a rectangular cross-sectional shape. Such a battery structure using the battery can 11 is called a so-called square shape.

この電池缶11は、例えば、鉄、アルミニウムあるいはそれらの合金などにより構成されており、電極端子としての機能を有している場合もある。中でも、充放電時に電池缶11の固さ(変形しにくさ)を利用して電池膨れを抑えるためには、アルミニウムよりも固い鉄が好ましい。なお、電池缶11が鉄により構成される場合には、例えば、電池缶11の表面にニッケルなどの鍍金が施されていてもよい。   The battery can 11 is made of, for example, iron, aluminum, or an alloy thereof, and may have a function as an electrode terminal. Among them, iron that is harder than aluminum is preferable in order to suppress battery swelling by utilizing the hardness (hardness of deformation) of the battery can 11 during charging and discharging. When the battery can 11 is made of iron, for example, the surface of the battery can 11 may be plated with nickel or the like.

また、電池缶11は、一端部が開放されると共に他端部が閉鎖された中空構造を有しており、その開放端部に絶縁板12および電池蓋13が取り付けられて密閉されている。絶縁板12は、電池素子20と電池蓋13との間に、その電池素子20の巻回周面に対して垂直に配置されており、例えば、ポリプロピレンなどにより構成されている。電池蓋13は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されており、電極端子としての機能を有していてもよい。   The battery can 11 has a hollow structure in which one end is opened and the other end is closed, and an insulating plate 12 and a battery lid 13 are attached to the open end to be sealed. The insulating plate 12 is disposed between the battery element 20 and the battery lid 13 so as to be perpendicular to the winding peripheral surface of the battery element 20, and is made of, for example, polypropylene. The battery lid 13 is made of, for example, the same material as that of the battery can 11 and may have a function as an electrode terminal.

電池蓋13の外側には、正極端子となる端子板14が設けられており、その端子板14は、絶縁ケース16を介して電池蓋13から電気的に絶縁されている。この絶縁ケース16は、例えば、ポリブチレンテレフタレートなどにより構成されている。また、電池蓋13のほぼ中央部には貫通孔が設けられており、その貫通孔には、端子板14と電気的に接続されると共にガスケット17を介して電池蓋13から電気的に絶縁されるように正極ピン15が挿入されている。このガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、その表面には、例えば、アスファルトが塗布されている。   A terminal plate 14 serving as a positive terminal is provided outside the battery lid 13, and the terminal plate 14 is electrically insulated from the battery lid 13 through an insulating case 16. The insulating case 16 is made of, for example, polybutylene terephthalate. In addition, a through hole is provided in a substantially central portion of the battery lid 13, and the through hole is electrically connected to the terminal plate 14 and is electrically insulated from the battery lid 13 through the gasket 17. A positive electrode pin 15 is inserted as shown. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and for example, asphalt is applied to the surface thereof.

電池蓋13の周縁付近には、開裂弁18および注入孔19が設けられている。開裂弁18は、電池蓋13と電気的に接続されており、内部短絡、あるいは外部からの加熱などに起因して電池内圧が一定以上となった場合に、電池蓋13から切り離されて内圧を開放するようになっている。注入孔19は、例えば、ステンレス鋼球などからなる封止部材19Aにより塞がれている。   In the vicinity of the periphery of the battery lid 13, a cleavage valve 18 and an injection hole 19 are provided. The cleavage valve 18 is electrically connected to the battery lid 13, and is disconnected from the battery lid 13 to reduce the internal pressure when the internal pressure of the battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or external heating. It is designed to be opened. The injection hole 19 is closed by a sealing member 19A made of, for example, a stainless steel ball.

電池素子20は、セパレータ23を介して正極21と負極22とが積層および巻回されたものであり、電池缶11の形状に応じて扁平状になっている。正極21の端部(例えば内終端部)にはアルミニウムなどにより構成された正極リード24が取り付けられており、負極22の端部(例えば外終端部)にはニッケルなどにより構成された負極リード25が取り付けられている。正極リード24は、正極ピン15の一端に溶接されて端子板14と電気的に接続されており、負極リード25は、電池缶11に溶接されて電気的に接続されている。   The battery element 20 is formed by laminating and winding a positive electrode 21 and a negative electrode 22 via a separator 23, and has a flat shape according to the shape of the battery can 11. A positive electrode lead 24 made of aluminum or the like is attached to an end portion (for example, an inner terminal portion) of the positive electrode 21, and a negative electrode lead 25 made of nickel or the like to an end portion (for example, the outer terminal portion) of the negative electrode 22. Is attached. The positive electrode lead 24 is welded to one end of the positive electrode pin 15 and is electrically connected to the terminal plate 14, and the negative electrode lead 25 is welded to and electrically connected to the battery can 11.

[正極]
正極21は、例えば、正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられたものである。ただし、正極活物質層21Bは、正極集電体21Aの片面だけに設けられていてもよい。
[Positive electrode]
The positive electrode 21 is, for example, one in which a positive electrode active material layer 21B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 21A. However, the positive electrode active material layer 21B may be provided only on one surface of the positive electrode current collector 21A.

正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム、ニッケルあるいはステンレスなどにより構成されている。   The positive electrode current collector 21A is made of, for example, aluminum, nickel, stainless steel, or the like.

正極活物質層21Bは、正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種あるいは2種以上を含んでおり、必要に応じて、正極結着剤あるいは正極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。   The positive electrode active material layer 21B includes one or more positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material, and a positive electrode binder or a positive electrode as necessary. Other materials such as a conductive agent may be included.

正極材料としては、リチウム含有化合物が好ましい。高いエネルギー密度が得られるからである。このリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを構成元素として含む複合酸化物、あるいはリチウムと遷移金属元素とを構成元素として含むリン酸化合物などが挙げられる。中でも、遷移金属元素としてコバルト、ニッケル、マンガンおよび鉄のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。より高い電圧が得られるからである。その化学式は、例えば、Lix M1O2 あるいはLiy M2PO4 で表される。式中、M1およびM2は、1種類以上の遷移金属元素を表す。また、xおよびyの値は、充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。 As the positive electrode material, a lithium-containing compound is preferable. This is because a high energy density can be obtained. Examples of the lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element as constituent elements, or a phosphate compound containing lithium and a transition metal element as constituent elements. Especially, what contains at least 1 sort (s) of cobalt, nickel, manganese, and iron as a transition metal element is preferable. This is because a higher voltage can be obtained. The chemical formula is represented by, for example, Li x M1O 2 or Li y M2PO 4 . In the formula, M1 and M2 represent one or more transition metal elements. The values of x and y vary depending on the charge / discharge state, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10.

リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物(Lix CoO2 )、リチウムニッケル複合酸化物(Lix NiO2 )、あるいは式(12)で表されるリチウムニッケル系複合酸化物などが挙げられる。また、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4 )あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1-u Mnu PO4 (u<1))などが挙げられる。高い電池容量が得られると共に、優れたサイクル特性も得られるからである。 Examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), or lithium represented by the formula (12). Examples include nickel-based composite oxides. Examples of the phosphate compound containing lithium and a transition metal element include a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (u <1)). Is mentioned. This is because high battery capacity is obtained and excellent cycle characteristics are also obtained.

LiNi1-x x 2 …(12)
(Mはコバルト、マンガン、鉄、アルミニウム、バナジウム、スズ、マグネシウム、チタン、ストロンチウム、カルシウム、ジルコニウム、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、タンタル、タングステン、レニウム、イッテルビウム、銅、亜鉛、バリウム、ホウ素、クロム、ケイ素、ガリウム、リン、アンチモンおよびニオブのうちの少なくとも1種である。xは0.005<x<0.5である。)
LiNi 1-x M x O 2 (12)
(M is cobalt, manganese, iron, aluminum, vanadium, tin, magnesium, titanium, strontium, calcium, zirconium, molybdenum, technetium, ruthenium, tantalum, tungsten, rhenium, ytterbium, copper, zinc, barium, boron, chromium, silicon And at least one of gallium, phosphorus, antimony, and niobium, and x is 0.005 <x <0.5.)

この他、正極材料としては、例えば、酸化物、二硫化物、カルコゲン化物あるいは導電性高分子などが挙げられる。酸化物は、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムあるいは二酸化マンガンなどである。二硫化物は、例えば、二硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどである。カルコゲン化物は、例えば、セレン化ニオブなどである。導電性高分子は、例えば、硫黄、ポリアニリンあるいはポリチオフェンなどである。   In addition, examples of the positive electrode material include oxides, disulfides, chalcogenides, and conductive polymers. Examples of the oxide include titanium oxide, vanadium oxide, and manganese dioxide. Examples of the disulfide include titanium disulfide and molybdenum sulfide. An example of the chalcogenide is niobium selenide. Examples of the conductive polymer include sulfur, polyaniline, and polythiophene.

もちろん、正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、一連の正極材料は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。   Of course, the positive electrode material may be other than the above. Further, two or more kinds of the series of positive electrode materials may be mixed in any combination.

正極結着剤としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンなどの合成ゴムや、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。   Examples of the positive electrode binder include synthetic rubbers such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber, and ethylene propylene diene, and polymer materials such as polyvinylidene fluoride. These may be single and multiple types may be mixed.

正極導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックあるいはケチェンブラックなどの炭素材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。なお、正極導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料あるいは導電性高分子などであってもよい。   Examples of the positive electrode conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon black, acetylene black, and ketjen black. These may be single and 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 conductive material.

[負極]
負極22は、例えば、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられたものである。負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bの構成は、それぞれ上記した負極における負極集電体1および負極活物質層2の構成と同様である。すなわち、負極活物質層22Bは、負極活物質としてケイ素鉄含有材料を含んでいる。この場合には、上記したように、鉄の含有量は0.05重量%以上であれば特に限定されないが、鉄の含有量が多すぎて電池容量が低下しすぎることを防止するためには、0.05重量%以上8.8重量%以下であることが好ましい。この負極22において、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電可能な容量は、正極21の放電容量よりも大きくなっていることが好ましい。充電時においてリチウム金属が意図せずに析出することを防止するためである。
[Negative electrode]
In the negative electrode 22, for example, a negative electrode active material layer 22B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 22A. The configurations of the negative electrode current collector 22A and the negative electrode active material layer 22B are the same as the configurations of the negative electrode current collector 1 and the negative electrode active material layer 2 in the above-described negative electrode, respectively. That is, the negative electrode active material layer 22B contains a silicon iron-containing material as a negative electrode active material. In this case, as described above, the iron content is not particularly limited as long as it is 0.05% by weight or more. However, in order to prevent the battery capacity from being excessively decreased due to too much iron content. 0.05 wt% or more and 8.8 wt% or less is preferable. In this negative electrode 22, the chargeable capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium ions is preferably larger than the discharge capacity of the positive electrode 21. This is to prevent unintentional precipitation of lithium metal during charging.

[セパレータ]
セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触に起因する短絡を防止しながらリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂からなる多孔質膜や、セラミックからなる多孔質膜などにより構成されている。なお、セパレータ23は、2種以上の多孔質膜が積層されたものであってもよい。
[Separator]
The separator 23 separates the positive electrode 21 and the negative electrode 22 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit due to contact between the two electrodes. The separator 23 is made of, for example, a porous film made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramic. The separator 23 may be a laminate of two or more porous films.

[電解質]
このセパレータ23には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、溶媒に電解質塩が溶解されたものであり、必要に応じて、各種添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。
[Electrolytes]
The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte. This electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in a solvent, and may contain other materials such as various additives as necessary.

溶媒は、例えば、有機溶剤などの非水溶媒のいずれか1種あるいは2種以上を含んでいる。以下で説明する一連の溶媒(非水溶媒)は、単独でもよいし、2種以上混合されてもよい。   The solvent contains, for example, one or more of nonaqueous solvents such as organic solvents. A series of solvents (nonaqueous solvent) described below may be used alone or in combination of two or more.

非水溶媒としては、例えば、以下のものが挙げられる。炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタンあるいはテトラヒドロフランである。また、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサンあるいは1,4−ジオキサンである。また、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチルあるいはトリメチル酢酸エチルである。また、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリジノンあるいはN−メチルオキサゾリジノンである。さらに、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、燐酸トリメチルあるいはジメチルスルホキシドである。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。   Examples of the non-aqueous solvent include the following. Ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane or tetrahydrofuran. Also, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxane, or 1,4-dioxane. Further, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethyl acetate or ethyl trimethyl acetate. Acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone or N-methyloxazolidinone. Further, N, N'-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, trimethyl phosphate or dimethyl sulfoxide. This is because excellent battery capacity, cycle characteristics, storage characteristics, and the like can be obtained.

中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルのうちの少なくとも1種が好ましい。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。この場合には、炭酸エチレンあるいは炭酸プロピレンなどの高粘度(高誘電率)溶媒(例えば比誘電率ε≧30)と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒(例えば粘度≦1mPa・s)との組み合わせがより好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。   Among these, at least one of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate is preferable. This is because excellent battery capacity, cycle characteristics, storage characteristics, and the like can be obtained. In this case, a high viscosity (high dielectric constant) solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate (for example, a relative dielectric constant ε ≧ 30) and a low viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or diethyl carbonate (for example, viscosity ≦ 1 mPas). -A combination with s) is more preferred. This is because the dissociation property of the electrolyte salt and the ion mobility are improved.

特に、溶媒は、式(1)で表されるハロゲン化鎖状炭酸エステルおよび式(2)で表されるハロゲン化環状炭酸エステルのうちの少なくとも1種を含んでいることが好ましい。充放電時において負極22の表面に安定な保護膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。この「ハロゲン化鎖状炭酸エステル」とは、ハロゲンを構成元素として含む鎖状炭酸エステルであり、「ハロゲン化環状炭酸エステル」とは、ハロゲンを構成元素として含む環状炭酸エステルである。なお、式(1)中のR11〜R16は、同一でもよいし、異なってもよい。式(2)中のR17〜R20についても、同様である。溶媒中におけるハロゲン化鎖状炭酸エステルおよびハロゲン化環状炭酸エステルの含有量は、例えば、0.01重量%〜50重量%である。   In particular, the solvent preferably contains at least one of a halogenated chain carbonate represented by the formula (1) and a halogenated cyclic carbonate represented by the formula (2). This is because a stable protective film is formed on the surface of the negative electrode 22 at the time of charge and discharge, so that the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed. The “halogenated chain carbonate ester” is a chain carbonate ester containing halogen as a constituent element, and the “halogenated cyclic carbonate ester” is a cyclic carbonate ester containing halogen as a constituent element. In addition, R11-R16 in Formula (1) may be the same, and may differ. The same applies to R17 to R20 in the formula (2). The content of the halogenated chain carbonate and the halogenated cyclic carbonate in the solvent is, for example, 0.01 wt% to 50 wt%.

Figure 2010165508
(R11〜R16は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それらのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。)
Figure 2010165508
(R11 to R16 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)

Figure 2010165508
(R17〜R20は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それらのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。)
Figure 2010165508
(R17 to R20 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)

ハロゲンの種類は、特に限定されないが、中でも、フッ素、塩素あるいは臭素が好ましく、フッ素がより好ましい。他のハロゲンよりも高い効果が得られるからである。ただし、ハロゲンの数は、1つよりも2つが好ましく、さらに3つ以上でもよい。保護膜を形成する能力が高くなり、より強固で安定な保護膜が形成されるため、電解液の分解反応がより抑制されるからである。   The kind of halogen is not particularly limited, but among them, fluorine, chlorine or bromine is preferable, and fluorine is more preferable. This is because an effect higher than that of other halogens can be obtained. However, the number of halogens is preferably two rather 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 electrolytic solution is further suppressed.

ハロゲン化鎖状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス(フルオロメチル)あるいは炭酸ジフルオロメチルメチルなどが挙げられる。   Examples of the halogenated chain carbonate include fluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, and the like.

ハロゲン化環状炭酸エステルとしては、例えば、式(2−1)〜式(2−21)で表される化合物が挙げられる。このハロゲン化環状炭酸エステルには、幾何異性体も含まれる。   Examples of the halogenated cyclic carbonate include compounds represented by Formula (2-1) to Formula (2-21). This halogenated cyclic carbonate includes geometric isomers.

Figure 2010165508
Figure 2010165508

Figure 2010165508
Figure 2010165508

中でも、式(2−1)に示した4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは式(2−3)に示した4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが好ましく、後者がより好ましい。特に、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとしては、シス異性体よりもトランス異性体が好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。   Among them, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one represented by the formula (2-1) or 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one represented by the formula (2-3) is preferable. The latter is preferred and the latter is more preferred. In particular, 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferably a trans isomer rather than a cis isomer. This is because it is easily available and a high effect can be obtained.

また、溶媒は、式(3)〜式(5)で表される不飽和炭素結合環状炭酸エステルのうちの少なくとも1種を含んでいることが好ましい。充放電時において負極22の表面に安定な保護膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。この「不飽和炭素結合環状炭酸エステル」とは、不飽和結合を有する環状炭酸エステルである。なお、不飽和炭素結合環状炭酸エステルには、幾何異性体も含まれる。溶媒中における不飽和炭素結合環状炭酸エステルの含有量は、例えば、0.01重量%〜10重量%である。   Moreover, it is preferable that the solvent contains at least 1 sort (s) of the unsaturated carbon bond cyclic carbonate represented by Formula (3)-Formula (5). This is because a stable protective film is formed on the surface of the negative electrode 22 at the time of charge and discharge, so that the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed. The “unsaturated carbon bond cyclic carbonate” is a cyclic carbonate having an unsaturated bond. The unsaturated carbon bond cyclic ester carbonate also includes geometric isomers. The content of the unsaturated carbon bond cyclic carbonate in the solvent is, for example, 0.01% by weight to 10% by weight.

Figure 2010165508
(R21およびR22は水素基あるいはアルキル基である。)
Figure 2010165508
(R21 and R22 are a hydrogen group or an alkyl group.)

Figure 2010165508
(R23〜R26は水素基、アルキル基、ビニル基あるいはアリル基であり、それらのうちの少なくとも1つはビニル基あるいはアリル基である。)
Figure 2010165508
(R23 to R26 are a hydrogen group, an alkyl group, a vinyl group, or an allyl group, and at least one of them is a vinyl group or an allyl group.)

Figure 2010165508
(R27はアルキレン基である。)
Figure 2010165508
(R27 is an alkylene group.)

式(3)に示した不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、炭酸ビニレン系化合物である。この炭酸ビニレン系化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。炭酸ビニレン(1,3−ジオキソール−2−オン)、炭酸メチルビニレン(4−メチル−1,3−ジオキソール−2−オン)あるいは炭酸エチルビニレン(4−エチル−1,3−ジオキソール−2−オン)である。また、4,5−ジメチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4,5−ジエチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4−フルオロ−1,3−ジオキソール−2−オンあるいは4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソール−2−オンである。中でも、炭酸ビニレンが好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。   The unsaturated carbon bond cyclic ester carbonate shown in Formula (3) is a vinylene carbonate compound. Examples of the vinylene carbonate-based compound include the following. Vinylene carbonate (1,3-dioxol-2-one), methyl vinylene carbonate (4-methyl-1,3-dioxol-2-one) or ethyl vinylene carbonate (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. Among these, vinylene carbonate is preferable. This is because it is easily available and a high effect can be obtained.

式(4)に示した不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、炭酸ビニルエチレン系化合物である。炭酸ビニルエチレン系化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。炭酸ビニルエチレン(4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン)、4−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4−エチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンである。また、4−n−プロピル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、5−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4,5−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンである。中でも、炭酸ビニルエチレンが好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。もちろん、R23〜R26としては、全てがビニル基でもよいし、全てがアリル基でもよいし、ビニル基とアリル基とが混在していてもよい。   The unsaturated carbon bond cyclic carbonate represented by the formula (4) is a vinyl ethylene carbonate compound. Examples of the vinyl carbonate-based compound include the following. Vinyl ethylene carbonate (4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one), 4-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one or 4-ethyl-4-vinyl-1,3-dioxolane -2-one. Further, 4-n-propyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 5-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-divinyl-1,3- Dioxolan-2-one or 4,5-divinyl-1,3-dioxolan-2-one. Of these, vinyl ethylene carbonate is preferred. This is because it is easily available and a high effect can be obtained. Of course, as R23 to R26, all may be vinyl groups, all may be allyl groups, or vinyl groups and allyl groups may be mixed.

式(5)に示した不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、炭酸メチレンエチレン系化合物である。炭酸メチレンエチレン系化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。4−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジメチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4,4−ジエチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンである。この炭酸メチレンエチレン系化合物としては、1つのメチレン基を有するもの(式(5)に示した化合物)の他、2つのメチレン基を有するものであってもよい。   The unsaturated carbon bond cyclic carbonate represented by the formula (5) is a methylene ethylene carbonate compound. Examples of the methylene ethylene carbonate compound include the following. 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-dioxolane- 2-one. As this methylene ethylene carbonate compound, there may be one having two methylene groups in addition to one having one methylene group (compound shown in formula (5)).

なお、不飽和炭素結合環状炭酸エステルとしては、式(3)〜式(5)に示したものの他、ベンゼン環を有する炭酸カテコール(カテコールカーボネート)などであってもよい。   In addition, as unsaturated carbon bond cyclic carbonate ester, the catechol carbonate (catechol carbonate) etc. which have a benzene ring other than what was shown to Formula (3)-Formula (5) may be sufficient.

また、溶媒は、スルトン(環状スルホン酸エステル)を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性が向上するからである。スルトンとしては、例えば、プロパンスルトンあるいはプロペンスルトンなどが挙げられる。溶媒中におけるスルトンの含有量は、例えば、0.5重量%以上5重量%以下である。   Moreover, it is preferable that the solvent contains sultone (cyclic sulfonate ester). This is because the chemical stability of the electrolytic solution is improved. Examples of sultone include propane sultone and propene sultone. The content of sultone in the solvent is, for example, 0.5% by weight or more and 5% by weight or less.

さらに、溶媒は、酸無水物を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性が向上するからである。酸無水物としては、例えば、カルボン酸無水物、ジスルホン酸無水物あるいはカルボン酸スルホン酸無水物などが挙げられる。カルボン酸無水物は、例えば、無水コハク酸、無水グルタル酸あるいは無水マレイン酸などである。ジスルホン酸無水物は、例えば、無水エタンジスルホン酸あるいは無水プロパンジスルホン酸などである。カルボン酸スルホン酸無水物は、例えば、無水スルホ安息香酸、無水スルホプロピオン酸あるいは無水スルホ酪酸などである。溶媒中における酸無水物の含有量は、例えば、0.5重量%以上5重量%以下である。   Furthermore, it is preferable that the solvent contains an acid anhydride. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is improved. Examples of the acid anhydride include carboxylic acid anhydride, disulfonic acid anhydride, carboxylic acid sulfonic acid anhydride, and the like. Examples of the carboxylic acid anhydride include succinic anhydride, glutaric anhydride, and maleic anhydride. Examples of the disulfonic anhydride include ethane disulfonic anhydride and propane disulfonic anhydride. Examples of the carboxylic acid sulfonic anhydride include anhydrous sulfobenzoic acid, anhydrous sulfopropionic acid, and anhydrous sulfobutyric acid. The content of the acid anhydride in the solvent is, for example, 0.5% by weight or more and 5% by weight or less.

電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか1種類あるいは2種類以上を含んでいる。以下で説明する一連の電解質塩は、単独でもよいし、2種以上混合されてもよい。   The electrolyte salt includes, for example, any one or more of light metal salts such as lithium salts. The series of electrolyte salts described below may be used alone or in combination of two or more.

リチウム塩としては、例えば、以下のものが挙げられる。六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムあるいは六フッ化ヒ酸リチウムである。また、テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C6 5 4 )、メタンスルホン酸リチウム(LiCH3 SO3 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )あるいはテトラクロロアルミン酸リチウム(LiAlCl4 )である。さらに、六フッ化ケイ酸二リチウム(Li2 SiF6 )、塩化リチウム(LiCl)あるいは臭化リチウム(LiBr)である。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。 Examples of the lithium salt include the following. Lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate or lithium hexafluoroarsenate. Further, lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5 ) 4 ), lithium methanesulfonate (LiCH 3 SO 3 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ) or lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ) It is. Further, dilithium hexafluorosilicate (Li 2 SiF 6 ), lithium chloride (LiCl) or lithium bromide (LiBr). This is because excellent battery capacity, cycle characteristics, storage characteristics, and the like can be obtained.

中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムのうちの少なくとも1種が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。内部抵抗が低下するため、より高い効果が得られるからである。   Among these, at least one of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluoroarsenate is preferable, and lithium hexafluorophosphate is more preferable. This is because a higher effect can be obtained because the internal resistance is lowered.

特に、電解質塩は、式(6)〜式(8)で表される化合物のうちの少なくとも1種を含んでていることが好ましい。より高い効果が得られるからである。なお、式(6)のR31およびR33は、同一でもよいし、異なってもよい。このことは、式(7)中のR41〜R43および式(8)中のR51およびR52についても同様である。   In particular, the electrolyte salt preferably contains at least one of the compounds represented by the formulas (6) to (8). This is because a higher effect can be obtained. In addition, R31 and R33 of Formula (6) may be the same or different. The same applies to R41 to R43 in formula (7) and R51 and R52 in formula (8).

Figure 2010165508
(X31は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素、またはアルミニウムである。M31は遷移金属元素、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。R31はハロゲン基である。Y31は−(O=)C−R32−C(=O)−、−(O=)C−C(R33)2 −あるいは−(O=)C−C(=O)−である。ただし、R32はアルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基あるいはハロゲン化アリーレン基である。R33はアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基あるいはハロゲン化アリール基である。なお、a3は1〜4の整数であり、b3は0、2あるいは4であり、c3、d3、m3およびn3は1〜3の整数である。)
Figure 2010165508
(X31 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table, or aluminum. M31 is a transition metal element, or a group 13 element, group 14 element, or group 15 element in the long-period periodic table. R31 Y31 is — (O═) C—R32—C (═O) —, — (O═) C—C (R33) 2 — or — (O═) C—C (═O) Where R32 is an alkylene group, a halogenated alkylene group, an arylene group or a halogenated arylene group, R33 is an alkyl group, a halogenated alkyl group, an aryl group or a halogenated aryl group, and a3 is (It is an integer of 1 to 4, b3 is 0, 2 or 4, and c3, d3, m3 and n3 are integers of 1 to 3.)

Figure 2010165508
(X41は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素である。M41は遷移金属元素、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。Y41は−(O=)C−(C(R41)2 b4−C(=O)−、−(R43)2 C−(C(R42)2 c4−C(=O)−、−(R43)2 C−(C(R42)2 c4−C(R43)2 −、−(R43)2 C−(C(R42)2 c4−S(=O)2 −、−(O=)2 S−(C(R42)2 d4−S(=O)2 −あるいは−(O=)C−(C(R42)2 d4−S(=O)2 −である。ただし、R41およびR43は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それぞれのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。R42は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、a4、e4およびn4は1あるいは2であり、b4およびd4は1〜4の整数であり、c4は0〜4の整数であり、f4およびm4は1〜3の整数である。)
Figure 2010165508
(X41 is a group 1 element or group 2 element in the long periodic table. M41 is a transition metal element, or a group 13, element or group 15 element in the long period periodic table. Y41 is − ( O =) C- (C (R41 ) 2) b4 -C (= O) -, - (R43) 2 C- (C (R42) 2) c4 -C (= O) -, - (R43) 2 C -(C (R42) 2 ) c4 -C (R43) 2 -,-(R43) 2 C- (C (R42) 2 ) c4 -S (= O) 2 -,-(O =) 2 S- ( C (R42) 2 ) d4- S (= O) 2- or-(O =) C- (C (R42) 2 ) d4- S (= O) 2- where R41 and R43 are hydrogen groups. , An alkyl group, a halogen group, or a halogenated alkyl group, and at least one of each is a halogen group or a halogenated alkyl group. R42 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group or a halogenated alkyl group, wherein a4, e4 and n4 are 1 or 2, b4 and d4 are integers of 1 to 4, and c4 Is an integer from 0 to 4, and f4 and m4 are integers from 1 to 3.)

Figure 2010165508
(X51は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素である。M51は遷移金属元素、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。Rfはフッ素化アルキル基あるいはフッ素化アリール基であり、いずれの炭素数も1〜10である。Y51は−(O=)C−(C(R51)2 d5−C(=O)−、−(R52)2 C−(C(R51)2 d5−C(=O)−、−(R52)2 C−(C(R51)2 d5−C(R52)2 −、−(R52)2 C−(C(R51)2 d5−S(=O)2 −、−(O=)2 S−(C(R51)2 e5−S(=O)2 −あるいは−(O=)C−(C(R51)2 e5−S(=O)2 −である。ただし、R51は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。R52は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、そのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、a5、f5およびn5は1あるいは2であり、b5、c5およびe5は1〜4の整数であり、d5は0〜4の整数であり、g5およびm5は1〜3の整数である。)
Figure 2010165508
(X51 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table. M51 is a transition metal element, or a group 13, element or group 15 element in the long-period periodic table. Rf is fluorinated. An alkyl group or a fluorinated aryl group, each having 1 to 10 carbon atoms Y51 is — (O═) C— (C (R51) 2 ) d5 —C (═O) —, — (R52); 2 C- (C (R51) 2 ) d5 -C (= O)-,-(R52) 2 C- (C (R51) 2 ) d5 -C (R52) 2 -,-(R52) 2 C- ( C (R51) 2) d5 -S (= O) 2 -, - (O =) 2 S- (C (R51) 2) e5 -S (= O) 2 - or - (O =) C- (C (R51) 2) e5 -S ( = O) 2 -. is, however, R51 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group, or a halogen Kaa R52 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group or a halogenated alkyl group, at least one of which is a halogen group or a halogenated alkyl group, wherein a5, f5 and n5 are 1 or 2; B5, c5 and e5 are integers of 1 to 4, d5 is an integer of 0 to 4, and g5 and m5 are integers of 1 to 3.)

なお、1族元素とは、水素、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムおよびフランシウムである。2族元素とは、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムおよびラジウムである。13族元素とは、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびタリウムである。14族元素とは、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズおよび鉛である。15族元素とは、窒素、リン、ヒ素、アンチモンおよびビスマスである。   Group 1 elements are hydrogen, lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, and francium. Group 2 elements are beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and radium. Group 13 elements are boron, aluminum, gallium, indium and thallium. Group 14 elements are carbon, silicon, germanium, tin and lead. Group 15 elements are nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony and bismuth.

式(6)に示した化合物としては、例えば、式(6−1)〜式(6−6)で表される化合物などが挙げられる。式(7)に示した化合物としては、例えば、式(7−1)〜式(7−8)で表される化合物などが挙げられる。式(8)に示した化合物としては、例えば、式(8−1)で表される化合物などが挙げられる。   Examples of the compound represented by the formula (6) include compounds represented by the formula (6-1) to the formula (6-6). Examples of the compound represented by formula (7) include compounds represented by formula (7-1) to formula (7-8). Examples of the compound represented by the formula (8) include a compound represented by the formula (8-1).

Figure 2010165508
Figure 2010165508

Figure 2010165508
Figure 2010165508

Figure 2010165508
Figure 2010165508

また、電解質塩は、式(9)〜式(11)で表される化合物のうちの少なくとも1種を含んでいることが好ましい。より高い効果が得られるからである。なお、式(9)中のmおよびnは、同一でもよいし、異なってもよい。式(11)中のp、qおよびrについても、同様である。   Moreover, it is preferable that electrolyte salt contains at least 1 sort (s) of the compounds represented by Formula (9)-Formula (11). This is because a higher effect can be obtained. In addition, m and n in Formula (9) may be the same or different. The same applies to p, q and r in the formula (11).

LiN(Cm 2m+1SO2 )(Cn 2n+1 SO2 )…(9)
(mおよびnは1以上の整数である。)
LiN (C m F 2m + 1 SO 2) (C n F 2n + 1 SO 2) ... (9)
(M and n are integers of 1 or more.)

Figure 2010165508
(R61は炭素数が2以上4以下の直鎖状あるいは分岐状のパーフルオロアルキレン基である。)
Figure 2010165508
(R61 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms.)

LiC(Cp 2p+1SO2 )(Cq 2q+1SO2 )(Cr 2r+1SO2 )…(11)
(p、qおよびrは1以上の整数である。)
LiC (C p F 2p + 1 SO 2 ) (C q F 2q + 1 SO 2 ) (C r F 2r + 1 SO 2 ) (11)
(P, q and r are integers of 1 or more.)

式(9)に示した化合物は、鎖状のイミド化合物である。このような化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 2 )あるいはビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(C2 5 SO2 2 )である。また、(トリフルオロメタンスルホニル)(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )(C2 5 SO2 ))である。また、(トリフルオロメタンスルホニル)(ヘプタフルオロプロパンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )(C3 7 SO2 ))である。さらに(トリフルオロメタンスルホニル)(ノナフルオロブタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )(C4 9 SO2 ))である。 The compound shown in Formula (9) is a chain imide compound. Examples of such compounds include the following. Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) or bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide lithium (LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 ). Further, it is (trifluoromethanesulfonyl) (pentafluoroethanesulfonyl) imidolithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 )). Further, it is (trifluoromethanesulfonyl) (heptafluoropropanesulfonyl) imidolithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 3 F 7 SO 2 )). Further, (trifluoromethanesulfonyl) (nonafluorobutanesulfonyl) imidolithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 )).

式(10)に示した化合物は、環状のイミド化合物である。このような化合物としては、例えば、式(10−1)〜式(10−4)で表される化合物が挙げられる。   The compound shown in Formula (10) is a cyclic imide compound. Examples of such a compound include compounds represented by formula (10-1) to formula (10-4).

Figure 2010165508
Figure 2010165508

式(11)に示した化合物は、鎖状のメチド化合物である。このような化合物としては、例えば、リチウムトリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド(LiC(CF3 SO2 3 )などが挙げられる。 The compound represented by the formula (11) is a chain methide compound. Examples of such a compound include lithium tris (trifluoromethanesulfonyl) methide (LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ).

電解質塩の含有量は、溶媒に対して0.3mol/kg以上3.0mol/kg以下であることが好ましい。高いイオン伝導性が得られるからである。   The content of the electrolyte salt is preferably 0.3 mol / kg or more and 3.0 mol / kg or less with respect to the solvent. This is because high ionic conductivity is obtained.

[二次電池の動作]
この二次電池では、充電時において、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、セパレータ23に含浸された電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極22からリチウムイオンが放出され、セパレータ23に含浸された電解液を介して正極21に吸蔵される。
[Operation of secondary battery]
In this secondary battery, at the time of charging, for example, lithium ions are released from the positive electrode 21 and inserted in the negative electrode 22 through the electrolytic solution impregnated in the separator 23. On the other hand, at the time of discharging, for example, lithium ions are released from the negative electrode 22 and inserted in the positive electrode 21 through the electrolytic solution impregnated in the separator 23.

[二次電池の製造方法]
この二次電池は、例えば、以下の手順により製造される。
[Method for producing secondary battery]
This secondary battery is manufactured by the following procedure, for example.

まず、正極21を作製する。最初に、正極活物質、正極結着剤および正極導電剤などを混合して正極合剤としたのち、有機溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、ドクタブレードあるいはバーコータなどを用いて正極集電体21Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させて、正極活物質層21Bを形成する。最後に、必要に応じて加熱しながら、ロールプレス機などを用いて正極活物質層21Bを圧縮成型する。この場合には、圧縮成型を複数回に渡って繰り返してもよい。   First, the positive electrode 21 is produced. First, a positive electrode active material, a positive electrode binder, a positive electrode conductive agent, and the like are mixed to obtain a positive electrode mixture, and then dispersed in an organic solvent to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry is uniformly applied to both surfaces of the positive electrode current collector 21A using a doctor blade or a bar coater, and then dried to form the positive electrode active material layer 21B. Finally, the positive electrode active material layer 21B is compression-molded using a roll press or the like while being heated as necessary. In this case, compression molding may be repeated a plurality of times.

次に、上記した負極の作製手順により、負極22を作製する。この場合には、溶射法などを用いて負極集電体22Aの両面に負極材料としてケイ素鉄含有材料を堆積させて、結晶性の負極活物質を含む負極活物質層22Bを形成する。   Next, the negative electrode 22 is manufactured according to the negative electrode manufacturing procedure described above. In this case, a negative electrode active material layer 22B containing a crystalline negative electrode active material is formed by depositing a silicon iron-containing material as a negative electrode material on both surfaces of the negative electrode current collector 22A using a thermal spraying method or the like.

二次電池の組み立ては、以下のようにして行う。最初に、電池缶11の内部に電池素子20を収納したのち、その電池素子20上に絶縁板12を配置する。続いて、正極リード24を正極ピン15に溶接などして取り付けると共に、負極リード25を電池缶11に溶接などして取り付けたのち、レーザ溶接などを用いて電池缶11の開放端部に電池蓋13を固定する。最後に、注入孔19から電池缶11の内部に電解液を注入してセパレータ23に含浸させたのち、その注入孔19を封止部材19Aで塞ぐ。これにより、図4および図5に示した二次電池が完成する。   The secondary battery is assembled as follows. First, after storing the battery element 20 in the battery can 11, the insulating plate 12 is disposed on the battery element 20. Subsequently, the positive electrode lead 24 is attached to the positive electrode pin 15 by welding or the like, and the negative electrode lead 25 is attached to the battery can 11 by welding or the like, and then the battery lid is attached to the open end of the battery can 11 by laser welding or the like. 13 is fixed. Finally, after injecting the electrolyte into the battery can 11 from the injection hole 19 and impregnating the separator 23, the injection hole 19 is closed with a sealing member 19A. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 4 and 5 is completed.

この第1の二次電池によれば、負極22が上記した負極と同様の構成を有している。このため、負極活物質層22Bの物理強度が高くなると共に抵抗が低くなる。また、充放電時において負極活物質層22Bが膨張および収縮しにくくなる。したがって、サイクル特性を向上させることができる。   According to the first secondary battery, the negative electrode 22 has the same configuration as the negative electrode described above. For this reason, the physical strength of the negative electrode active material layer 22B increases and the resistance decreases. In addition, the negative electrode active material layer 22B is less likely to expand and contract during charging and discharging. Therefore, cycle characteristics can be improved.

特に、電解液の溶媒がハロゲン化鎖状炭酸エステル、ハロゲン化環状炭酸エステル、不飽和炭素結合環状炭酸エステル、スルトンおよび酸無水物のうちの少なくとも1種を含んでいれば、サイクル特性をより向上させることができる。   In particular, if the solvent of the electrolytic solution contains at least one of halogenated chain carbonate, halogenated cyclic carbonate, unsaturated carbon bond cyclic carbonate, sultone, and acid anhydride, cycle characteristics are further improved. Can be made.

また、電解液の電解質塩が六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウム、六フッ化ヒ酸リチウムおよび式(6)〜式(11)に示した化合物のうちの少なくとも1種を含んでいれば、サイクル特性をより向上させることができる。   Moreover, electrolyte salt of electrolyte solution is lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, lithium hexafluoroarsenate, and the compound shown in Formula (6)-Formula (11) If at least one kind is included, cycle characteristics can be further improved.

<2−2.第2の二次電池(円筒型)>
図6および図7は、第2の二次電池の断面構成を表しており、図7では、図6に示した巻回電極体40の一部を拡大示している。
<2-2. Second secondary battery (cylindrical type)>
6 and 7 show a cross-sectional configuration of the second secondary battery, and FIG. 7 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 40 shown in FIG.

この二次電池は、第1の二次電池と同様にリチウムイオン二次電池であり、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶31の内部に、巻回電極体40と、一対の絶縁板32,33とが収納されたものである。このような電池缶31を用いた電池構造は、円筒型と呼ばれている。   This secondary battery is a lithium ion secondary battery as in the case of the first secondary battery, and mainly includes a wound electrode body 40 and a pair of insulating plates 32 inside a substantially hollow cylindrical battery can 31. , 33 are stored. A battery structure using such a battery can 31 is called a cylindrical type.

電池缶31は、例えば、第1の二次電池における電池缶11と同様の材料により構成されており、その一端部は開放されていると共に他端部は閉鎖されている。一対の絶縁板32,33は、巻回電極体40を上下から挟み、その巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。   The battery can 31 is made of, for example, the same material as that of the battery can 11 in the first secondary battery. One end of the battery can 31 is open and the other end is closed. The pair of insulating plates 32 and 33 are arranged so as to sandwich the wound electrode body 40 from above and below and to extend perpendicular to the wound peripheral surface.

電池缶31の開放端部には、電池蓋34と、その内側に設けられた安全弁機構35および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient:PTC素子)36とがガスケット37を介してかしめられている。このかしめ加工により、電池缶31の内部は密閉されている。電池蓋34は、例えば、電池缶31と同様の材料により構成されている。安全弁機構35は、熱感抵抗素子36を介して電池蓋34と電気的に接続されている。この安全弁機構35では、内部短絡、あるいは外部からの加熱などに起因して内圧が一定以上となった場合に、ディスク板35Aが反転して電池蓋34と巻回電極体40との間の電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子36は、温度の上昇に応じた抵抗の増大により電流を制限し、大電流に起因する異常な発熱を防止するものである。ガスケット37は、例えば、絶縁材料により構成されており、その表面には、例えば、アスファルトが塗布されている。   A battery lid 34, a safety valve mechanism 35 and a heat sensitive resistance element (Positive Temperature Coefficient: PTC element) 36 provided inside thereof are caulked through a gasket 37 at the open end of the battery can 31. By this caulking, the inside of the battery can 31 is sealed. The battery lid 34 is made of, for example, the same material as the battery can 31. The safety valve mechanism 35 is electrically connected to the battery lid 34 via the heat sensitive resistance element 36. In the safety valve mechanism 35, when the internal pressure becomes a certain level or more due to an internal short circuit or external heating, the disk plate 35A is reversed and the electric power between the battery lid 34 and the wound electrode body 40 is reversed. Connection is cut off. The thermosensitive element 36 limits the current by increasing the resistance in response to the temperature rise, and prevents abnormal heat generation due to a large current. The gasket 37 is made of, for example, an insulating material, and for example, asphalt is applied to the surface thereof.

巻回電極体40は、セパレータ43を介して正極41と負極42とが積層および巻回されたものである。この巻回電極体40の中心には、例えば、センターピン44が挿入されていてもよい。この巻回電極体40では、アルミニウムなどにより構成された正極リード45が正極41に接続されていると共に、ニッケルなどにより構成された負極リード46が負極42に接続されている。正極リード45は、安全弁機構35に溶接などされて電池蓋34と電気的に接続されており、負極リード46は、電池缶31に溶接などされて電気的に接続されている。   The wound electrode body 40 is obtained by laminating and winding a positive electrode 41 and a negative electrode 42 with a separator 43 interposed therebetween. For example, a center pin 44 may be inserted in the center of the wound electrode body 40. In this wound electrode body 40, a positive electrode lead 45 made of aluminum or the like is connected to the positive electrode 41, and a negative electrode lead 46 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 42. The positive electrode lead 45 is welded to the safety valve mechanism 35 and electrically connected to the battery lid 34, and the negative electrode lead 46 is welded to the battery can 31 and electrically connected thereto.

正極41は、例えば、正極集電体41Aの両面に正極活物質層41Bが設けられたものである。正極集電体41Aおよび正極活物質層41Bの構成は、それぞれ第1の二次電池における正極集電体21Aおよび正極活物質層21Bの構成と同様である。   In the positive electrode 41, for example, a positive electrode active material layer 41B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 41A. The configurations of the positive electrode current collector 41A and the positive electrode active material layer 41B are the same as the configurations of the positive electrode current collector 21A and the positive electrode active material layer 21B in the first secondary battery, respectively.

負極42は、例えば、負極集電体42Aの両面に負極活物質層42Bが設けられたものである。負極集電体42Aおよび負極活物質層42Bの構成は、それぞれ第1の二次電池における負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bの構成と同様である。すなわち、負極活物質層42Bは、負極活物質としてケイ素鉄含有材料を含んでいる。   In the negative electrode 42, for example, a negative electrode active material layer 42B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 42A. The configurations of the negative electrode current collector 42A and the negative electrode active material layer 42B are the same as the configurations of the negative electrode current collector 22A and the negative electrode active material layer 22B in the first secondary battery, respectively. That is, the negative electrode active material layer 42B includes a silicon iron-containing material as a negative electrode active material.

なお、セパレータ43の構成および電解液の組成は、それぞれ第1の二次電池におけるセパレータ23の構成および電解液の組成と同様である。   The configuration of the separator 43 and the composition of the electrolytic solution are the same as the configuration of the separator 23 and the composition of the electrolytic solution in the first secondary battery, respectively.

この二次電池では、充電時において、例えば、正極41からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極42に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極42からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極41に吸蔵される。   In this secondary battery, at the time of charging, for example, lithium ions are released from the positive electrode 41 and inserted in the negative electrode 42 through the electrolytic solution. On the other hand, at the time of discharge, for example, lithium ions are released from the negative electrode 42 and inserted in the positive electrode 41 through the electrolytic solution.

この二次電池は、例えば、以下の手順により製造される。   This secondary battery is manufactured by the following procedure, for example.

まず、第1の二次電池における正極21および負極22と同様の手順により、正極集電体41Aの両面に正極活物質層41Bを形成して正極41を作製すると共に、負極集電体42Aの両面に負極活物質層42Bを形成して負極42を作製する。続いて、正極41に正極リード45を溶接などして取り付けると共に、負極42に負極リード46を溶接などして取り付ける。続いて、セパレータ43を介して正極41と負極42とを積層および巻回させて巻回電極体40を作製したのち、その巻回中心にセンターピン44を挿入する。続いて、一対の絶縁板32,33で挟みながら巻回電極体40を電池缶31の内部に収納する。この場合には、正極リード45の先端部を安全弁機構35に溶接すると共に、負極リード46の先端部を電池缶31に溶接する。続いて、電池缶31の内部に電解液を注入してセパレータ43に含浸させる。最後に、電池缶31の開口端部に、ガスケット37を介して電池蓋34、安全弁機構35および熱感抵抗素子36をかしめる。これにより、図6および図7に示した二次電池が完成する。   First, according to the same procedure as the positive electrode 21 and the negative electrode 22 in the first secondary battery, the positive electrode active material layer 41B is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 41A to produce the positive electrode 41, and the negative electrode current collector 42A The negative electrode 42 is fabricated by forming the negative electrode active material layer 42B on both sides. Subsequently, the positive electrode lead 45 is attached to the positive electrode 41 by welding or the like, and the negative electrode lead 46 is attached to the negative electrode 42 by welding or the like. Subsequently, the positive electrode 41 and the negative electrode 42 are stacked and wound through the separator 43 to produce the wound electrode body 40, and then the center pin 44 is inserted into the winding center. Subsequently, the wound electrode body 40 is accommodated in the battery can 31 while being sandwiched between the pair of insulating plates 32 and 33. In this case, the tip of the positive electrode lead 45 is welded to the safety valve mechanism 35 and the tip of the negative electrode lead 46 is welded to the battery can 31. Subsequently, an electrolytic solution is injected into the battery can 31 and impregnated in the separator 43. Finally, the battery lid 34, the safety valve mechanism 35, and the heat sensitive resistance element 36 are caulked to the opening end of the battery can 31 via the gasket 37. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 6 and 7 is completed.

この第2の二次電池によれば、負極42が上記した負極と同様の構成を有しているので、第1の二次電池と同様の作用により、サイクル特性を向上させることができる。この二次電池に関する他の効果は、第1の二次電池と同様である。   According to the second secondary battery, since the negative electrode 42 has the same configuration as the above-described negative electrode, the cycle characteristics can be improved by the same action as the first secondary battery. Other effects relating to the secondary battery are the same as those of the first secondary battery.

<2−3.第3の二次電池(ラミネートフィルム型)>
図8は、第3の二次電池の分解斜視構成を表しており、図9は、図8に示した巻回電極体50のIX−IX線に沿った断面を拡大して示している。
<2-3. Third Secondary Battery (Laminated Film Type)>
FIG. 8 shows an exploded perspective configuration of the third secondary battery, and FIG. 9 shows an enlarged cross section taken along line IX-IX of the spirally wound electrode body 50 shown in FIG.

この二次電池は、第1の二次電池と同様にリチウムイオン二次電池であり、主に、フィルム状の外装部材60の内部に、正極リード51および負極リード52が取り付けられた巻回電極体50が収納されたものである。このような外装部材60を用いた電池構造は、ラミネートフィルム型と呼ばれている。   This secondary battery is a lithium ion secondary battery, like the first secondary battery, and is mainly a wound electrode in which a positive electrode lead 51 and a negative electrode lead 52 are attached inside a film-like exterior member 60. The body 50 is stored. A battery structure using such an exterior member 60 is called a laminate film type.

正極リード51および負極リード52は、例えば、外装部材60の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。ただし、巻回電極体50に対する正極リード51および負極リード52の設置位置や、それらの導出方向などは、特に限定されない。正極リード51は、例えば、アルミニウムなどにより構成されており、負極リード52は、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどにより構成されている。これらの材料は、例えば、薄板状あるいは網目状になっている。   The positive electrode lead 51 and the negative electrode lead 52 are led out in the same direction from the inside of the exterior member 60 to the outside, for example. However, the installation position of the positive electrode lead 51 and the negative electrode lead 52 with respect to the spirally wound electrode body 50 and the direction in which they are derived are not particularly limited. The positive electrode lead 51 is made of, for example, aluminum, and the negative electrode lead 52 is made of, for example, copper, nickel, stainless steel, or the like. These materials have, for example, a thin plate shape or a mesh shape.

外装部材60は、例えば、融着層と、金属層と、表面保護層とがこの順に積層されたラミネートフィルムである。この場合には、例えば、融着層が巻回電極体50と対向するように、2枚のフィルムの融着層における外縁部同士が融着、あるいは接着剤などにより貼り合わされている。融着層としては、例えば、ポリエチレンあるいはポリプロピレンなどのフィルムが挙げられる。金属層としては、例えば、アルミニウム箔などが挙げられる。表面保護層としては、例えば、ナイロンあるいはポリエチレンテレフタレートなどのフィルムが挙げられる。   The exterior member 60 is, for example, a laminate film in which a fusion layer, a metal layer, and a surface protective layer are laminated in this order. In this case, for example, the outer edges of the fusion layers of the two films are bonded to each other with an adhesive or the like so that the fusion layer faces the wound electrode body 50. Examples of the fusion layer include a film of polyethylene or polypropylene. Examples of the metal layer include aluminum foil. Examples of the surface protective layer include films of nylon or polyethylene terephthalate.

中でも、外装部材60としては、ポリエチレンフィルム、アルミニウム箔およびナイロンフィルムがこの順に積層されたアルミラミネートフィルムが好ましい。ただし、外装部材60は、アルミラミネートフィルムに代えて、他の積層構造を有するラミネートフィルムでもよいし、ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムでもよい。   Especially, as the exterior member 60, an aluminum laminated film in which a polyethylene film, an aluminum foil, and a nylon film are laminated in this order is preferable. However, the exterior member 60 may be a laminated film having another laminated structure instead of the aluminum laminated film, or may be a polymer film such as polypropylene or a metal film.

外装部材60と正極リード51および負極リード52との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム61が挿入されている。この密着フィルム61は、正極リード51および負極リード52に対して密着性を有する材料により構成されている。このような材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂が挙げられる。   An adhesion film 61 is inserted between the exterior member 60 and the positive electrode lead 51 and the negative electrode lead 52 to prevent the outside air from entering. The adhesion film 61 is made of a material having adhesion to the positive electrode lead 51 and the negative electrode lead 52. Examples of such a material include polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, and modified polypropylene.

巻回電極体50は、セパレータ55および電解質層56を介して正極53と負極54とが積層および巻回されたものであり、その最外周部は、保護テープ57により保護されている。   The wound electrode body 50 is obtained by laminating and winding a positive electrode 53 and a negative electrode 54 via a separator 55 and an electrolyte layer 56, and the outermost peripheral portion thereof is protected by a protective tape 57.

正極53は、例えば、正極集電体53Aの両面に正極活物質層53Bが設けられたものである。正極集電体53Aおよび正極活物質層53Bの構成は、それぞれ第1の二次電池における正極集電体21Aおよび正極活物質層21Bと同様である。   In the positive electrode 53, for example, the positive electrode active material layer 53B is provided on both surfaces of the positive electrode current collector 53A. The configurations of the positive electrode current collector 53A and the positive electrode active material layer 53B are the same as those of the positive electrode current collector 21A and the positive electrode active material layer 21B in the first secondary battery, respectively.

負極54は、例えば、負極集電体54Aの両面に負極活物質層54Bが設けられたものである。負極集電体54Aおよび負極活物質層54Bの構成は、それぞれ第1の二次電池における負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bの構成と同様である。すなわち、負極活物質層54Bは、負極活物質としてケイ素鉄含有材料を含んでいる。   In the negative electrode 54, for example, a negative electrode active material layer 54B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 54A. The configurations of the negative electrode current collector 54A and the negative electrode active material layer 54B are the same as the configurations of the negative electrode current collector 22A and the negative electrode active material layer 22B in the first secondary battery, respectively. That is, the negative electrode active material layer 54B includes a silicon iron-containing material as a negative electrode active material.

なお、セパレータ55の構成は、第1の二次電池におけるセパレータ23の構成と同様である。   The configuration of the separator 55 is the same as the configuration of the separator 23 in the first secondary battery.

電解質層56は、電解液が高分子化合物により保持されたものであり、必要に応じて、各種添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。この電解質層56は、いわゆるゲル状の電解質である。ゲル状の電解質は、高いイオン伝導率(例えば、室温で1mS/cm以上)が得られると共に電解液の漏液が防止されるので好ましい。   The electrolyte layer 56 is one in which an electrolytic solution is held by a polymer compound, and may contain other materials such as various additives as necessary. The electrolyte layer 56 is a so-called gel electrolyte. A gel electrolyte is preferable because high ion conductivity (for example, 1 mS / cm or more at room temperature) is obtained and leakage of the electrolyte is prevented.

高分子化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサンあるいはポリフッ化ビニルである。また、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンあるいはポリカーボネートである。また、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体である。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。中でも、ポリフッ化ビニリデン、あるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体が好ましい。電気化学的に安定だからである。   Examples of the polymer compound include the following. Polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane, or polyvinyl fluoride. Polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene or polycarbonate. Further, it is a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropyrene. These may be single and multiple types may be mixed. Among these, polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropyrene is preferable. This is because it is electrochemically stable.

電解液の組成は、第1の二次電池における電解液の組成と同様である。ただし、ゲル状の電解質である電解質層56において、電解液の溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有するものまで含む広い概念である。よって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。   The composition of the electrolytic solution is the same as the composition of the electrolytic solution in the first secondary battery. However, in the electrolyte layer 56 which is a gel electrolyte, the solvent of the electrolytic solution is a wide concept including not only a liquid solvent but also a material having ion conductivity capable of dissociating the electrolyte salt. Therefore, when using a polymer compound having ion conductivity, the polymer compound is also included in the solvent.

なお、電解液が高分子化合物により保持されたゲル状の電解質層56に代えて、電解液をそのまま用いてもよい。この場合には、電解液がセパレータ55に含浸される。   Instead of the gel electrolyte layer 56 in which the electrolyte is held by the polymer compound, the electrolyte may be used as it is. In this case, the separator 55 is impregnated with the electrolytic solution.

この二次電池では、充電時において、例えば、正極53からリチウムイオンが放出され、電解質層56を介して負極54に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極54からリチウムイオンが放出され、電解質層56を介して正極53に吸蔵される。   In this secondary battery, during charging, for example, lithium ions are released from the positive electrode 53 and inserted into the negative electrode 54 via the electrolyte layer 56. On the other hand, at the time of discharging, for example, lithium ions are released from the negative electrode 54 and inserted in the positive electrode 53 through the electrolyte layer 56.

このゲル状の電解質層56を備えた二次電池は、例えば、以下の3種類の手順により製造される。   The secondary battery provided with the gel electrolyte layer 56 is manufactured by, for example, the following three types of procedures.

第1の製造方法では、最初に、第1の二次電池における正極21および負極22と同様の作製手順により、正極53および負極54を作製する。具体的には、正極集電体53Aの両面に正極活物質層53Bを形成して正極53を作製すると共に、負極集電体54Aの両面に負極活物質層54Bを形成して負極54を作製する。続いて、電解液、高分子化合物および溶剤を含む前駆溶液を調製して正極53および負極54に塗布したのち、その溶剤を揮発させてゲル状の電解質層56を形成する。続いて、正極集電体53Aに正極リード51を溶接などして取り付けると共に、負極集電体54Aに負極リード52を溶接などして取り付ける。続いて、電解質層56が形成された正極53と負極54とをセパレータ55を介して積層および巻回したのち、その最外周部に保護テープ57を接着させて、巻回電極体50を作製する。最後に、2枚のフィルム状の外装部材60の間に巻回電極体50を挟み込んだのち、その外装部材60の外縁部同士を熱融着などで接着させて、巻回電極体50を封入する。この際、正極リード51および負極リード52と外装部材60との間に、密着フィルム61を挿入する。これにより、図8および図9に示した二次電池が完成する。   In the first manufacturing method, first, the positive electrode 53 and the negative electrode 54 are manufactured by the same manufacturing procedure as that of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 in the first secondary battery. Specifically, the positive electrode active material layer 53B is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 53A to produce the positive electrode 53, and the negative electrode active material layer 54B is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 54A to produce the negative electrode 54. To do. Then, after preparing the precursor solution containing electrolyte solution, a high molecular compound, and a solvent and apply | coating to the positive electrode 53 and the negative electrode 54, the solvent is volatilized and the gel electrolyte layer 56 is formed. Subsequently, the positive electrode lead 51 is attached to the positive electrode current collector 53A by welding or the like, and the negative electrode lead 52 is attached to the negative electrode current collector 54A by welding or the like. Subsequently, the positive electrode 53 and the negative electrode 54 on which the electrolyte layer 56 is formed are stacked and wound via a separator 55, and then a protective tape 57 is adhered to the outermost peripheral portion thereof to produce the wound electrode body 50. . Finally, after sandwiching the wound electrode body 50 between the two film-shaped exterior members 60, the outer edges of the exterior member 60 are bonded to each other by heat fusion or the like, and the wound electrode body 50 is enclosed. To do. At this time, the adhesion film 61 is inserted between the positive electrode lead 51 and the negative electrode lead 52 and the exterior member 60. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 8 and 9 is completed.

第2の製造方法では、最初に、正極53に正極リード51を取り付けると共に、負極54に負極リード52を取り付ける。続いて、セパレータ55を介して正極53と負極54とを積層して巻回させたのち、その最外周部に保護テープ57を接着させて、巻回電極体50の前駆体である巻回体を作製する。続いて、2枚のフィルム状の外装部材60の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を熱融着などで接着させて、袋状の外装部材60の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製して、袋状の外装部材60の内部に注入したのち、その外装部材60の開口部を熱融着などで密封する。最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とし、ゲル状の電解質層56を形成する。これにより、二次電池が完成する。   In the second manufacturing method, first, the positive electrode lead 51 is attached to the positive electrode 53 and the negative electrode lead 52 is attached to the negative electrode 54. Subsequently, after the positive electrode 53 and the negative electrode 54 are laminated and wound via the separator 55, a protective tape 57 is adhered to the outermost periphery thereof, and a wound body that is a precursor of the wound electrode body 50. Is made. Subsequently, after sandwiching the wound body between the two film-like exterior members 60, the remaining outer peripheral edge portion excluding the outer peripheral edge portion on one side is adhered by heat fusion or the like, and the bag-shaped exterior The wound body is accommodated in the member 60. Subsequently, an electrolyte composition containing an electrolytic solution, a monomer that is a raw material of the polymer compound, a polymerization initiator, and other materials such as a polymerization inhibitor as necessary is prepared, and a bag-like exterior After the injection into the member 60, the opening of the exterior member 60 is sealed by heat sealing or the like. Finally, the monomer is thermally polymerized to obtain a polymer compound, and the gel electrolyte layer 56 is formed. Thereby, the secondary battery is completed.

第3の製造方法では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ55を用いることを除き、上記した第2の製造方法と同様に、巻回体を形成して袋状の外装部材60の内部に収納する。このセパレータ55に塗布する高分子化合物としては、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体(単独重合体、共重合体あるいは多元共重合体など)が挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデンや、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体や、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体などである。なお、高分子化合物は、上記したフッ化ビニリデンを成分とする重合体と共に、他の1種あるいは2種以上の高分子化合物を含んでいてもよい。続いて、電解液を調製して外装部材60の内部に注入したのち、その外装部材60の開口部を熱融着などで密封する。最後に、外装部材60に加重をかけながら加熱して、高分子化合物を介してセパレータ55を正極53および負極54に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸し、その高分子化合物がゲル化して電解質層56が形成されるため、二次電池が完成する。   In the third manufacturing method, a wound body is formed by forming a wound body in the same manner as the above-described second manufacturing method, except that the separator 55 coated with the polymer compound on both sides is used first. 60 is housed inside. Examples of the polymer compound applied to the separator 55 include a polymer (such as a homopolymer, a copolymer, or a multi-component copolymer) containing vinylidene fluoride as a component. Specifically, polyvinylidene fluoride, a binary copolymer containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as components, and a ternary copolymer containing vinylidene fluoride, hexafluoropropylene and chlorotrifluoroethylene as components. Such as coalescence. In addition, the high molecular compound may contain the other 1 type, or 2 or more types of high molecular compound with the polymer which uses the above-mentioned vinylidene fluoride as a component. Subsequently, after the electrolytic solution is prepared and injected into the exterior member 60, the opening of the exterior member 60 is sealed by thermal fusion or the like. Finally, the exterior member 60 is heated while applying a load, and the separator 55 is brought into close contact with the positive electrode 53 and the negative electrode 54 through the polymer compound. Thereby, the electrolytic solution is impregnated into the polymer compound, and the polymer compound is gelled to form the electrolyte layer 56, whereby the secondary battery is completed.

この第3の製造方法では、第1の製造方法よりも電池膨れが抑制される。また、第3の製造方法では、第2の製造方法よりも、高分子化合物の原料であるモノマーあるいは溶媒などが電解質層56中にほとんど残らないと共に、高分子化合物の形成工程が良好に制御される。このため、正極53、負極54およびセパレータ55と電解質層56との間において十分な密着性が得られる。   In the third manufacturing method, battery swelling is suppressed more than in the first manufacturing method. In the third manufacturing method, the monomer or solvent that is a raw material of the polymer compound is hardly left in the electrolyte layer 56 and the formation process of the polymer compound is controlled better than in the second manufacturing method. The For this reason, sufficient adhesion is obtained between the positive electrode 53, the negative electrode 54 and the separator 55 and the electrolyte layer 56.

この第3の二次電池によれば、負極54が上記した負極と同様の構成を有しているので、第1の二次電池と同様の作用により、サイクル特性を向上させることができる。この二次電池に関する他の効果は、第1の二次電池と同様である。   According to the third secondary battery, since the negative electrode 54 has the same configuration as the above-described negative electrode, the cycle characteristics can be improved by the same action as the first secondary battery. Other effects relating to the secondary battery are the same as those of the first secondary battery.

本発明の実施例について、詳細に説明する。   Examples of the present invention will be described in detail.

(実験例1−1〜1−15)
以下の手順により、図8および図9に示したラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Experimental Examples 1-1 to 1-15)
The laminate film type lithium ion secondary battery shown in FIGS. 8 and 9 was produced by the following procedure.

まず、塗布法を用いて正極集電体53A上に正極活物質層53Bを形成して、正極53を作製した。   First, the positive electrode active material layer 53B was formed on the positive electrode current collector 53A using a coating method, and the positive electrode 53 was manufactured.

この場合には、最初に、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とを0.5:1のモル比で混合したのち、空気中で900℃×5時間焼成してリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得た。続いて、正極活物質としてLiCoO2 91質量部と、正極導電剤としてグラファイト6質量部と、正極結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して、正極合剤とした。続いて、N−メチル−2−ピロリドンに正極合剤を分散させて、ペースト状の正極合剤スラリーとした。続いて、コーティング装置を用いて正極集電体53Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させて、正極活物質層53Bを形成した。この正極集電体53Aとしては、帯状のアルミニウム箔(厚さ=12μm)を用いた。最後に、ロールプレス機を用いて正極活物質層53Bを圧縮成型した。 In this case, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) are first mixed at a molar ratio of 0.5: 1, and then calcined in air at 900 ° C. for 5 hours. A cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) was obtained. Subsequently, 91 parts by mass of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 6 parts by mass of graphite as a positive electrode conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a positive electrode binder were mixed to obtain a positive electrode mixture. Subsequently, the positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of the positive electrode current collector 53A using a coating apparatus, and then dried to form the positive electrode active material layer 53B. As the positive electrode current collector 53A, a strip-shaped aluminum foil (thickness = 12 μm) was used. Finally, the positive electrode active material layer 53B was compression molded using a roll press.

次に、溶射法(ガスフレーム溶射法)を用いて負極集電体54A上に負極活物質層54Bを形成して、負極54を作製した。   Next, the negative electrode active material layer 54B was formed on the negative electrode current collector 54A by using a thermal spraying method (gas flame spraying method), so that the negative electrode 54 was manufactured.

この場合には、最初に、負極材料として、表1に示した組成を有するケイ素鉄含有材料を準備した。このケイ素鉄含有材料としては、ガスアトマイズ法を用いて単結晶のケイ素(純度=99.99%)の破砕品と鉄(純度=99.9%)とを合金化したものを用いた。この際、ケイ素および鉄の割合(重量比)を表1に示したように変化させた。続いて、負極材料(メジアン径=1μm〜300μm)を溶融状態あるいは半溶融状態で負極集電体54Aの表面に吹き付けて、結晶性の負極活物質(複数の負極活物質粒子)を含む負極活物質層54Bを形成した。この負極集電体54Aとしては、帯状の電解銅箔(厚さ=15μm,表面の十点平均粗さRz=3μm)を用いた。溶射工程では、溶射炎の発生用のガスとして酸素ガスおよび水素ガス、負極材料の吹き付け用のガスとして窒素ガスを用いると共に、吹き付け速度を約45m/秒〜55m/秒とした。この際、負極集電体54Aが熱的ダメージを負わないように、炭酸ガスで基盤を冷却しながら吹き付け処理を行った。   In this case, first, a silicon iron-containing material having the composition shown in Table 1 was prepared as the negative electrode material. As the silicon-iron-containing material, a material obtained by alloying a pulverized product of single crystal silicon (purity = 99.99%) and iron (purity = 99.9%) using a gas atomization method was used. At this time, the ratio (weight ratio) of silicon and iron was changed as shown in Table 1. Subsequently, a negative electrode material (median diameter = 1 μm to 300 μm) is sprayed on the surface of the negative electrode current collector 54A in a molten state or a semi-molten state, and a negative electrode active material containing a crystalline negative electrode active material (a plurality of negative electrode active material particles) is obtained. A material layer 54B was formed. As the negative electrode current collector 54A, a strip-shaped electrolytic copper foil (thickness = 15 μm, surface ten-point average roughness Rz = 3 μm) was used. In the thermal spraying process, oxygen gas and hydrogen gas were used as the gas for generating the thermal spray flame, nitrogen gas was used as the gas for spraying the negative electrode material, and the spraying speed was about 45 m / second to 55 m / second. At this time, a spraying process was performed while cooling the substrate with carbon dioxide gas so that the negative electrode current collector 54A was not thermally damaged.

特に、負極活物質層54Bを形成する場合には、溶射炎に酸素ガスを連続的に吹き付けて、負極活物質中の酸素含有量を5原子数%とした。また、負極材料のメジアン径および溶融温度を調整して、複数の負極活物質粒子が扁平粒子を含むようにした。さらに、負極材料の溶融温度および基盤の冷却温度を調整して、X線回折により得られる負極活物質の(111)結晶面における回折ピークの半値幅(2θ)を1°、同結晶面に起因する結晶子サイズを350nmとした。なお、X線回折分析を行う場合には、リガク電機株式会社製のX線回折装置を用いた。この際、官球としCuKaを用いると共に、官電圧を40kV、官電流を40mA、スキャン方法をθ−2θ法、測定範囲を20°≦2θ≦90°とした。   In particular, when forming the negative electrode active material layer 54B, oxygen gas was continuously blown to the thermal spray flame so that the oxygen content in the negative electrode active material was 5 atomic%. Further, the median diameter and the melting temperature of the negative electrode material were adjusted so that the plurality of negative electrode active material particles contained flat particles. Furthermore, by adjusting the melting temperature of the negative electrode material and the cooling temperature of the substrate, the half-value width (2θ) of the diffraction peak in the (111) crystal plane of the negative electrode active material obtained by X-ray diffraction is 1 °, resulting from the same crystal plane The crystallite size to be set was 350 nm. In addition, when performing X-ray diffraction analysis, the X-ray diffraction apparatus by Rigaku Electric Co., Ltd. was used. At this time, CuKa was used as the government ball, the government voltage was 40 kV, the government current was 40 mA, the scan method was the θ-2θ method, and the measurement range was 20 ° ≦ 2θ ≦ 90 °.

次に、溶媒として炭酸エチレン(EC)と炭酸ジエチル(DEC)とを混合したのち、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )を溶解させて、液状の電解質である電解液を調製した。この場合には、溶媒の組成(EC:DEC)を重量比で50:50とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して1mol/kgとした。 Next, after mixing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) as a solvent, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved as an electrolyte salt to prepare an electrolytic solution that is a liquid electrolyte. . In this case, the composition of the solvent (EC: DEC) was 50:50 by weight, and the content of the electrolyte salt was 1 mol / kg with respect to the solvent.

最後に、正極53および負極54と共に電解液を用いて二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体53Aの一端にアルミニウム製の正極リード51を溶接すると共に、負極集電体54Aの一端にニッケル製の負極リード52を溶接した。続いて、正極53と、セパレータ55と、負極54と、セパレータ55とをこの順に積層してから長手方向に巻回させたのち、粘着テープからなる保護テープ57で巻き終わり部分を固定して、巻回電極体50の前駆体である巻回体を形成した。このセパレータ55としては、多孔性ポリプロピレンを主成分とするフィルムにより多孔性ポリエチレンを主成分とするフィルムが挟まれた3層構造体(厚さ=23μm)を用いた。続いて、外装部材60の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺を除く外縁部同士を熱融着して、袋状の外装部材60の内部に巻回体を収納した。この外装部材60としては、外側から、ナイロンフィルム(厚さ=30μm)と、アルミニウム箔(厚さ=40μm)と、無延伸ポリプロピレンフィルム(厚さ=30μm)とが積層された3層構造のラミネートフィルム(総厚=100μm)を用いた。続いて、外装部材60の開口部から電解液を注入してセパレータ55に含浸させて、巻回電極体50を作製した。最後に、真空雰囲気中で外装部材60の開口部を熱融着して封止することにより、ラミネートフィルム型の二次電池が完成した。この二次電池を作製する場合には、正極活物質層53Bの厚さを調節して、満充電時において負極54にリチウム金属が析出しないようにした。   Finally, a secondary battery was assembled using the electrolytic solution together with the positive electrode 53 and the negative electrode 54. First, the positive electrode lead 51 made of aluminum was welded to one end of the positive electrode current collector 53A, and the negative electrode lead 52 made of nickel was welded to one end of the negative electrode current collector 54A. Subsequently, after the positive electrode 53, the separator 55, the negative electrode 54, and the separator 55 are laminated in this order and wound in the longitudinal direction, the winding end portion is fixed with the protective tape 57 made of an adhesive tape, A wound body that is a precursor of the wound electrode body 50 was formed. As the separator 55, a three-layer structure (thickness = 23 μm) in which a film mainly composed of porous polyethylene was sandwiched between films mainly composed of porous polypropylene. Subsequently, after the wound body was sandwiched between the exterior members 60, the outer edge portions except for one side were heat-sealed, and the wound body was accommodated in the bag-shaped exterior member 60. As the exterior member 60, a laminate having a three-layer structure in which a nylon film (thickness = 30 μm), an aluminum foil (thickness = 40 μm), and an unstretched polypropylene film (thickness = 30 μm) are laminated from the outside. A film (total thickness = 100 μm) was used. Subsequently, an electrolytic solution was injected from the opening of the exterior member 60 and impregnated in the separator 55, thereby manufacturing the wound electrode body 50. Finally, the laminated film type secondary battery was completed by thermally sealing and sealing the opening of the exterior member 60 in a vacuum atmosphere. In the production of this secondary battery, the thickness of the positive electrode active material layer 53B was adjusted so that lithium metal did not deposit on the negative electrode 54 during full charge.

(実験例1−16)
負極材料としてケイ素の単体(純度=99.99%)を用いたことを除き、実験例1−1〜1−15と同様の手順を経た。
(Experimental Example 1-16)
The same procedure as in Experimental Examples 1-1 to 1-15 was performed, except that silicon alone (purity = 99.99%) was used as the negative electrode material.

(実験例1−17〜1−19)
蒸着法(電子ビーム蒸着法)を用いてケイ素鉄含有材料からなる非結晶性の負極活物質を形成したことを除き、実験例1−5,1−9,1−16と同様の手順を経た。蒸着工程では、偏向式電子ビーム蒸着源として表1に示したケイ素の単体あるいは合金を用いると共に、堆積速度を100nm/秒とした。また、チャンバ内に連続的に酸素ガスおよび必要に応じて水蒸気を導入して、非結晶性の負極活物質中の酸素含有量を5原子数%とした。
(Experimental Examples 1-17 to 1-19)
Except that an amorphous negative electrode active material made of a silicon iron-containing material was formed using a vapor deposition method (electron beam vapor deposition method), the same procedures as in Experimental Examples 1-5, 1-9, and 1-16 were performed. . In the vapor deposition step, a silicon simple substance or alloy shown in Table 1 was used as a deflection electron beam vapor deposition source, and the deposition rate was set to 100 nm / second. In addition, oxygen gas and water vapor as necessary were continuously introduced into the chamber, so that the oxygen content in the amorphous negative electrode active material was 5 atomic%.

これらの実験例1−1〜1−19の二次電池についてサイクル特性を調べたところ、表1および図10に示した結果が得られた。   When the cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 1-1 to 1-19 were examined, the results shown in Table 1 and FIG. 10 were obtained.

サイクル特性を調べる際には、最初に、電池状態を安定化させるために23℃の雰囲気中で1サイクル充放電させたのち、再び充放電させて、2サイクル目の放電容量を測定した。続いて、同雰囲気中で99サイクル充放電させて、101サイクル目の放電容量を測定した。最後に、放電容量維持率(%)=(101サイクル目の放電容量/2サイクル目の放電容量)×100を算出した。この場合には、3mA/cm2 の定電流密度で電池電圧が4.2Vに到達するまで充電したのち、4.2Vの定電圧で電流密度が0.3mA/cm2 に到達するまで充電した。また、3mA/cm2 の定電流密度で電池電圧が2.5Vに到達するまで放電した。なお、サイクル特性を調べる場合の手順および条件は、以降の一連の実験例においても同様である。 In examining the cycle characteristics, first, in order to stabilize the battery state, the battery was charged and discharged for one cycle in an atmosphere at 23 ° C., and then 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 ratio (%) = (discharge capacity at the 101st cycle / discharge capacity at the second cycle) × 100 was calculated. In this case, charging was performed at a constant current density of 3 mA / cm 2 until the battery voltage reached 4.2 V, and then charging was performed at a constant voltage of 4.2 V until the current density reached 0.3 mA / cm 2 . . The battery was discharged at a constant current density of 3 mA / cm 2 until the battery voltage reached 2.5V. The procedure and conditions for examining the cycle characteristics are the same in the following series of experimental examples.

Figure 2010165508
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溶射法を用いて結晶性の負極活物質を形成した場合には、蒸着法を用いて非結晶性の負極活物質を形成した場合よりも放電容量維持率が高くなった。また、結晶性の負極活物質を形成した場合には、ケイ素鉄含有材料を用いた場合において、ケイ素の単体を用いた場合よりも放電容量維持率が高くなった。この場合には、鉄の含有量が0.05重量%以上であると、高い放電容量維持率が得られた。これらのことから、本発明の二次電池では、鉄の含有量が0.05重量%以上であるケイ素鉄含有材料を負極活物質として用いることにより、サイクル特性が向上する。   When the crystalline negative electrode active material was formed using the thermal spraying method, the discharge capacity retention rate was higher than when the amorphous negative electrode active material was formed using the vapor deposition method. In addition, when the crystalline negative electrode active material was formed, the discharge capacity retention rate was higher when the silicon iron-containing material was used than when the silicon simple substance was used. In this case, a high discharge capacity retention rate was obtained when the iron content was 0.05% by weight or more. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, the cycle characteristics are improved by using a silicon iron-containing material having an iron content of 0.05% by weight or more as the negative electrode active material.

(実験例2−1〜2−38)
表2〜表5に示したように、ケイ素鉄含有材料がアルミニウムなどの追加金属元素を含むようにしたことを除き、実験例1−1〜1−19と同様の手順を経た。これらの実験例2−1〜2−38の二次電池についてサイクル特性を調べたところ、表2〜表5に示した結果が得られた。
(Experimental examples 2-1 to 2-38)
As shown in Tables 2 to 5, the same procedure as in Experimental Examples 1-1 to 1-19 was performed except that the silicon iron-containing material contained an additional metal element such as aluminum. When the cycle characteristics of the secondary batteries of Experimental Examples 2-1 to 2-38 were examined, the results shown in Tables 2 to 5 were obtained.

Figure 2010165508
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Figure 2010165508
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ケイ素鉄含有材料が追加金属元素を含む場合においても、表1と同様の結果が得られた。この場合には、追加金属元素を含む場合において、それを含まない場合よりも放電容量維持率が高くなった。また、SiFe(実験例1−3)とSiFeAlCa(実験例2−11)との比較から明らかなように、追加金属元素を含む場合には、鉄および追加金属元素の含有量の合計が0.2重量%以上であると、放電容量維持率がより高くなった。これらのことから、本発明の二次電池では、ケイ素鉄含有材料が追加金属元素を含むようにすれば、サイクル特性がより向上する。この場合には、鉄および追加金属元素の含有量の合計が0.2重量%以上であれば、サイクル特性がさらに向上する。   Even when the silicon iron-containing material contains an additional metal element, the same results as in Table 1 were obtained. In this case, when the additional metal element was included, the discharge capacity retention rate was higher than when the additional metal element was not included. Further, as is apparent from a comparison between SiFe (Experimental 1-3) and SiFeAlCa (Experimental 2-11), when an additional metal element is included, the total content of iron and the additional metal element is 0. When it was 2% by weight or more, the discharge capacity retention rate was higher. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, if the silicon iron-containing material contains an additional metal element, the cycle characteristics are further improved. In this case, if the total content of iron and additional metal elements is 0.2% by weight or more, the cycle characteristics are further improved.

(実験例3−1〜3−5)
塗布法を用いて負極活物質層54Bを形成したことを除き、実験例1−1〜1−15と同様の手順を経た。負極活物質層54Bを形成する場合には、最初に、負極活物質としてケイ素粉末(メジアン径=1μm〜40μm)とポリアミック酸溶液とを80:20の乾燥重量比で混合して、負極合剤とした。このポリアミック酸溶液の溶媒は、N−メチル−2−ピロリドンおよびN,N−ジメチルアセトアミドである。続いて、N−メチル−2−ピロリドンに負極合剤を分散させて、負極合剤スラリーとした。続いて、コーティング装置を用いて負極集電体54Aの両面に負極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させた。最後に、真空雰囲気中において400℃×1時間の条件で加熱して負極結着剤であるポリイミドを形成した。これらの実験例3−1〜3−5の二次電池についてサイクル特性を調べたところ、表6に示した結果が得られた。
(Experimental examples 3-1 to 3-5)
Except that the negative electrode active material layer 54B was formed using a coating method, the same procedure as in Experimental Examples 1-1 to 1-15 was performed. In the case of forming the negative electrode active material layer 54B, first, as a negative electrode active material, silicon powder (median diameter = 1 μm to 40 μm) and a polyamic acid solution are mixed at a dry weight ratio of 80:20 to form a negative electrode mixture. It was. The solvents for this polyamic acid solution are N-methyl-2-pyrrolidone and N, N-dimethylacetamide. Subsequently, the negative electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a negative electrode mixture slurry. Subsequently, the negative electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of the negative electrode current collector 54A using a coating apparatus, and then dried. Finally, heating was performed in a vacuum atmosphere under conditions of 400 ° C. × 1 hour to form polyimide as a negative electrode binder. When the cycle characteristics of the secondary batteries of Experimental Examples 3-1 to 3-5 were examined, the results shown in Table 6 were obtained.

Figure 2010165508
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塗布法を用いた場合には、負極活物質として同じ組成を有するケイ素鉄含有材料を用いたにもかかわらず、溶射法を用いた場合よりも放電容量維持率が低くなった。この原因は、負極集電体54Aに対する負極活物質層54Bの密着性が十分でないと共に、負極結着剤の存在に起因して抵抗が増加したためであると考えられる。このことから、本発明の二次電池では、負極活物質層の形成方法として溶射法を用いれば、サイクル特性が向上する。   When the coating method was used, the discharge capacity retention rate was lower than when the thermal spraying method was used even though the silicon iron-containing material having the same composition was used as the negative electrode active material. This is presumably because the adhesion of the negative electrode active material layer 54B to the negative electrode current collector 54A was not sufficient, and the resistance increased due to the presence of the negative electrode binder. For this reason, in the secondary battery of the present invention, if the thermal spraying method is used as the method for forming the negative electrode active material layer, the cycle characteristics are improved.

(実験例4−1〜4−13)
表7に示したように、負極活物質の半値幅および結晶子サイズを変更したことを除き、実験例2−20と同様の手順を経た。これらの実験例4−1〜4−13の二次電池についてサイクル特性を調べたところ、表7および図11に示した結果が得られた。
(Experimental examples 4-1 to 4-13)
As shown in Table 7, the same procedure as in Experimental Example 2-20 was performed except that the half width and the crystallite size of the negative electrode active material were changed. When the cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 4-1 to 4-13 were examined, the results shown in Table 7 and FIG. 11 were obtained.

Figure 2010165508
Figure 2010165508

半値幅および結晶性サイズを変更した場合においても、表1と同様の結果が得られた。この場合には、半値幅が20°以下であると共に結晶子サイズが100nm以上であると、放電容量維持率がより高くなった。これらのことから、本発明の二次電池では、負極活物質の(111)結晶面における回折ピークの半値幅(2θ)が20°以下であると共に結晶子サイズが100nm以上であれば、サイクル特性がより向上する。   Even when the full width at half maximum and the crystallinity size were changed, the same results as in Table 1 were obtained. In this case, when the half width was 20 ° or less and the crystallite size was 100 nm or more, the discharge capacity retention ratio was higher. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, if the half-value width (2θ) of the diffraction peak in the (111) crystal plane of the negative electrode active material is 20 ° or less and the crystallite size is 100 nm or more, cycle characteristics Will be improved.

(実験例5−1〜5−3)
複数の負極活物質粒子が扁平粒子を含まないようにしたことを除き、実験例1−9,2−18,2−20と同様の手順を経た。これらの実験例5−1〜5−3の二次電池についてサイクル特性を調べたところ、表8に示した結果が得られた。
(Experimental examples 5-1 to 5-3)
Except that the plurality of negative electrode active material particles did not contain flat particles, the same procedures as in Experimental Examples 1-9, 2-18, and 2-20 were performed. When the cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 5-1 to 5-3 were examined, the results shown in Table 8 were obtained.

Figure 2010165508
Figure 2010165508

複数の負極活物質粒子が扁平粒子を含まない場合においても、表1と同様の結果が得られた。この場合には、扁平粒子を含む場合において、それを含まない場合よりも放電容量維持率が高くなった。これらのことから、本発明の二次電池では、複数の負極活物質粒子が扁平粒子を含むようにすれば、サイクル特性がより向上する。   Even when the plurality of negative electrode active material particles did not contain flat particles, the same results as in Table 1 were obtained. In this case, when the flat particles were included, the discharge capacity retention rate was higher than when the flat particles were not included. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, the cycle characteristics are further improved if the plurality of negative electrode active material particles include flat particles.

(実験例6−1〜6−9)
表9に示したように、負極活物質中の酸素含有量を変更したことを除き、実験例2−20と同様の手順を経た。これらの実験例6−1〜6−9の二次電池についてサイクル特性を調べたところ、表9および図12に示した結果が得られた。
(Experimental examples 6-1 to 6-9)
As shown in Table 9, the same procedure as in Experimental Example 2-20 was performed except that the oxygen content in the negative electrode active material was changed. When the cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 6-1 to 6-9 were examined, the results shown in Table 9 and FIG. 12 were obtained.

Figure 2010165508
Figure 2010165508

負極活物質中の酸素含有量を変更した場合においても、表1と同様の結果が得られた。この場合には、酸素含有量が1.5原子数%以上40原子数%以下であると、高い放電容量維持率が得られると共に、十分な電池容量も得られた。これらのことから、本発明の二次電池では、負極活物質中の酸素含有量が1.5原子数%以上40原子数%以下であれば、優れたサイクル特性および高い電池容量が得られる。   Even when the oxygen content in the negative electrode active material was changed, the same results as in Table 1 were obtained. In this case, when the oxygen content was 1.5 atomic% or more and 40 atomic% or less, a high discharge capacity retention rate was obtained and a sufficient battery capacity was also obtained. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, excellent cycle characteristics and high battery capacity can be obtained if the oxygen content in the negative electrode active material is 1.5 atomic% to 40 atomic%.

(実験例7−1〜7−3)
表10に示したように、チャンバ内に断続的に酸素ガスを導入して、低酸素含有量領域および高酸素含有領域を含むように負極活物質層54Bを形成したことを除き、実験例2−20と同様の手順を経た。この場合には、低酸素含有量領域により高酸素含有領域が挟まれると共に、それらが交互に積層されるようにした。また、高酸素含有領域における負極活物質中の酸素含有量を5原子数%とした。これらの実験例7−1〜7−3の二次電池についてサイクル特性を調べたところ、表10および図13に示した結果が得られた。
(Experimental examples 7-1 to 7-3)
As shown in Table 10, Experimental Example 2 except that the negative electrode active material layer 54B was formed so as to include a low oxygen content region and a high oxygen content region by intermittently introducing oxygen gas into the chamber. The same procedure as in -20 was performed. In this case, the high oxygen content region is sandwiched by the low oxygen content region, and they are alternately stacked. Further, the oxygen content in the negative electrode active material in the high oxygen content region was set to 5 atomic%. When the cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 7-1 to 7-3 were examined, the results shown in Table 10 and FIG. 13 were obtained.

Figure 2010165508
Figure 2010165508

負極活物質層54Bが高酸素含有領域および低酸素含有領域を含む場合においても、表1と同様の結果が得られた。この場合には、高酸素含有領域および低酸素含有領域を含む場合において、それらを含まない場合よりも放電容量維持率が高くなった。これらのことから、本発明の二次電池では、負極活物質層54Bが高酸素含有領域および低酸素含有領域を含むようにすれば、サイクル特性がより向上する。   Even when the negative electrode active material layer 54B includes a high oxygen content region and a low oxygen content region, the same results as in Table 1 were obtained. In this case, in the case where the high oxygen content region and the low oxygen content region were included, the discharge capacity retention rate was higher than in the case where they were not included. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, if the negative electrode active material layer 54B includes a high oxygen content region and a low oxygen content region, the cycle characteristics are further improved.

(実験例8−1〜8−12)
表11に示したように、負極集電体54Aの表面の十点平均粗さRzを変更したことを除き、実験例2−20と同様の手順を経た。この場合には、十点平均粗さRzを調整するために、負極集電体54Aとして、電解銅箔だけでなく、必要に応じてサンドブラスト処理された圧延銅箔も用いた。これらの実験例8−1〜8−12の二次電池についてサイクル特性を調べたところ、表11および図14に示した結果が得られた。
(Experimental examples 8-1 to 8-12)
As shown in Table 11, the same procedure as in Experimental Example 2-20 was performed except that the ten-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode current collector 54A was changed. In this case, in order to adjust the ten-point average roughness Rz, not only the electrolytic copper foil but also a rolled copper foil that was sandblasted as necessary was used as the negative electrode current collector 54A. When the cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 8-1 to 8-12 were examined, the results shown in Table 11 and FIG. 14 were obtained.

Figure 2010165508
Figure 2010165508

十点平均粗さRzを変更した場合においても、表1と同様の結果が得られた。この場合には、十点平均粗さRzが1.5μm以上、さらに3μm以上30μm以下であると、高い放電容量維持率が得られると共に、十分な電池容量も得られた。これらのことから、本発明の二次電池では、負極集電体54Aの表面の十点平均粗さRzが1.5μm以上、好ましくは3μm以上30μm以下であれば、優れたサイクル特性および高い電池容量が得られる。   Even when the ten-point average roughness Rz was changed, the same results as in Table 1 were obtained. In this case, when the ten-point average roughness Rz was 1.5 μm or more, and further 3 μm or more and 30 μm or less, a high discharge capacity retention rate was obtained and a sufficient battery capacity was also obtained. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, if the ten-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode current collector 54A is 1.5 μm or more, preferably 3 μm or more and 30 μm or less, excellent cycle characteristics and high battery Capacity is obtained.

(実験例9−1〜9−8)
表12および表13に示したように、電解液の組成を変更したことを除き、実験例2−20と同様の手順を経た。この場合には、溶媒として、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)あるいは4,5−ジフルオロ−1、3−ジオキソラン−2−オン(DFEC)を用いた。他の溶媒として、炭酸ビニレン(VC)、炭酸ビニルエチレン(VEC)、プロペンスルトン(PRS)、無水スルホ安息香酸(SBAH)あるいは無水スルホプロピオン酸(SPAH)を用いた。電解質塩として、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )を用いた。溶媒中における他の溶媒の含有量は、1重量%とした。また、LiBF4 の含有量を溶媒に対して0.1mol/kgとし、LiPF6 の含有量を溶媒に対して0.9mol/kgとした。これらの実験例9−1〜9−8の二次電池についてサイクル特性を調べたところ、表12および表13に示した結果が得られた。
(Experimental examples 9-1 to 9-8)
As shown in Table 12 and Table 13, the same procedure as in Experimental Example 2-20 was performed except that the composition of the electrolytic solution was changed. In this case, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC) or 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one (DFEC) was used as a solvent. As other solvents, vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), propene sultone (PRS), sulfobenzoic anhydride (SBAH) or sulfopropionic anhydride (SPAH) was used. As an electrolyte salt, lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) was used. The content of other solvents in the solvent was 1% by weight. The LiBF 4 content was 0.1 mol / kg with respect to the solvent, and the LiPF 6 content was 0.9 mol / kg with respect to the solvent. When the cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 9-1 to 9-8 were examined, the results shown in Table 12 and Table 13 were obtained.

Figure 2010165508
Figure 2010165508

Figure 2010165508
Figure 2010165508

電解液の組成を変更した場合においても、表1と同様の結果が得られた。特に、FEC等を加えた場合には、それらを加えなかった場合よりも放電容量維持率が高くなった。これらのことから、本発明の二次電池では、溶媒としてハロゲン化鎖状炭酸エステル、ハロゲン化環状炭酸エステル、不飽和炭素結合環状炭酸エステル、スルトンあるいは酸無水物を用いれば、サイクル特性がより向上する。また、電解質塩として四フッ化ホウ酸リチウムを用いれば、サイクル特性がより向上する。   Even when the composition of the electrolytic solution was changed, the same results as in Table 1 were obtained. In particular, when FEC or the like was added, the discharge capacity retention rate was higher than when no FEC was added. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, if a halogenated chain carbonate, halogenated cyclic carbonate, unsaturated carbon-bonded cyclic carbonate, sultone or acid anhydride is used as the solvent, cycle characteristics are further improved. To do. Moreover, if lithium tetrafluoroborate is used as the electrolyte salt, the cycle characteristics are further improved.

(実験例10−1,10−21)
角型の二次電池を作製したことを除き、実験例2−20と同様の手順を経た。この場合には、最初に、正極21および負極22を作製したのち、正極集電体21Aにアルミニウム製の正極リード24を溶接すると共に、負極集電体22Aにニッケル製の負極リード25を溶接した。続いて、正極21と、セパレータ23と、負極22とをこの順に積層してから長手方向において巻回させたのち、扁平状に成形して電池素子20を作製した。続いて、表14に示した金属製の電池缶11の内部に電池素子20を収納したのち、その電池素子20上に絶縁板12を配置した。続いて、正極リード24を正極ピン15を溶接すると共に、負極リード25を電池缶11に溶接したのち、電池缶11の開放端部に電池蓋13をレーザ溶接した。最後に、注入孔19を通じて電池缶11の内部に電解液を注入したのち、その注入孔19を封止部材19Aで塞いで、角型電池が完成した。これらの実験例10−1,10−2の二次電池についてサイクル特性を調べたところ、表14に示した結果が得られた。
(Experimental examples 10-1, 10-21)
A procedure similar to that of Experimental Example 2-20 was performed, except that a square secondary battery was produced. In this case, first, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 were prepared, and then the positive electrode lead 24 made of aluminum was welded to the positive electrode current collector 21A, and the negative electrode lead 25 made of nickel was welded to the negative electrode current collector 22A. . Subsequently, the positive electrode 21, the separator 23, and the negative electrode 22 were laminated in this order and wound in the longitudinal direction, and then formed into a flat shape to produce the battery element 20. Subsequently, after the battery element 20 was accommodated in the metal battery can 11 shown in Table 14, the insulating plate 12 was disposed on the battery element 20. Subsequently, the positive electrode lead 24 was welded to the positive electrode pin 15 and the negative electrode lead 25 was welded to the battery can 11, and then the battery lid 13 was laser welded to the open end of the battery can 11. Finally, an electrolyte was injected into the battery can 11 through the injection hole 19, and then the injection hole 19 was closed with a sealing member 19A to complete a square battery. When the cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 10-1 and 10-2 were examined, the results shown in Table 14 were obtained.

Figure 2010165508
Figure 2010165508

電池構造を変更した場合においても、表1と同様の結果が得られた。特に、電池構造が角型である場合には、ラミネートフィルム型である場合よりも放電容量維持率が高くなった。この場合には、電池缶11の材質が鉄であると、放電容量維持率がより高くなった。これらのことから、本発明の二次電池では、電池構造が角型であれば、サイクル特性がより向上する。   Even when the battery structure was changed, the same results as in Table 1 were obtained. In particular, when the battery structure is a square shape, the discharge capacity retention rate is higher than when the battery structure is a laminate film type. In this case, when the material of the battery can 11 was iron, the discharge capacity retention rate was higher. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, if the battery structure is square, the cycle characteristics are further improved.

上記した表1〜表14および図10〜図14の結果から、以下のことが確認された。本発明の二次電池では、負極活物質がケイ素および鉄を構成元素として含み、負極活物質中における鉄の含有量が0.05重量%以上である。これにより、負極活物質中の酸素含有量、低酸素含有領域および高酸素含有領域の有無、電解液の組成、あるいは電池構造などに依存せずに、サイクル特性が向上する。   From the results shown in Tables 1 to 14 and FIGS. 10 to 14, the following was confirmed. In the secondary battery of the present invention, the negative electrode active material contains silicon and iron as constituent elements, and the content of iron in the negative electrode active material is 0.05% by weight or more. As a result, the cycle characteristics are improved without depending on the oxygen content in the negative electrode active material, the presence or absence of the low oxygen content region and the high oxygen content region, the composition of the electrolytic solution, or the battery structure.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明の負極の使用用途は、必ずしも二次電池に限らず、それ以外の他の電気化学デバイスであもよい。他の用途としては、例えば、キャパシタなどが挙げられる。   The present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the embodiments described in the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, the use application of the negative electrode of the present invention is not necessarily limited to the secondary battery, but may be other electrochemical devices. Other applications include, for example, capacitors.

また、上記した実施の形態および実施例では、二次電池の種類として、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵および放出により表されるリチウムイオン二次電池について説明したが、必ずしもこれに限られない。本発明の二次電池は、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵および放出による容量とリチウム金属の析出および溶解による容量とを含み、かつ、それらの容量の和により表される二次電池についても適用可能である。この場合には、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な材料が用いられると共に、その材料の充電可能な容量が正極の放電容量よりも小さくなるように設定される。   In the above-described embodiments and examples, the lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is expressed by insertion and extraction of lithium ions is described as the type of the secondary battery, but is not necessarily limited thereto. The secondary battery of the present invention is also applicable to a secondary battery in which the capacity of the negative electrode includes a capacity due to insertion and extraction of lithium ions and a capacity due to precipitation and dissolution of lithium metal, and is represented by the sum of these capacities Is possible. In this case, a material capable of inserting and extracting lithium ions is used as the negative electrode active material, and the chargeable capacity of the material is set to be smaller than the discharge capacity of the positive electrode.

また、上記した実施の形態および実施例では、電池構造が角型、円筒型あるいはラミネートフィルム型である場合や、電池素子が巻回構造を有する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明の二次電池は、コイン型あるいはボタン型などの他の電池構造を有する場合や、電池素子が積層構造などの他の構造を有する場合についても適用可能である。   Further, in the above-described embodiments and examples, the case where the battery structure is a square shape, the cylindrical shape, or the laminate film type, or the case where the battery element has a winding structure has been described as an example. However, the secondary battery of the present invention can be applied to a case where the battery has another battery structure such as a coin type or a button type, and a case where the battery element has another structure such as a laminated structure.

また、上記した実施の形態および実施例では、電極反応物質の元素としてリチウムを用いる場合について説明したが、必ずしもこれに限られない。電極反応物質は、例えば、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他の1族元素や、マグネシウムあるいはカルシウムなどの2族元素や、アルミニウムなどの他の軽金属でもよい。本発明の効果は、電極反応物質の種類に依存せずに得られるはずであるため、その電極反応物質の種類を変更しても、同様の効果を得ることができる。   In the above-described embodiments and examples, the case where lithium is used as the element of the electrode reactant is described, but the present invention is not necessarily limited thereto. The electrode reactant may be, for example, another group 1 element such as sodium (Na) or potassium (K), a group 2 element such as magnesium or calcium, or another light metal such as aluminum. Since the effect of the present invention should be obtained without depending on the type of the electrode reactant, the same effect can be obtained even if the type of the electrode reactant is changed.

また、上記した実施の形態および実施例では、本発明の二次電池における負極活物質中の鉄含有量について、実施例の結果から導き出された適正範囲を説明している。しかしながら、その説明は、鉄含有量が上記した範囲外となる可能性を完全に否定するものではない。すなわち、上記した適正範囲は、あくまで本発明の効果を得る上で特に好ましい範囲であり、本発明の効果が得られるのであれば、鉄含有量が上記した範囲から多少外れてもよい。このことは、鉄および追加金属元素の含有量の合計、負極活物質の半値幅および結晶子サイズ、負極活物質中の酸素含有量、あるいは負極集電体の表面の十点平均粗さRzなどについても、同様である。   Further, in the above-described embodiments and examples, the appropriate range derived from the results of the examples is described for the iron content in the negative electrode active material in the secondary battery of the present invention. However, the explanation does not completely deny the possibility that the iron content is outside the above-mentioned range. In other words, the appropriate range described above is a particularly preferable range for obtaining the effect of the present invention, and the iron content may be slightly deviated from the above range as long as the effect of the present invention is obtained. This is because the total content of iron and additional metal elements, the half width and crystallite size of the negative electrode active material, the oxygen content in the negative electrode active material, or the ten-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode current collector, etc. The same applies to.

1,22A,42A,54A…負極集電体、2,22B,42B,54B…負極活物質層、11,31…電池缶、12,32,33…絶縁板、13,34…電池蓋、14…端子板、15…正極ピン、16…絶縁ケース、17,37…ガスケット、18…開裂弁、19…注入孔、19A…封止部材、20…電池素子、21,41,53…正極、21A,41A,53A…正極集電体、21B,41B,53B…正極活物質層、22,42,54…負極、23,43,55…セパレータ、24,45,51…正極リード、25,46,52…負極リード、35…安全弁機構、35A…ディスク板、36…熱感抵抗素子、40,50…巻回電極体、44…センターピン、56…電解質層、57…保護テープ、61…密着フィルム、60…外装部材、201…負極活物質粒子、201P…扁平粒子、202…空隙、P1…接触部分、P2…非接触部分。   1, 22A, 42A, 54A ... negative electrode current collector, 2, 22B, 42B, 54B ... negative electrode active material layer, 11, 31 ... battery can, 12, 32, 33 ... insulating plate, 13, 34 ... battery lid, 14 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Terminal board, 15 ... Positive electrode pin, 16 ... Insulating case, 17, 37 ... Gasket, 18 ... Cleavage valve, 19 ... Injection hole, 19A ... Sealing member, 20 ... Battery element, 21, 41, 53 ... Positive electrode, 21A , 41A, 53A ... positive electrode current collector, 21B, 41B, 53B ... positive electrode active material layer, 22, 42, 54 ... negative electrode, 23, 43, 55 ... separator, 24, 45, 51 ... positive electrode lead, 25, 46, 52 ... Negative electrode lead, 35 ... Safety valve mechanism, 35A ... Disk plate, 36 ... Heat sensitive resistance element, 40, 50 ... Winding electrode body, 44 ... Center pin, 56 ... Electrolyte layer, 57 ... Protection tape, 61 ... Adhesion film , 60 ... exterior member, 01 ... anode active material particles, 201P ... flat particles, 202 ... gap, P1 ... contact portion, P2 ... noncontact portion.

Claims (19)

正極および負極と、溶媒および電解質塩を含む電解質とを備え、
前記負極は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能である結晶性の負極活物質を含み、
前記結晶性の負極活物質は、ケイ素(Si)および鉄(Fe)を構成元素として含み、前記結晶性の負極活物質中における鉄の含有量は、0.05重量%以上である
二次電池。
A positive electrode and a negative electrode, and an electrolyte containing a solvent and an electrolyte salt;
The negative electrode includes a crystalline negative electrode active material capable of inserting and extracting an electrode reactant,
The crystalline negative electrode active material contains silicon (Si) and iron (Fe) as constituent elements, and the content of iron in the crystalline negative electrode active material is 0.05% by weight or more. .
X線回折により得られる前記結晶性の負極活物質の(111)結晶面における回折ピークの半値幅(2θ)は、20°以下である請求項1記載の二次電池。   2. The secondary battery according to claim 1, wherein a half-value width (2θ) of a diffraction peak in a (111) crystal plane of the crystalline negative electrode active material obtained by X-ray diffraction is 20 ° or less. X線回折により得られる前記結晶性の負極活物質の(111)結晶面に起因する結晶子サイズは、100nm以上である請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein a crystallite size caused by a (111) crystal plane of the crystalline negative electrode active material obtained by X-ray diffraction is 100 nm or more. 前記負極は、負極集電体上に前記結晶性の負極活物質を有し、前記結晶性の負極活物質は、前記負極集電体との界面の少なくとも一部において合金化している請求項1記載の二次電池。   The negative electrode has the crystalline negative electrode active material on a negative electrode current collector, and the crystalline negative electrode active material is alloyed at least at a part of an interface with the negative electrode current collector. The secondary battery as described. 前記結晶性の負極活物質は、アルミニウム(Al)、カルシウム(Ca)、クロム(Cr)、マグネシウム(Mg)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、カリウム(K)、銅(Cu)およびチタン(Ti)のうちの少なくとも1種の追加金属元素を構成元素として含む請求項1記載の二次電池。   The crystalline negative electrode active materials are aluminum (Al), calcium (Ca), chromium (Cr), magnesium (Mg), manganese (Mn), nickel (Ni), potassium (K), copper (Cu) and titanium. The secondary battery according to claim 1, comprising at least one additional metal element of (Ti) as a constituent element. 前記結晶性の負極活物質中における鉄および追加金属元素の含有量の合計は、0.2重量%以上である請求項5記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 5, wherein the total content of iron and additional metal elements in the crystalline negative electrode active material is 0.2% by weight or more. 前記結晶性の負極活物質は、複数の粒子状であり、そのうちの少なくとも一部は、前記負極の厚さ方向と交差する方向に延在する扁平状である請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the crystalline negative electrode active material has a plurality of particles, and at least a part of the crystalline negative electrode active material has a flat shape extending in a direction intersecting a thickness direction of the negative electrode. 前記結晶性の負極活物質は、内部に空隙を有する請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the crystalline negative electrode active material has voids therein. 前記負極は、負極集電体上に前記結晶性の負極活物質を有し、前記結晶性の負極活物質は、前記負極集電体の表面に接触している部分と接触していない部分とを有する請求項1記載の二次電池。   The negative electrode has the crystalline negative electrode active material on a negative electrode current collector, and the crystalline negative electrode active material has a portion not in contact with a portion in contact with the surface of the negative electrode current collector; The secondary battery according to claim 1, comprising: 前記結晶性の負極活物質は、溶射法により形成されている請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the crystalline negative electrode active material is formed by a thermal spraying method. 前記結晶性の負極活物質は、酸素(O)を構成元素として含み、前記結晶性の負極活物質中の酸素含有量は、1.5原子数%以上40原子数%以下である請求項1記載の二次電池。   2. The crystalline negative electrode active material contains oxygen (O) as a constituent element, and the oxygen content in the crystalline negative electrode active material is 1.5 atomic% to 40 atomic%. The secondary battery as described. 前記結晶性の負極活物質は、前記負極の厚さ方向において高酸素含有領域および低酸素含有領域を有する請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the crystalline negative electrode active material has a high oxygen content region and a low oxygen content region in a thickness direction of the negative electrode. 前記負極は、負極集電体上に前記結晶性の負極活物質を有し、前記負極集電体の表面の十点平均粗さRzは、1.5μm以上である請求項1記載の二次電池。   The secondary electrode according to claim 1, wherein the negative electrode has the crystalline negative electrode active material on a negative electrode current collector, and a ten-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode current collector is 1.5 μm or more. battery. 前記十点平均粗さRzは、3μm以上30μm以下である請求項13記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 13, wherein the ten-point average roughness Rz is 3 μm or more and 30 μm or less. 前記溶媒は、式(1)で表されるハロゲン化鎖状炭酸エステル、式(2)で表されるハロゲン化環状炭酸エステル、式(3)〜式(5)で表される不飽和炭素結合環状炭酸エステル、スルトン、および酸無水物のうちの少なくとも1種を含む請求項1記載の二次電池。
Figure 2010165508
(R11〜R16は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それらのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。)
Figure 2010165508
(R17〜R20は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それらのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。)
Figure 2010165508
(R21およびR22は水素基あるいはアルキル基である。)
Figure 2010165508
(R23〜R26は水素基、アルキル基、ビニル基あるいはアリル基であり、それらのうちの少なくとも1つはビニル基あるいはアリル基である。)
Figure 2010165508
(R27はアルキレン基である。)
The solvent includes a halogenated chain carbonate represented by the formula (1), a halogenated cyclic carbonate represented by the formula (2), and an unsaturated carbon bond represented by the formula (3) to the formula (5). The secondary battery according to claim 1, comprising at least one of cyclic carbonate, sultone, and acid anhydride.
Figure 2010165508
(R11 to R16 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)
Figure 2010165508
(R17 to R20 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)
Figure 2010165508
(R21 and R22 are a hydrogen group or an alkyl group.)
Figure 2010165508
(R23 to R26 are a hydrogen group, an alkyl group, a vinyl group, or an allyl group, and at least one of them is a vinyl group or an allyl group.)
Figure 2010165508
(R27 is an alkylene group.)
前記電解質塩は、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6 )、および式(6)〜式(11)で表される化合物のうちの少なくとも1種を含む請求項1記載の二次電池。
Figure 2010165508
(X31は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素、またはアルミニウムである。M31は遷移金属元素、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。R31はハロゲン基である。Y31は−(O=)C−R32−C(=O)−、−(O=)C−C(R33)2 −あるいは−(O=)C−C(=O)−である。ただし、R32はアルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基あるいはハロゲン化アリーレン基である。R33はアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基あるいはハロゲン化アリール基である。なお、a3は1〜4の整数であり、b3は0、2あるいは4であり、c3、d3、m3およびn3は1〜3の整数である。)
Figure 2010165508
(X41は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素である。M41は遷移金属元素、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。Y41は−(O=)C−(C(R41)2 b4−C(=O)−、−(R43)2 C−(C(R42)2 c4−C(=O)−、−(R43)2 C−(C(R42)2 c4−C(R43)2 −、−(R43)2 C−(C(R42)2 c4−S(=O)2 −、−(O=)2 S−(C(R42)2 d4−S(=O)2 −あるいは−(O=)C−(C(R42)2 d4−S(=O)2 −である。ただし、R41およびR43は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それぞれのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。R42は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、a4、e4およびn4は1あるいは2であり、b4およびd4は1〜4の整数であり、c4は0〜4の整数であり、f4およびm4は1〜3の整数である。)
Figure 2010165508
(X51は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素である。M51は遷移金属元素、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。Rfはフッ素化アルキル基あるいはフッ素化アリール基であり、いずれの炭素数も1〜10である。Y51は−(O=)C−(C(R51)2 d5−C(=O)−、−(R52)2 C−(C(R51)2 d5−C(=O)−、−(R52)2 C−(C(R51)2 d5−C(R52)2 −、−(R52)2 C−(C(R51)2 d5−S(=O)2 −、−(O=)2 S−(C(R51)2 e5−S(=O)2 −あるいは−(O=)C−(C(R51)2 e5−S(=O)2 −である。ただし、R51は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。R52は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、そのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、a5、f5およびn5は1あるいは2であり、b5、c5およびe5は1〜4の整数であり、d5は0〜4の整数であり、g5およびm5は1〜3の整数である。)
LiN(Cm 2m+1SO2 )(Cn 2n+1 SO2 ) …(9)
(mおよびnは1以上の整数である。)
Figure 2010165508
(R61は炭素数2以上4以下の直鎖状あるいは分岐状のパーフルオロアルキレン基である。)
LiC(Cp 2p+1SO2 )(Cq 2q+1SO2 )(Cr 2r+1SO2 ) …(11)
(p、qおよびrは1以上の整数である。)
The electrolyte salt includes lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), and a formula ( The secondary battery according to claim 1, comprising at least one of compounds represented by 6) to formula (11).
Figure 2010165508
(X31 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table, or aluminum. M31 is a transition metal element, or a group 13 element, group 14 element, or group 15 element in the long-period periodic table. R31 Y31 is — (O═) C—R32—C (═O) —, — (O═) C—C (R33) 2 — or — (O═) C—C (═O) Where R32 is an alkylene group, a halogenated alkylene group, an arylene group or a halogenated arylene group, R33 is an alkyl group, a halogenated alkyl group, an aryl group or a halogenated aryl group, and a3 is (It is an integer of 1 to 4, b3 is 0, 2 or 4, and c3, d3, m3 and n3 are integers of 1 to 3.)
Figure 2010165508
(X41 is a group 1 element or group 2 element in the long periodic table. M41 is a transition metal element, or a group 13, element or group 15 element in the long period periodic table. Y41 is − ( O =) C- (C (R41 ) 2) b4 -C (= O) -, - (R43) 2 C- (C (R42) 2) c4 -C (= O) -, - (R43) 2 C -(C (R42) 2 ) c4 -C (R43) 2 -,-(R43) 2 C- (C (R42) 2 ) c4 -S (= O) 2 -,-(O =) 2 S- ( C (R42) 2 ) d4- S (= O) 2- or-(O =) C- (C (R42) 2 ) d4- S (= O) 2- where R41 and R43 are hydrogen groups. , An alkyl group, a halogen group, or a halogenated alkyl group, and at least one of each is a halogen group or a halogenated alkyl group. R42 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group or a halogenated alkyl group, wherein a4, e4 and n4 are 1 or 2, b4 and d4 are integers of 1 to 4, and c4 Is an integer from 0 to 4, and f4 and m4 are integers from 1 to 3.)
Figure 2010165508
(X51 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table. M51 is a transition metal element, or a group 13, element or group 15 element in the long-period periodic table. Rf is fluorinated. An alkyl group or a fluorinated aryl group, each having 1 to 10 carbon atoms Y51 is — (O═) C— (C (R51) 2 ) d5 —C (═O) —, — (R52); 2 C- (C (R51) 2 ) d5 -C (= O)-,-(R52) 2 C- (C (R51) 2 ) d5 -C (R52) 2 -,-(R52) 2 C- ( C (R51) 2) d5 -S (= O) 2 -, - (O =) 2 S- (C (R51) 2) e5 -S (= O) 2 - or - (O =) C- (C (R51) 2) e5 -S ( = O) 2 -. is, however, R51 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group, or a halogen Kaa R52 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group or a halogenated alkyl group, at least one of which is a halogen group or a halogenated alkyl group, wherein a5, f5 and n5 are 1 or 2; B5, c5 and e5 are integers of 1 to 4, d5 is an integer of 0 to 4, and g5 and m5 are integers of 1 to 3.)
LiN (C m F 2m + 1 SO 2) (C n F 2n + 1 SO 2) ... (9)
(M and n are integers of 1 or more.)
Figure 2010165508
(R61 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms.)
LiC (C p F 2p + 1 SO 2 ) (C q F 2q + 1 SO 2 ) (C r F 2r + 1 SO 2 ) (11)
(P, q and r are integers of 1 or more.)
前記正極は、正極活物質として、式(12)で表される複合酸化物を含む請求項1記載の二次電池。
LiNi1-x x 2 …(12)
(Mはコバルト(Co)、マンガン、鉄、アルミニウム、バナジウム(V)、スズ(Sn)、マグネシウム、チタン、ストロンチウム(Sr)、カルシウム、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、イッテルビウム(Yb)、銅、亜鉛(Zn)、バリウム(Ba)、ホウ素(B)、クロム、ケイ素、ガリウム(Ga)、リン(P)、アンチモン(Sb)およびニオブ(Nb)のうちの少なくとも1種である。xは0.005<x<0.5である。)
The secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode includes a composite oxide represented by Formula (12) as a positive electrode active material.
LiNi 1-x M x O 2 (12)
(M is cobalt (Co), manganese, iron, aluminum, vanadium (V), tin (Sn), magnesium, titanium, strontium (Sr), calcium, zirconium (Zr), molybdenum (Mo), technetium (Tc), Ruthenium (Ru), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), ytterbium (Yb), copper, zinc (Zn), barium (Ba), boron (B), chromium, silicon, gallium (Ga) , Phosphorus (P), antimony (Sb), and niobium (Nb), where x is 0.005 <x <0.5.
前記電極反応物質は、リチウムイオンである請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the electrode reactant is lithium ion. 電極反応物質を吸蔵および放出することが可能である結晶性の負極活物質を含み、
前記結晶性の負極活物質は、ケイ素および鉄を構成元素として含み、前記結晶性の負極活物質中における鉄の含有量は、0.05重量%以上である
負極。
A crystalline negative electrode active material capable of occluding and releasing the electrode reactant,
The crystalline negative electrode active material contains silicon and iron as constituent elements, and the content of iron in the crystalline negative electrode active material is 0.05% by weight or more.
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