JP2024122207A - Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池は、携帯電話、ノートパソコン等のモバイル機器やハイブリットカー等の動力源としても広く用いられている。 Lithium-ion secondary batteries are also widely used as power sources for mobile devices such as mobile phones and laptops, as well as hybrid cars.
リチウムイオン二次電池の容量は主に電極の活物質に依存する。負極活物質には、一般に黒鉛が利用されているが、より高容量な負極活物質が求められている。そのため、黒鉛の理論容量(372mAh/g)に比べてはるかに大きな理論容量をもつシリコン(Si)が注目されている。 The capacity of a lithium-ion secondary battery depends mainly on the active material of the electrodes. Graphite is generally used as the negative electrode active material, but there is a demand for negative electrode active materials with higher capacity. For this reason, silicon (Si), which has a theoretical capacity much larger than that of graphite (372 mAh/g), has attracted attention.
Siを含む負極活物質は充電時に大きな体積膨張を伴う。負極活物質の体積膨張は、電池のサイクル特性の低下の原因となる。負極活物質が体積膨張すると、例えば、負極活物質の間の導電パスが切断したり、負極活物質層と集電体の界面で剥離が生じたり、SEI(Solid Electrolyte Interphase)被膜にクラックが生じ電解液の分解等が生じる。これらは、電池のサイクル特性を低下させる。 Negative electrode active materials that contain Si undergo a large volume expansion during charging. The volume expansion of the negative electrode active material causes a decrease in the cycle characteristics of the battery. When the negative electrode active material expands in volume, for example, the conductive paths between the negative electrode active materials are cut, peeling occurs at the interface between the negative electrode active material layer and the current collector, cracks occur in the SEI (Solid Electrolyte Interphase) coating, and electrolyte decomposition occurs. These reduce the cycle characteristics of the battery.
電池のサイクル特性を向上させるために、負極活物質層にバインダーが用いられる。例えば、特許文献1には、カルボキシル基を有するバインダーを用いたリチウムイオン二次電池が開示されている。 To improve the cycle characteristics of the battery, a binder is used in the negative electrode active material layer. For example, Patent Document 1 discloses a lithium ion secondary battery that uses a binder having a carboxyl group.
高容量でサイクル特性の更なる向上が求められている。 There is a demand for higher capacity and further improvements in cycle characteristics.
本開示は上記問題に鑑みてなされたものであり、高容量でサイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 This disclosure has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a lithium-ion secondary battery that has high capacity and excellent cycle characteristics.
上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 To solve the above problems, the following measures are provided:
(1)第1の態様にかかるリチウムイオン二次電池用負極は、負極活物質と、バインダーと、を備える。負極活物質は、シリコンを含み、表面に稜線がある。前記バインダーは、COOX基を有する。Xは、Li、Na、Kからなる群から選択されるいずれかである。前記負極活物質の比表面積S(m2/g)と、前記負極活物質の重量waと、前記バインダーの重量wbとが、0.5≦{wb/(wa+wb)}/S×100≦5.0の関係を満たす。 (1) A negative electrode for a lithium ion secondary battery according to a first aspect includes a negative electrode active material and a binder. The negative electrode active material contains silicon and has a ridge line on its surface. The binder has a COOX group, where X is any one selected from the group consisting of Li, Na, and K. A specific surface area S ( m2 /g) of the negative electrode active material, a weight w a of the negative electrode active material, and a weight w b of the binder satisfy the relationship 0.5≦{w b /(w a +w b )}/S×100≦5.0.
(2)上記態様にかかるリチウムイオン二次電池用負極において、前記COOX基におけるXがLiであってもよい。 (2) In the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the above aspect, X in the COOX group may be Li.
(3)上記態様にかかるリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間にあるセパレータと、電解液と、を有する。前記負極は、上記態様にかかるリチウムイオン二次電池用負極である。 (3) The lithium ion secondary battery according to the above aspect has a positive electrode, a negative electrode, a separator between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte. The negative electrode is the negative electrode for the lithium ion secondary battery according to the above aspect.
上記態様に係るリチウムイオン二次電池は、高容量でサイクル特性に優れる。 The lithium-ion secondary battery according to the above aspect has high capacity and excellent cycle characteristics.
以下、実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 The following describes the embodiments in detail, with reference to the drawings as appropriate. The drawings used in the following description may show characteristic parts in an enlarged scale for the sake of clarity, and the dimensional ratios of each component may differ from the actual ones. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to them. Appropriate modifications may be made without departing from the spirit of the invention.
「リチウムイオン二次電池」
図1は、第1実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の模式図である。図1に示すリチウムイオン二次電池100は、発電素子40と外装体50と非水電解液(図示略)とを備える。外装体50は、発電素子40の周囲を被覆する。発電素子40は、発電素子40に接続された一対の端子60、62を介して、外部と接続される。非水電解液は、外装体50内に収容されている。図1では、外装体50内に発電素子40が一つの場合を例示したが、発電素子40が複数積層されていてもよい。
"Lithium-ion secondary battery"
Fig. 1 is a schematic diagram of a lithium ion secondary battery according to a first embodiment. The lithium ion
(発電素子)
発電素子40は、セパレータ10と正極20と負極30とを備える。
(Power generation element)
The power generating
<正極>
正極20は、例えば、正極集電体22と正極活物質層24とを有する。正極活物質層24は、正極集電体22の少なくとも一面に接する。
<Positive electrode>
The
[正極集電体]
正極集電体22は、例えば、導電性の板材である。正極集電体22は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス等の金属薄板である。重量が軽いアルミニウムは、正極集電体22に好適に用いられる。正極集電体22の平均厚みは、例えば、10μm以上30μm以下である。
[Positive electrode current collector]
The positive electrode
[正極活物質層]
正極活物質層24は、例えば、正極活物質を含む。正極活物質層24は、必要に応じて、導電助剤、バインダーを含んでもよい。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode
正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンとカウンターアニオンのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を含む。 The positive electrode active material includes an electrode active material that can reversibly absorb and release lithium ions, remove and insert lithium ions (intercalation), or dope and dedope lithium ions and counter anions.
正極活物質は、例えば、複合金属酸化物である。複合金属酸化物は、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn2O4)、及び、一般式:LiNixCoyMnzMaO2の化合物(一般式中においてx+y+z+a=1、0≦x<1、0≦y<1、0≦z<1、0≦a<1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)、リチウムバナジウム化合物(LiV2O5)、オリビン型LiMPO4(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、LiNixCoyAlzO2(0.9<x+y+z<1.1)である。正極活物質は、有機物でもよい。例えば、正極活物質は、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンでもよい。 The positive electrode active material is, for example, a composite metal oxide. Examples of the composite metal oxide include lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 ), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), and a compound of the general formula: LiNi x Co y Mn z M a O 2 (wherein x + y + z + a = 1, 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1, 0 ≤ a < 1, and M is one or more elements selected from Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, and Cr), a lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 ), an olivine-type LiMPO 4 (wherein M is one or more elements selected from Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al, and Zr, or VO), and a lithium titanate (Li 4 Ti5O12 ), LiNixCoyAlzO2 (0.9<x+y+z< 1.1 ). The positive electrode active material may be an organic material. For example, the positive electrode active material may be polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, or polyacene.
正極活物質は、リチウム非含有の材料でもよい。リチウム非含有の材料は、例えば、FeF3、有機導電性物質を含む共役系ポリマー、シェブレル相化合物、遷移金属カルコゲン化物、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物等である。リチウム非含有の材料は、いずれか一つの材料のみを用いてもよいし、複数組み合わせて用いてもよい。正極活物質がリチウム非含有の材料の場合は、例えば、最初に放電を行う。放電により正極活物質にリチウムが挿入される。このほか、正極活物質がリチウム非含有の材料に対して、化学的又は電気化学的にリチウムをプレドープしてもよい。 The positive electrode active material may be a lithium-free material. Examples of the lithium-free material include FeF 3 , conjugated polymers containing organic conductive materials, Chevrel phase compounds, transition metal chalcogenides, vanadium oxides, and niobium oxides. The lithium-free material may be any one of the materials or a combination of a plurality of materials. When the positive electrode active material is a lithium-free material, for example, discharge is performed first. Lithium is inserted into the positive electrode active material by discharging. In addition, lithium may be pre-doped chemically or electrochemically into the lithium-free positive electrode active material.
導電助剤は、正極活物質の間の電子伝導性を高める。導電助剤は、例えば、カーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、導電性酸化物である。カーボン粉末は、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等である。金属微粉は、例えば、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の粉である。 The conductive additive enhances the electronic conductivity between the positive electrode active materials. The conductive additive is, for example, carbon powder, carbon nanotubes, carbon material, metal powder, a mixture of carbon material and metal powder, or conductive oxide. The carbon powder is, for example, carbon black, acetylene black, ketjen black, etc. The metal powder is, for example, copper, nickel, stainless steel, iron, etc.
正極活物質層24における導電助剤の含有率は特に限定されない。例えば、正極活物質、導電助剤、バインダーの総質量に対して導電助剤の含有率は、0.5質量%以上20質量%以下であり、好ましくは1質量%以上5質量%以下である。
The content of the conductive assistant in the positive electrode
正極活物質層24におけるバインダーは、正極活物質同士を結合する。バインダーは、公知のものを用いることができる。またバインダーは、後述する負極活物質層34に用いられるものと同様のものでもよい。バインダーは、電解液に溶解せず、耐酸化性を有し、接着性を有するものが好ましい。バインダーは、例えば、フッ素樹脂である。バインダーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリアクリル酸及びその共重合体、ポリアクリル酸及びその共重合体の金属イオン架橋体、無水マレイン酸をグラフト化したポリプロピレン(PP)又はポリエチレン(PE)、これらの混合物である。正極活物質層に用いるバインダーは、PVDFが特に好ましい。
The binder in the positive electrode
正極活物質層24におけるバインダーの含有率は特に限定されない。例えば、正極活物質、導電助剤、バインダーの総質量に対してバインダーの含有率は、1質量%以上15質量%以下であり、好ましくは1.5質量%以上5質量%以下である。バインダーの含有率が少ないと、正極20の接着強度が弱まる。バインダーの含有率が高いと、バインダーは電気化学的に不活性で放電容量に寄与しないため、リチウムイオン二次電池100のエネルギー密度が低くなる。
The binder content in the positive electrode
<負極>
負極30は、例えば、負極集電体32と負極活物質層34とを有する。負極活物質層34は、負極集電体32の少なくとも一面に形成されている。
<Negative Electrode>
The
[負極集電体]
負極集電体32は、例えば、導電性の板材である。負極集電体32は、正極集電体22と同様のものを用いることができる。
[Negative electrode current collector]
The negative electrode
[負極活物質層]
負極活物質層34は、負極活物質とバインダーとを含む。負極活物質層34は、必要に応じて導電助剤を含んでもよい。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode
負極活物質は、例えば、シリコンを含む。シリコンは、単体であってもよいし、シリコン化合物であってもよい。シリコン化合物は、例えば、シリコン合金、酸化シリコン等である。例えば、シリコン又はシリコン化合物は、結晶質でも非晶質でもよい。非晶質のシリコン又はシリコン化合物は、メルトスパン法、ガスアトマイズ法等で作製できる。負極活物質は、シリコン系以外の活物質を含んでもよい。 The negative electrode active material includes, for example, silicon. Silicon may be a simple substance or a silicon compound. Silicon compounds include, for example, silicon alloys, silicon oxide, and the like. For example, silicon or silicon compounds may be crystalline or amorphous. Amorphous silicon or silicon compounds can be produced by a melt-spun method, a gas atomization method, or the like. The negative electrode active material may include an active material other than silicon-based materials.
シリコン合金は、XnSiで表される。Xは、カチオンである。Xは、例えば、Ba、Mg、Al、Zn、Sn、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、W、Au、Ti、Na、K等である。nは、0≦n≦0.5を満たす。酸化シリコンは、SiOxで表記される。xは、例えば、0.8≦x≦2を満たす。酸化シリコンは、SiO2のみからなってもよいし、SiOのみからなってもよいし、SiOとSiO2との混合物でもよい。また酸化シリコンは、酸素の一部が欠損していてもよい。 The silicon alloy is represented by XnSi. X is a cation. X is, for example, Ba, Mg, Al, Zn, Sn, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, W, Au, Ti, Na, K, etc. n satisfies 0≦n≦0.5. Silicon oxide is represented by SiO x . x satisfies, for example, 0.8≦x≦2. Silicon oxide may be composed of only SiO 2 , may be composed of only SiO, or may be a mixture of SiO and SiO 2. Silicon oxide may also be partially deficient in oxygen.
負極活物質は、シリコン又はシリコン化合物の複合体でもよい。複合体は、シリコン又はシリコン化合物の粒子の表面の少なくとも一部に、導電性材料が被覆したものである。導電性材料は、例えば、炭素材料、Al、Ti、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag、Sn等である。例えば、シリコン炭素複合化材料(Si-C)は複合体の一例である。シリコン又はシリコン化合物の粒子に対する導電性材料の被覆量は、例えば、複合体の総質量に対して0.01質量%以上30質量%以下であり、好ましくは0.1質量%以上20質量%以下である。複合体は、例えば、メカニカルアロイング法、化学蒸着法、湿式法、高分子を被覆後に高分子を熱分解して炭素化する方法等で作製できる。 The negative electrode active material may be a composite of silicon or a silicon compound. The composite is a silicon or silicon compound particle having at least a part of its surface coated with a conductive material. The conductive material is, for example, a carbon material, Al, Ti, Fe, Ni, Cu, Zn, Ag, Sn, or the like. For example, a silicon carbon composite material (Si-C) is an example of a composite. The amount of the conductive material coated on the silicon or silicon compound particle is, for example, 0.01% by mass to 30% by mass, and preferably 0.1% by mass to 20% by mass, based on the total mass of the composite. The composite can be produced, for example, by mechanical alloying, chemical vapor deposition, wet method, or a method of coating a polymer and then pyrolyzing the polymer to carbonize it.
図2は、本実施形態に係る負極活物質1の走査型電子顕微鏡(SEM)像である。負極活物質1は、不定形であり、表面に稜線を有する。負極活物質1の表面は、複数の面からなり、これらの面の境界が稜線である。 Figure 2 is a scanning electron microscope (SEM) image of the negative electrode active material 1 according to this embodiment. The negative electrode active material 1 is amorphous and has ridges on its surface. The surface of the negative electrode active material 1 is made up of multiple faces, and the boundaries between these faces are the ridges.
稜線2の平均長さは、例えば、0.5μm以上であり、好ましくは1.0μm以上5.0μm以下である。稜線2の平均長さは、例えば、10000倍の倍率で撮影した10枚の走査型電子顕微鏡像内に存在する稜線2の長さの合計を、稜線2を含む負極活物質1の数で割って求められる。 The average length of the ridge lines 2 is, for example, 0.5 μm or more, and preferably 1.0 μm or more and 5.0 μm or less. The average length of the ridge lines 2 can be calculated by dividing the total length of the ridge lines 2 present in 10 scanning electron microscope images taken at a magnification of 10,000 times, by the number of negative electrode active materials 1 that include the ridge lines 2.
稜線2を挟む2つの面のなす角は、例えば、150°以下であり、好ましくは60°以上120°以下である。 The angle between the two faces that sandwich the ridge line 2 is, for example, 150° or less, and preferably 60° or more and 120° or less.
また一つの負極活物質1に含まれる稜線2の平均数は、例えば、20個以下であり、好ましくは8個以上15個以下である。 The average number of ridges 2 contained in one negative electrode active material 1 is, for example, 20 or less, and preferably 8 to 15.
負極活物質のBET法で求めた比表面積S(m2/g)は、例えば、0.5≦{wb/(wa+wb)}/S×100≦5.0の関係を満たす。この関係式において、waは、負極活物質の重量であり、wbは、バインダーの重量である。負極から負極活物質及びバインダーの重量を求める場合は、以下の手順で行う。まず負極の重量を測定する。次いで、負極を窒素雰囲気中で、500℃程度の温度で焼成し、バインダーを除去する。次いで、焼成後の負極の重量を測定する。焼成前後の負極の重量を算出することで、バインダー重量が求められる。また完成した負極を水などの溶媒中で超音波により粉砕し、ろ過することで、負極活物質と溶媒に溶解したバインダーとを分離することができる。分離したそれぞれの重量を求めることで、負極活物質及びバインダーの重量を求めることができる。 The specific surface area S (m 2 /g) of the negative electrode active material determined by the BET method satisfies, for example, the relationship 0.5≦{w b /( wa + w b )}/S×100≦5.0. In this relational expression, wa is the weight of the negative electrode active material, and w b is the weight of the binder. When the weight of the negative electrode active material and the binder is determined from the negative electrode, the following procedure is performed. First, the weight of the negative electrode is measured. Next, the negative electrode is fired at a temperature of about 500° C. in a nitrogen atmosphere to remove the binder. Next, the weight of the negative electrode after firing is measured. The weight of the binder can be determined by calculating the weight of the negative electrode before and after firing. In addition, the completed negative electrode can be crushed by ultrasonic waves in a solvent such as water and filtered to separate the negative electrode active material and the binder dissolved in the solvent. The weight of the negative electrode active material and the binder can be determined by determining the weight of each of the separated materials.
バインダーの量が少ない、又は、負極活物質の比表面積が大きい程、上記値は小さくなる。値が小さすぎると、負極活物質の比表面積に対してバインダー量が十分ではなく、バインダーと負極活物質との結着力が十分ではなくなる。またバインダーの量が多い、又は、負極活物質の比表面積が小さい程、上記値は大きくなる。値が大きすぎると、負極における充放電に寄与しないバインダーの存在比が高くなり、リチウムイオン二次電池の単位体積当たりの容量が小さくなる。 The smaller the amount of binder or the larger the specific surface area of the negative electrode active material, the smaller the above value. If the value is too small, the amount of binder is insufficient relative to the specific surface area of the negative electrode active material, and the binding force between the binder and the negative electrode active material becomes insufficient. Also, the larger the amount of binder is or the smaller the specific surface area of the negative electrode active material, the larger the above value. If the value is too large, the proportion of binder that does not contribute to charging and discharging in the negative electrode increases, and the capacity per unit volume of the lithium-ion secondary battery decreases.
負極活物質層34におけるバインダーは、負極活物質同士を結合する。バインダーは、COOX基を有する。Xは、Li、Na、Kからなる群から選択されるいずれかである。Xは、Liが好ましい。カルボキシル基の一部がXに置換されていると、カルボキシル基が置換されていない場合と比較して、電解液耐性が高くなり、活物質とバインダーとの間への電解液の浸透が抑制され、負極活物質とバインダーとの結着量が向上する。またLiはイオン半径が小さく、負極活物質とバインダーとが高密度に結着し、これらの間の結着力がより高まる。
The binder in the negative electrode
バインダーは、例えば、COOX基を有するポリアクリル酸、ポリ(エチレン-マレイン酸)、カルボキシメチルセルロースなどである。また、COOX基を有さないバインダーとして、ポリエチレンオキサイド、ポリアミド、ポリイミドなどを含んでもよい。 Examples of binders include polyacrylic acid, poly(ethylene-maleic acid), and carboxymethyl cellulose that have a COOX group. Binders that do not have a COOX group may also include polyethylene oxide, polyamide, and polyimide.
負極活物質層34における導電助剤は、負極活物質の間の電子伝導性を高める。導電助剤は、正極活物質層24と同様のものを用いることができる。
The conductive additive in the negative electrode
負極活物質層34における導電助剤の含有率は特に限定されない。例えば、負極活物質、導電助剤、バインダーの総質量に対して導電助剤の含有率は、5質量%以上20質量%以下であり、好ましくは1質量%以上12質量%以下である。
The content of the conductive additive in the negative electrode
<セパレータ>
セパレータ10は、正極20と負極30とに挟まれる。セパレータ10は、正極20と負極30とを隔離し、正極20と負極30との短絡を防ぐ。セパレータ10は、正極20及び負極30に沿って面内に広がる。リチウムイオンは、セパレータ10を通過できる。
<Separator>
The
セパレータ10は、例えば、電気絶縁性の多孔質構造を有する。セパレータ10は、例えば、ポリオレフィンフィルムの単層体、積層体である。セパレータ10は、ポリエチレンやポリプロピレン等の混合物の延伸膜でもよい。セパレータ10は、セルロース、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布でもよい。セパレータ10は、例えば、固体電解質であってもよい。固体電解質は、例えば、高分子固体電解質、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質である。セパレータ10は、無機コートセパレータでもよい。無機コートセパレータは、上記のフィルムの表面に、PVDFやCMCなど樹脂とアルミナやシリカなどの無機物の混合物を塗布したものである。無機コートセパレータは、耐熱性に優れ、正極から溶出した遷移金属の負極表面への析出を抑制する。
The
<電解液>
電解液は、外装体50内に封入され、発電素子40に含浸している。非水電解液は、例えば、非水溶媒と電解塩とを有する。電解塩は、非水溶媒に溶解している。
<Electrolyte>
The electrolytic solution is sealed in the
電解液は、公知の電解液を用いることができる。電解液は、例えば、非水溶媒と電解質塩とを含む。 The electrolyte may be a known electrolyte. The electrolyte may contain, for example, a non-aqueous solvent and an electrolyte salt.
電解塩は、例えば、リチウム塩である。電解質は、例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、LiCF3CF2SO3、LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiN(CF3CF2SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiN(CF3CF2CO)2、LiBOB、LiN(FSO2)2等である。リチウム塩は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。電離度の観点から、電解質はLiPF6を含むことが好ましい。 The electrolytic salt is, for example, a lithium salt. The electrolyte is, for example, LiPF6 , LiClO4 , LiBF4 , LiCF3SO3 , LiCF3CF2SO3, LiC(CF3SO2)3, LiN(CF3SO2)2, LiN(CF3CF2SO2 ) 2 , LiN ( CF3SO2 ) ( C4F9SO2 ) , LiN ( CF3CF2CO ) 2 , LiBOB, LiN( FSO2 ) 2 , etc. The lithium salt may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of the degree of ionization , it is preferable that the electrolyte contains LiPF6 .
非水溶媒は、例えば、非プロトン性有機溶媒である。有機溶媒は、例えば、環状カーボネート、鎖状カーボネート、エーテル、これらの混合物等である。 The non-aqueous solvent is, for example, an aprotic organic solvent. The organic solvent is, for example, a cyclic carbonate, a chain carbonate, an ether, a mixture thereof, etc.
環状カーボネートは、電解質を溶媒和する。環状カーボネートは、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネートである。環状カーボネートは、フルオロエチレンカーボネートを少なくとも含むことが好ましい。フルオロエチレンカーボネート(FEC)は、酸化還元電位が高く、還元されて分解されやすい。フルオロエチレンカーボネート(FEC)の一部が還元分解されることにより、電解液中の電解質や残りの溶媒が分解されにくくなる。また、フルオロエチレンカーボネート(FEC)は、リチウムイオン二次電池の使用初期に、負極活物質表面全体に薄く安定な被膜(SEI被膜)を形成する。SEI被膜は、負極活物質と電解液との直接接触を防ぎ、電解液の分解を防止する。 The cyclic carbonate solvates the electrolyte. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and fluoroethylene carbonate. The cyclic carbonate preferably contains at least fluoroethylene carbonate. Fluoroethylene carbonate (FEC) has a high redox potential and is easily reduced and decomposed. By reducing and decomposing a portion of the fluoroethylene carbonate (FEC), the electrolyte and remaining solvent in the electrolyte are less likely to decompose. In addition, fluoroethylene carbonate (FEC) forms a thin and stable coating (SEI coating) on the entire surface of the negative electrode active material at the beginning of use of the lithium ion secondary battery. The SEI coating prevents direct contact between the negative electrode active material and the electrolyte and prevents decomposition of the electrolyte.
鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させる。鎖状カーボネートは、例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートである。非水溶媒は、その他、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、プロピオン酸プロピル、γ-ブチロラクトン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン等を有してもよい。 The chain carbonate reduces the viscosity of the cyclic carbonate. Examples of the chain carbonate are diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. The non-aqueous solvent may also contain other solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, and 1,2-diethoxyethane.
<外装体>
外装体50は、その内部に発電素子40及び非水電解液を密封する。外装体50は、非水電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止する。
<Exterior body>
The
外装体50は、例えば図1に示すように、金属箔52と、金属箔52の各面に積層された樹脂層54と、を有する。外装体50は、金属箔52を高分子膜(樹脂層54)で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムである。
As shown in FIG. 1, the
金属箔52としては例えばアルミ箔を用いることができる。樹脂層54には、ポリプロピレン等の高分子膜を利用できる。樹脂層54を構成する材料は、内側と外側とで異なっていてもよい。例えば、外側の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド(PA)等を用い、内側の高分子膜の材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等を用いることができる。
The
<端子>
端子60、62のそれぞれは、負極30と正極20のそれぞれに接続されている。負極30に接続された端子60は負極端子であり、正極20に接続された端子62は正極端子である。端子60及び端子62は、外部との電気的接続を担う。端子60及び端子62は、アルミニウム、ニッケル、銅等の導電材料から形成されている。接続方法は、溶接でもネジ止めでもよい。端子60及び端子62は短絡を防ぐために、絶縁テープで保護することが好ましい。
<Terminals>
The
「リチウムイオン二次電池の製造方法」
リチウムイオン二次電池100は、負極30、正極20、セパレータ10、電解液、外装体50をそれぞれ準備し、これらを組み上げて作製される。以下、リチウムイオン二次電池100の製造方法の一例を説明する。
"Method of manufacturing lithium-ion secondary batteries"
The lithium ion
負極30は、例えば、スラリー作製工程、電極塗布工程、乾燥工程、圧延工程を順に行って作製される。
The
スラリー作製工程は、負極活物質(シリコン又はシリコン化合物)、バインダー、導電助剤及び溶媒を混合してスラリーを作製する工程である。まず例えば、市販の負極活物質の中から所定の稜線を含むものを選択し、所定の負極活物質を準備する。バインダーは、COOX基を有するものを準備する。カルボキシル基を有するバインダーをイオン交換してもよい。 The slurry preparation process is a process in which a negative electrode active material (silicon or silicon compound), a binder, a conductive assistant, and a solvent are mixed to prepare a slurry. First, for example, a commercially available negative electrode active material is selected that has a predetermined ridge line to prepare a predetermined negative electrode active material. A binder having a COOX group is prepared. A binder having a carboxyl group may be ion-exchanged.
溶媒は、例えば、水である。導電助剤は、例えば、カーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、導電性酸化物などである。カーボン粉末は、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックである。金属微粉は、例えば、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等からなる微粉である。 The solvent is, for example, water. The conductive assistant is, for example, carbon powder, carbon nanotubes, carbon material, metal powder, a mixture of carbon material and metal powder, conductive oxide, etc. The carbon powder is, for example, carbon black, acetylene black, ketjen black. The metal powder is, for example, a powder made of copper, nickel, stainless steel, iron, etc.
次いで、負極活物質の比表面積S(m2/g)と負極活物質の重量waとバインダーの重量wbとが、0.5≦{wb/(wa+wb)}/S×100≦5.0の関係を満たすような比率で、負極活物質とバインダーとを混合する。負極活物質、導電助剤、バインダーの構成比率は、例えば、質量比で70wt%~99wt%:0wt%~10wt%:1wt%~20wt%である。これらの質量比は、全体で100wt%となるように調整される。 Next, the negative electrode active material and the binder are mixed in a ratio such that the specific surface area S (m 2 /g) of the negative electrode active material, the weight w a of the negative electrode active material, and the weight w b of the binder satisfy the relationship 0.5≦{w b /(w a +w b )}/S×100≦5.0. The composition ratio of the negative electrode active material, the conductive additive, and the binder is, for example, 70 wt % to 99 wt %: 0 wt % to 10 wt %: 1 wt % to 20 wt % in mass ratio. These mass ratios are adjusted to be 100 wt % in total.
負極活物質は、活物質粒子と導電性材料とをせん断力を加えながら混合し、複合化したものでもよい。活物質粒子が変質しない程度にせん断力を加えて混合すると、活物質粒子の表面が導電性材料で被覆される。また当該混合の程度により負極活物質の粒径を調整できる。また作製後の負極活物質を篩にかけて、粒径をそろえてもよい。 The negative electrode active material may be a composite obtained by mixing active material particles and a conductive material while applying a shear force. When the active material particles are mixed with a shear force to the extent that the active material particles are not altered, the surfaces of the active material particles are coated with the conductive material. The particle size of the negative electrode active material can be adjusted by adjusting the degree of mixing. The negative electrode active material may also be sieved after preparation to make the particle size uniform.
電極塗布工程は、負極集電体32の表面に、スラリーを塗布する工程である。スラリーの塗布方法は、特に制限はない。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法をスラリーの塗布方法として用いることができる。
The electrode coating process is a process of coating the surface of the negative electrode
乾燥工程は、スラリーから溶媒を除去する工程である。例えば、スラリーが塗布された負極集電体32を、60℃以上200℃以下の雰囲気下で乾燥させる。このような手順で、負極集電体32上に負極活物質層34が形成される。
The drying process is a process for removing the solvent from the slurry. For example, the negative electrode
圧延工程は、必要に応じて行われる。圧延工程は、負極活物質層34に圧力を加え、負極活物質層34の密度を調整する工程である。圧延工程は、例えば、ロールプレス装置等で行われる。
The rolling process is performed as necessary. The rolling process is a process in which pressure is applied to the negative electrode
正極20は、負極30と同様の手順で作製できる。セパレータ10及び外装体50は、市販のものを用いることができる。
The
次いで、作製した正極20及び負極30の間にセパレータ10が位置するようにこれらを積層して、発電素子40を作製する。発電素子40が捲回体の場合は、正極20、負極30及びセパレータ10の一端側を軸として、これらを捲回する。
Next, the prepared
最後に、発電素子40を外装体50に封入する。非水電解液は外装体50内に注入する。非水電解液を注入後に減圧、加熱等を行うことで、発電素子40内に非水電解液が含浸する。熱等を加えて外装体50を封止することで、リチウムイオン二次電池100が得られる。なお、外装体50に電解液を注入するのではなく、発電素子40を電解液に含浸してもよい。
Finally, the
第1実施形態にかかるリチウムイオン二次電池100は、高容量で、サイクル特性に優れる。第1実施形態にかかるリチウムイオン二次電池100の負極活物質は、稜線を有する不定形であり、負極活物質同士が最密充填しにくい。そのため、充放電時の体積膨張のための隙間が確保されており、電極崩壊が生じにくい。
The lithium ion
また第1実施形態にかかるリチウムイオン二次電池100は、バインダーがCOOX基を有し、負極活物質の比表面積に対して所定の量のバインダーが添加されているため、稜線部分においても十分な結着力を確保できる。負極活物質が不定形の場合、例えば、負極活物質の稜線に付着したバインダーと負極活物質との間に電解液が浸透しやすくなり、負極活物質とバインダーとの結着力を十分確保できない場合がある。バインダーがCOOX基を有し、負極活物質の比表面積に対して所定の量のバインダーが添加されていれば、負極活物質とバインダーとの結着力を十分確保できる。
In addition, in the lithium ion
また第1実施形態にかかるリチウムイオン二次電池100は、負極活物質の比表面積に対して添加されるバインダー量が想定より少なく、高容量である。負極活物質とバインダーとの結着力は、バインダーの量を増やせば高めることができる。しかしながら、バインダーは充放電に寄与しないため、負極におけるバインダー量が増えると、リチウムイオン二次電池の容量が小さくなる。不定形の負極活物質を用いる場合、バインダー量の添加量が増えることが想定されたが、想定より少ないバインダー量でもリチウムイオン二次電池100のサイクル特性を確保できた。
The lithium ion
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 The above describes the embodiments of the present invention in detail with reference to the drawings, but each configuration and their combinations in each embodiment are merely examples, and additions, omissions, substitutions, and other modifications of configurations are possible without departing from the spirit of the present invention.
「実施例1」
厚さ15μmのアルミニウム箔の一面に、正極スラリーを塗布した。正極スラリーは、正極活物質と導電助剤とバインダーと溶媒とを混合して作製した。
"Example 1"
A positive electrode slurry was applied to one surface of an aluminum foil having a thickness of 15 μm. The positive electrode slurry was prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive assistant, a binder, and a solvent.
正極活物質は、LixCoO2を用いた。導電助剤は、アセチレンブラックを用いた。バインダーは、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いた。溶媒は、N-メチル-2-ピロリドンを用いた。97質量部の正極活物質と、1質量部の導電助剤と、2質量部のバインダーと、70質量部の溶媒を混合して、正極スラリーを作製した。乾燥後の正極活物質層における正極活物質の担持量は、25mg/cm2とした。正極スラリーから乾燥炉内で溶媒を除去し、正極活物質層を作成した。正極活物質層をロールプレスで加圧し、正極を作製した。 The positive electrode active material was Li x CoO 2. The conductive assistant was acetylene black. The binder was polyvinylidene fluoride (PVDF). The solvent was N-methyl-2-pyrrolidone. 97 parts by mass of the positive electrode active material, 1 part by mass of the conductive assistant, 2 parts by mass of the binder, and 70 parts by mass of the solvent were mixed to prepare a positive electrode slurry. The amount of the positive electrode active material carried in the positive electrode active material layer after drying was set to 25 mg/cm 2. The solvent was removed from the positive electrode slurry in a drying furnace to prepare a positive electrode active material layer. The positive electrode active material layer was pressed with a roll press to prepare a positive electrode.
次いで、厚さ10μmの銅箔の一面に、負極スラリーを塗布した。負極スラリーは、負極活物質と導電助剤とバインダーと溶媒とを混合して作製した。 Next, the negative electrode slurry was applied to one side of the 10 μm thick copper foil. The negative electrode slurry was prepared by mixing the negative electrode active material, the conductive additive, the binder, and the solvent.
負極活物質は、表面に稜線を有する平均粒径が3μmのシリコンとした。導電助剤は、カーボンブラックを用いた。バインダーは、ポリエチレンオキサイドと、カルボキシル基のHがLiに置換されたポリアクリル酸と2:8の比率した混合したものを用いた。 The negative electrode active material was silicon with an average particle size of 3 μm and ridges on the surface. Carbon black was used as the conductive additive. The binder was a mixture of polyethylene oxide and polyacrylic acid in which the H in the carboxyl group was replaced with Li in a ratio of 2:8.
溶媒は、水を用いた。90質量部の負極活物質と、5質量部の導電助剤と、5質量部のバインダーとを、水に混合して、負極スラリーを作製した。乾燥後の負極活物質層における負極活物質の担持量は、2.5mg/cm2とした。負極スラリーから乾燥炉内で溶媒を除去し、負極活物質層を作製した。負極活物質層は、ロールプレスで加圧した後、窒素雰囲気下、150℃以上で5時間処理し、乾燥させた。負極活物質の比表面積S(m2/g)と負極活物質の重量waとバインダーの重量wbとは、{wb/(wa+wb)}/S×100=0.50であった。 Water was used as the solvent. 90 parts by mass of the negative electrode active material, 5 parts by mass of the conductive assistant, and 5 parts by mass of the binder were mixed with water to prepare a negative electrode slurry. The amount of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer after drying was 2.5 mg/cm 2. The solvent was removed from the negative electrode slurry in a drying furnace to prepare a negative electrode active material layer. The negative electrode active material layer was pressed with a roll press, and then treated at 150° C. or higher for 5 hours in a nitrogen atmosphere and dried. The specific surface area S (m 2 /g) of the negative electrode active material, the weight w a of the negative electrode active material, and the weight w b of the binder were {w b /(w a +w b )}/S×100=0.50.
次いで、電解液を作製した。溶媒は、質量比でフルオロエチレンカーボネート(FEC):ジエチルカーボネート(DEC)=11:89となるように混合したものを用いた。電解塩は、LiPF6を用いた。LiPF6の濃度は1mol/Lとした。 Next, an electrolyte solution was prepared. The solvent was a mixture of fluoroethylene carbonate (FEC):diethyl carbonate (DEC) = 11:89 by mass ratio. LiPF 6 was used as the electrolyte salt. The concentration of LiPF 6 was 1 mol/L.
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
作製した負極と正極とを、正極活物質層と負極活物質層とが互いに対向するように、セパレータ(多孔質ポリエチレンシート)を介して積層して積層体を得た。積層体の負極に、ニッケル製の負極リードを取り付けた。積層体の正極に、アルミニウム製の正極リードを取り付けた。正極リード及び負極リードは、超音波溶接機によって溶接した。この積層体を、アルミラミネートフィルムの外装体内に挿入して周囲の1箇所を除いてヒートシールすることにより閉口部を形成した。そして、最後に、外装体内に上記電解液を注入した後に、残りの1箇所を真空シール機によって減圧しながらヒートシールで密封して、リチウムイオン二次電池を作製した。
(Preparation of Lithium-Ion Secondary Battery for Evaluation)
The prepared negative electrode and positive electrode were laminated with a separator (porous polyethylene sheet) between them so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer faced each other to obtain a laminate. A nickel negative electrode lead was attached to the negative electrode of the laminate. An aluminum positive electrode lead was attached to the positive electrode of the laminate. The positive electrode lead and the negative electrode lead were welded by an ultrasonic welding machine. This laminate was inserted into an exterior body of an aluminum laminate film and heat-sealed except for one place around the periphery to form a closed portion. Finally, the above-mentioned electrolyte was injected into the exterior body, and the remaining one place was sealed by heat sealing while reducing the pressure with a vacuum sealer to produce a lithium ion secondary battery.
(500サイクル後容量維持率の測定)
リチウムイオン二次電池のサイクル特性を測定した。サイクル特性は、二次電池充放電試験装置(北斗電工株式会社製)を用いて行った。
(Measurement of capacity retention rate after 500 cycles)
The cycle characteristics of the lithium ion secondary battery were measured using a secondary battery charge/discharge tester (manufactured by Hokuto Denko Corporation).
充電レート0.5C(25℃で定電流充電を行ったときに1時間で充電終了となる電流値)の定電流充電で電池電圧が4.2Vとなるまで定電流定電圧充電(CC-CV充電)を行い、放電レート1.0Cの定電流放電で電池電圧が2.5Vとなるまで放電を行った(CC放電)。充放電終了後の放電容量を検出し、サイクル試験前の電池容量Q1を求めた。 The battery was charged at a constant current of 0.5 C (a current value at which charging at a constant current of 25° C. is completed in 1 hour) at a constant current rate of 0.5 C (CC-CV charging) until the battery voltage reached 4.2 V, and then discharged at a constant current rate of 1.0 C until the battery voltage reached 2.5 V (CC discharge). The discharge capacity after charging and discharging was detected to determine the battery capacity Q1 before the cycle test.
上記で電池容量Q1を求めた電池を、再び二次電池充放電試験装置を用い、充電レート0.5Cの定電流定電圧充電で電池電圧が4.2Vとなるまで充電を行い、放電レート1.0Cの定電流放電で電池電圧が2.5Vとなるまで放電を行った。上記充放電を1サイクルとカウントし、500サイクルの充放電を行った。その後、500サイクル充放電終了後の放電容量を検出し、500サイクル後の電池容量Q2を求めた。 The battery whose battery capacity Q1 was determined above was charged again using a secondary battery charge/discharge tester at a constant current and constant voltage charge rate of 0.5 C until the battery voltage reached 4.2 V, and discharged at a constant current discharge rate of 1.0 C until the battery voltage reached 2.5 V. The above charge/discharge was counted as one cycle, and 500 charge/discharge cycles were performed. Thereafter, the discharge capacity after the completion of 500 charge/discharge cycles was detected, and the battery capacity Q2 after 500 cycles was determined.
上記で求めた容量Q1、Q2から、500サイクル後の容量維持率Eを求めた。容量維持率Eは、E=Q2/Q1×100 で求められる。実施例1の容量維持率は、71%であった。
The capacity retention rate E after 500 cycles was calculated from the capacities Q1 and Q2 obtained above. The capacity retention rate E is calculated by E = Q2 / Q1
またサイクル試験前の電池容量Q1を負極活物質層の重量で割って、負極活物質層1g当たりの容量(mAh)を求めた。 In addition, the battery capacity Q1 before the cycle test was divided by the weight of the negative electrode active material layer to obtain the capacity (mAh) per 1 g of the negative electrode active material layer.
「実施例2~4」
実施例2~4は、負極活物質の比表面積S(m2/g)と負極活物質の重量waとバインダーの重量wbとの関係を変更した点が実施例1と異なる。これらの関係は、負極活物質の比表面積、負極活物質及びバインダーの添加量を変更することで、変更した。実施例2~4において、その他の条件は実施例1と同じとして、負極活物質層1g当たりの容量(mAh)及び容量維持率を求めた。
"Examples 2 to 4"
Examples 2 to 4 differ from Example 1 in that the relationship between the specific surface area S (m 2 /g) of the negative electrode active material, the weight w a of the negative electrode active material, and the weight w b of the binder was changed. These relationships were changed by changing the specific surface area of the negative electrode active material, and the amounts of the negative electrode active material and binder added. In Examples 2 to 4, the capacity (mAh) per 1 g of the negative electrode active material layer and the capacity retention rate were obtained under the same other conditions as in Example 1.
「実施例5,6」
実施例5,6は、負極のバインダーをポリエチレンオキサイドと、カルボキシル基のHがNa又はKに置換されたポリアクリル酸とを2:8の比率した混合したものを用いた点が、実施例1と異なる。実施例5は置換元素をNaとし、実施例6は置換元素をKとした。実施例5,6において、その他の条件は実施例1と同じとして、負極活物質層1g当たりの容量(mAh)及び容量維持率を求めた。
"Examples 5 and 6"
Examples 5 and 6 differ from Example 1 in that the negative electrode binder used was a mixture of polyethylene oxide and polyacrylic acid in which H in the carboxyl group was substituted with Na or K in a ratio of 2:8. The substituting element in Example 5 was Na, and the substituting element in Example 6 was K. In Examples 5 and 6, the other conditions were the same as in Example 1, and the capacity (mAh) and capacity retention rate per 1 g of the negative electrode active material layer were obtained.
「実施例7」
実施例7は、負極のバインダーをポリエチレンオキサイドと、カルボキシル基のHがLiに置換されたポリ(エチレン-マレイン酸)とを2:8の比率した混合したものを用いた点が、実施例1と異なる。実施例7において、その他の条件は実施例1と同じとして、負極活物質層1g当たりの容量(mAh)及び容量維持率を求めた。
"Example 7"
Example 7 differs from Example 1 in that the negative electrode binder used was a mixture of polyethylene oxide and poly(ethylene-maleic acid) in which H of a carboxyl group was substituted with Li at a ratio of 2:8. In Example 7, the other conditions were the same as in Example 1, and the capacity (mAh) and capacity retention rate per 1 g of the negative electrode active material layer were determined.
「実施例8~13」
実施例8~13は、負極のバインダーをポリエチレンオキサイドと、カルボキシル基のHが置換されたカルボキシメチルセルロースとを2:8の比率した混合したものを用いた点が、実施例1~7のそれぞれと異なる。実施例8~13において、その他の条件は実施例1と同じとして、負極活物質層1g当たりの容量(mAh)及び容量維持率を求めた。
"Examples 8 to 13"
Examples 8 to 13 differ from Examples 1 to 7 in that a mixture of polyethylene oxide and carboxymethyl cellulose in which H of a carboxyl group is substituted, in a ratio of 2:8, was used as the negative electrode binder. In Examples 8 to 13, the other conditions were the same as in Example 1, and the capacity (mAh) and capacity retention rate per 1 g of the negative electrode active material layer were determined.
「比較例1、2」
比較例1、2は、負極活物質の比表面積S(m2/g)と負極活物質の重量waとバインダーの重量wbとの関係を変更した点が実施例1と異なる。これらの関係は、負極活物質の比表面積、負極活物質及びバインダーの添加量を変更することで、変更した。比較例1、2において、その他の条件は実施例1と同じとして、負極活物質層1g当たりの容量(mAh)及び容量維持率を求めた。
"Comparative Examples 1 and 2"
Comparative Examples 1 and 2 differ from Example 1 in that the relationship between the specific surface area S ( m2 /g) of the negative electrode active material, the weight w a of the negative electrode active material, and the weight w b of the binder was changed. These relationships were changed by changing the specific surface area of the negative electrode active material, and the amounts of the negative electrode active material and binder added. In Comparative Examples 1 and 2, the capacity (mAh) per 1 g of the negative electrode active material layer and the capacity retention rate were obtained under the same other conditions as in Example 1.
「比較例3」
比較例3は、負極のバインダーをポリエチレンオキサイドと、カルボキシル基が置換されていないポリアクリル酸とを2:8の比率した混合したものを用いた点が、実施例2と異なる。比較例3において、その他の条件は実施例2と同じとして、負極活物質層1g当たりの容量(mAh)及び容量維持率を求めた。
"Comparative Example 3"
Comparative Example 3 differs from Example 2 in that a negative electrode binder was used that was a mixture of polyethylene oxide and polyacrylic acid not substituted with a carboxyl group in a ratio of 2:8. In Comparative Example 3, the other conditions were the same as in Example 2, and the capacity (mAh) and capacity retention rate per 1 g of the negative electrode active material layer were determined.
「比較例4」
比較例4は、表面に稜線を有さないシリコンを負極活物質とした点が実施例2と異なる。比較例3において、その他の条件は実施例2と同じとして、負極活物質層1g当たりの容量(mAh)及び容量維持率を求めた。
"Comparative Example 4"
Comparative Example 4 differs from Example 2 in that silicon having no ridges on its surface was used as the negative electrode active material. In Comparative Example 3, the other conditions were the same as in Example 2, and the capacity (mAh) and capacity retention rate per 1 g of the negative electrode active material layer were determined.
実施例1~13及び比較例1~4の結果を表1にまとめた。表1におけるXは、COOH基のHを置換する置換イオンを示す。 The results of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 4 are summarized in Table 1. X in Table 1 indicates the substitution ion that replaces the H of the COOH group.
実施例1~13は、いずれも比較例1~4と比較して容量維持率が高かった。また想定より少ないバインダー量でもサイクル特性が良好であり、単位質量当たりの容量が高かった。 All of Examples 1 to 13 had a higher capacity retention rate than Comparative Examples 1 to 4. In addition, even with a smaller binder amount than expected, the cycle characteristics were good and the capacity per unit mass was high.
1 負極活物質
2 稜線
10 セパレータ
20 正極
22 正極集電体
24 正極活物質層
30 負極
32 負極集電体
34 負極活物質層
40 発電素子
50 外装体
52 金属箔
54 樹脂層
60、62 端子
100 リチウムイオン二次電池
Reference Signs List 1 Negative electrode active material 2
Claims (3)
バインダーと、を備え、
前記バインダーは、COOX基を有し、
Xは、Li、Na、Kからなる群から選択されるいずれかであり、
前記負極活物質の比表面積S(m2/g)と、前記負極活物質の重量waと、前記バインダーの重量wbとが、0.5≦{wb/(wa+wb)}/S×100≦5.0の関係を満たす、リチウムイオン二次電池用負極。 a negative electrode active material containing silicon and having a ridge on its surface;
A binder;
The binder has a COOX group,
X is any one selected from the group consisting of Li, Na, and K;
a specific surface area S ( m2 /g) of the negative electrode active material, a weight w a of the negative electrode active material, and a weight w b of the binder satisfy the relationship: 0.5≦{w b /(w a +w b )}/S×100≦5.0.
前記負極は、請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用負極である、リチウムイオン二次電池。 A battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte;
The negative electrode is the negative electrode for lithium ion secondary batteries according to claim 2 .
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