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JP7600636B2 - Anode for lithium secondary battery, lithium secondary battery, method for manufacturing anode for lithium secondary battery, and method for manufacturing lithium secondary battery - Google Patents

Anode for lithium secondary battery, lithium secondary battery, method for manufacturing anode for lithium secondary battery, and method for manufacturing lithium secondary battery Download PDF

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JP7600636B2
JP7600636B2 JP2020193872A JP2020193872A JP7600636B2 JP 7600636 B2 JP7600636 B2 JP 7600636B2 JP 2020193872 A JP2020193872 A JP 2020193872A JP 2020193872 A JP2020193872 A JP 2020193872A JP 7600636 B2 JP7600636 B2 JP 7600636B2
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Description

本発明は、リチウム二次電池用の負極、リチウム二次電池、リチウム二次電池用の負極の製造方法及び、リチウム二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a negative electrode for a lithium secondary battery, a lithium secondary battery, a method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery, and a method for manufacturing a lithium secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、飛行機等の飛行体、通信端末等の電子機器、自動車等に多用されている。上記リチウムイオン二次電池は、一般的には、セパレータで電気的に隔離された一対の電極と、この電極間に介在する非水電解質とを有し、両電極間での受け渡しを行うことで充放電するよう構成される。 Because of their high energy density, lithium ion secondary batteries are widely used in personal computers, aircraft and other flying objects, electronic devices such as communication terminals, automobiles, etc. The lithium ion secondary battery generally has a pair of electrodes electrically isolated by a separator and a non-aqueous electrolyte interposed between the electrodes, and is configured to charge and discharge by transferring electricity between the two electrodes.

近年、リチウムイオン二次電池の高容量化に向けて、負極の高容量化が求められている。リチウム金属は、現在リチウムイオン二次電池の負極活物質として広く用いられている黒鉛と比較すると活物質質量あたりの放電容量が著しく大きい。すなわち、黒鉛の質量あたりの理論容量は372mAh/gであるが、リチウム金属の質量あたりの理論容量は3860mAh/gであり、著しく大きい。このため、負極活物質としてリチウム金属を用いたリチウム二次電池が提案されている(特開2011-124154号公報参照)。 In recent years, there has been a demand for higher capacity negative electrodes in order to increase the capacity of lithium ion secondary batteries. Lithium metal has a significantly higher discharge capacity per active material mass than graphite, which is currently widely used as the negative electrode active material in lithium ion secondary batteries. That is, while the theoretical capacity per mass of graphite is 372 mAh/g, the theoretical capacity per mass of lithium metal is 3860 mAh/g, which is significantly larger. For this reason, lithium secondary batteries using lithium metal as the negative electrode active material have been proposed (see JP 2011-124154 A).

特開2011-124154号公報JP 2011-124154 A

しかしながら、負極活物質にリチウム金属が用いられたリチウム二次電池においては、充電の際に負極表面でリチウム金属が樹枝状に析出することがある(以下、樹枝状の形態をしたリチウム金属を「デンドライト」という。)。このデンドライトが成長すると、セパレータを貫通して正極と接触し、短絡を引き起こすおそれがある。 However, in lithium secondary batteries that use lithium metal as the negative electrode active material, lithium metal may precipitate in a dendritic form on the surface of the negative electrode during charging (hereinafter, lithium metal in a dendritic form is referred to as "dendrite"). When this dendrite grows, it may penetrate the separator and come into contact with the positive electrode, causing a short circuit.

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、リチウム二次電池における短絡発生を抑制できるリチウム二次電池用の負極を提供することを目的とする。 The present invention was made based on the above circumstances, and aims to provide a negative electrode for a lithium secondary battery that can suppress the occurrence of short circuits in the lithium secondary battery.

本発明の一側面は、負極基材層と上記負極基材層の表面に直接又は間接に積層されている第1コート層とを備え、上記第1コート層がフッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有し、上記第1コート層の表面のX線光電子分光法によるスペクトルにおいて、P2Pのピーク位置が135eV以上であるリチウム二次電池用の負極である。 One aspect of the present invention is an anode for a lithium secondary battery, comprising an anode substrate layer and a first coating layer laminated directly or indirectly on a surface of the anode substrate layer, the first coating layer containing a phosphorus compound containing fluorine atoms and oxygen atoms, and a P2P peak position in an X-ray photoelectron spectroscopy spectrum of the surface of the first coating layer is 135 eV or higher.

本発明の他の一側面は、フッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有する第1コート層形成材料の塗工により、負極基材層の表面に直接又は間接に第1コート層を積層することを備え、上記第1コート層の表面のX線光電子分光法によるスペクトルにおいて、P2Pのピーク位置が135eV以上であるリチウム二次電池用の負極の製造方法である。 Another aspect of the present invention is a method for producing a negative electrode for a lithium secondary battery, comprising laminating a first coating layer directly or indirectly on a surface of a negative electrode base material layer by coating a first coating layer-forming material containing a phosphorus compound containing fluorine atoms and oxygen atoms, wherein the surface of the first coating layer has a P2P peak position of 135 eV or higher in a spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy.

本発明の一側面に係るリチウム二次電池用の負極によれば、リチウム二次電池における短絡発生を抑制できる。 The negative electrode for a lithium secondary battery according to one aspect of the present invention can suppress the occurrence of short circuits in the lithium secondary battery.

図1は、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池を示す外観斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池を複数個集合して構成した蓄電装置を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an electricity storage device formed by assembling a plurality of lithium secondary batteries according to one embodiment of the present invention.

初めに、本明細書によって開示されるリチウム二次電池の負極、リチウム二次電池、リチウム二次電池の負極の製造方法及びリチウム二次電池の製造方法の概要について説明する。 First, an overview of the negative electrode of a lithium secondary battery, the lithium secondary battery, the method for manufacturing the negative electrode of a lithium secondary battery, and the method for manufacturing a lithium secondary battery disclosed in this specification will be described.

本発明の一側面は、負極基材層と上記負極基材層の表面に直接又は間接に積層されている第1コート層とを備え、上記第1コート層がフッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有し、上記第1コート層の表面のX線光電子分光法によるスペクトルにおいて、P2Pのピーク位置が135eV以上であるリチウム二次電池用の負極である。 One aspect of the present invention is an anode for a lithium secondary battery, comprising an anode substrate layer and a first coating layer laminated directly or indirectly on a surface of the anode substrate layer, the first coating layer containing a phosphorus compound containing fluorine atoms and oxygen atoms, and a P2P peak position in an X-ray photoelectron spectroscopy spectrum of the surface of the first coating layer is 135 eV or higher.

当該リチウム二次電池用の負極によれば、リチウム二次電池における短絡発生を抑制できる。この理由は定かではないが、以下の理由が推測される。一般に、リチウム二次電池において非水電解質として非水電解液を用いると、リチウム金属の析出サイトについて自由度が高く、析出サイトの不均一性に対応してリチウム金属が析出しやすいサイトへ電流が集中しやすい。これにより、充電時に負極表面においてデンドライトの成長が促進されるため、短絡が早期に生じるおそれがある。また、このデンドライトは、続く放電時に負極表面のリチウム金属が溶解することによって電気的に孤立化も生じやすくなる。これに対し、当該リチウム二次電池用の負極は、フッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有する第1コート層を負極基材層の表面に直接又は間接に備え、上記第1コート層の表面のX線光電子分光法によるスペクトルにおいて、P2Pのピーク位置が135eV以上であることで、第1コート層が上記リン化合物の供給源として働き、充放電サイクルに伴って、負極表面における被膜が消費されると、上記第1コート層から必要量の上記リン化合物が溶解して被膜を形成し、常に負極表面において良好な被膜が維持される。その結果、デンドライトの成長が抑制されて、短絡の発生が遅延することになると考えられる。また、負極基材層の表面に予め、上記第1コート層を直接又は間接に形成することで、リチウム金属が析出することによるデンドライトの正極方向への成長が物理的に抑制される。その結果、デンドライトの成長が抑制され、短絡の発生が遅延すると考えられる。従って、当該リチウム二次電池用の負極は、リチウム二次電池における短絡発生を抑制できる。 According to the negative electrode for lithium secondary batteries, the occurrence of short circuits in lithium secondary batteries can be suppressed. The reason is unclear, but the following reason is presumed. In general, when a non-aqueous electrolyte is used as a non-aqueous electrolyte in a lithium secondary battery, the degree of freedom of the lithium metal deposition site is high, and current tends to concentrate on the site where lithium metal is likely to deposit in response to the non-uniformity of the deposition site. This promotes the growth of dendrites on the surface of the negative electrode during charging, which may cause a short circuit early. In addition, the dendrites are also likely to be electrically isolated by dissolving the lithium metal on the surface of the negative electrode during subsequent discharge. In contrast, the negative electrode for the lithium secondary battery includes a first coating layer containing a phosphorus compound containing fluorine atoms and oxygen atoms directly or indirectly on the surface of the negative electrode substrate layer, and in the spectrum of the surface of the first coating layer by X-ray photoelectron spectroscopy, the peak position of P 2P is 135 eV or more, so that the first coating layer acts as a supply source of the phosphorus compound, and when the coating on the negative electrode surface is consumed with the charge/discharge cycle, a necessary amount of the phosphorus compound is dissolved from the first coating layer to form a coating, and a good coating is always maintained on the negative electrode surface. As a result, it is considered that the growth of dendrites is suppressed and the occurrence of short circuits is delayed. In addition, by forming the first coating layer directly or indirectly on the surface of the negative electrode substrate layer in advance, the growth of dendrites toward the positive electrode due to the precipitation of lithium metal is physically suppressed. As a result, it is considered that the growth of dendrites is suppressed and the occurrence of short circuits is delayed. Therefore, the negative electrode for the lithium secondary battery can suppress the occurrence of short circuits in the lithium secondary battery.

本願発明において、「リチウム二次電池」とは、非水電解質を介して正極及び負極間でリチウムイオンの授受が行われる二次電池であって、負極活物質としてリチウム金属を用いたものをいう。なお、本開示の「リチウム二次電池」には、リチウム空気電池も含まれる。 In the present invention, a "lithium secondary battery" refers to a secondary battery in which lithium ions are exchanged between a positive electrode and a negative electrode via a non-aqueous electrolyte, and which uses lithium metal as the negative electrode active material. Note that the "lithium secondary battery" disclosed herein also includes a lithium-air battery.

当該リチウム二次電池用の負極においては、上記負極基材層と上記第1コート層との間、かつ上記負極基材層の表面に直接又は間接に積層されている第2コート層を備え、上記第2コート層が金、スズ、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、白金、これらのいずれかを含むリチウム合金、カーボンナノチューブのうちの少なくとも1つを主成分とすることが好ましい。当該リチウム二次電池用の負極が、上記負極基材層と上記第1コート層との間、かつ上記負極基材層の表面に金、スズ、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、白金、これらのいずれかを含むリチウム合金、カーボンナノチューブのうちの少なくとも1つを主成分とする第2コート層をさらに備えることで、リチウム二次電池における短絡発生をより抑制できる。この理由は定かではないが、以下の理由が推測される。当該リチウム二次電池用の負極は、上述のように、フッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有する第1コート層を負極基材層の表面に直接又は間接に備えることで、常に負極表面において良好な被膜が維持され、被膜抵抗の不均一性に起因する電流集中が軽減される。さらに、上記負極基材層と上記第1コート層との間、かつ上記負極基材層の表面に直接又は間接に上記金、スズ、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、白金、これらのいずれかを含むリチウム合金、カーボンナノチューブのうちの少なくとも1つを主成分とする第2コート層を被覆することで、これらの第2コート層の成分がリチウム金属の析出サイトとして作用するため、より電流集中が低減されることになる。また、当該リチウム二次電池用の負極が第1コート層により安定な被膜が維持されていることで、リチウム金属の孤立化が起こりにくく、上記成分の析出サイトとしての役割が長期的に持続すると考えられる。従って、当該リチウム二次電池用の負極が第1コート層と第2コート層とを組み合わせて備えることで、短絡発生をより抑制すると推測される。ここで、「主成分」とは、最も含有量の多い成分を意味し、総質量に対して50質量%以上含まれる成分をいう。 In the negative electrode for the lithium secondary battery, a second coating layer is provided between the negative electrode substrate layer and the first coating layer, and is laminated directly or indirectly on the surface of the negative electrode substrate layer, and the second coating layer is preferably composed mainly of at least one of gold, tin, zinc, magnesium, aluminum, platinum, a lithium alloy containing any of these, and carbon nanotubes. By further providing a second coating layer composed mainly of at least one of gold, tin, zinc, magnesium, aluminum, platinum, a lithium alloy containing any of these, and carbon nanotubes between the negative electrode substrate layer and the first coating layer, and on the surface of the negative electrode substrate layer, the occurrence of a short circuit in the lithium secondary battery can be further suppressed. The reason for this is unclear, but the following reason is presumed. As described above, the negative electrode for the lithium secondary battery has a first coating layer containing a phosphorus compound containing fluorine atoms and oxygen atoms directly or indirectly on the surface of the negative electrode substrate layer, so that a good coating is always maintained on the negative electrode surface, and current concentration due to non-uniformity of the coating resistance is reduced. Furthermore, by coating the negative electrode substrate layer and the first coating layer and the surface of the negative electrode substrate layer directly or indirectly with a second coating layer mainly composed of at least one of the gold, tin, zinc, magnesium, aluminum, platinum, a lithium alloy containing any of these, and carbon nanotubes, the components of the second coating layer act as a precipitation site for lithium metal, thereby further reducing current concentration. In addition, since the negative electrode for the lithium secondary battery maintains a stable coating due to the first coating layer, it is believed that isolation of lithium metal is unlikely to occur and the role of the above-mentioned components as a precipitation site will continue for a long time. Therefore, it is presumed that the negative electrode for the lithium secondary battery has a combination of the first coating layer and the second coating layer to further suppress the occurrence of short circuits. Here, the "main component" means the component with the highest content, and refers to a component contained in 50 mass% or more of the total mass.

当該負極は、上記負極基材層と上記第1コート層との間に積層されているリチウム金属層を備えることが好ましい。上記リチウム金属層は、負極活物質層として機能するとともに、デンドライトの電気的な孤立化によって充放電に寄与できなくなったリチウムに相当する電気量を補うリチウム補給層としても機能することができる。 The negative electrode preferably includes a lithium metal layer laminated between the negative electrode substrate layer and the first coating layer. The lithium metal layer functions as a negative electrode active material layer and can also function as a lithium supply layer that compensates for the amount of electricity that is equivalent to lithium that cannot contribute to charging and discharging due to electrical isolation of dendrites.

当該負極は、上記負極基材層と上記第2コート層との間、上記第1コート層と上記第2コート層との間、又はこれらの組み合わせに積層されているリチウム金属層を備えることが好ましい。当該負極が上記リチウム金属層を備えることにより、デンドライトの電気的な孤立化によって充放電に寄与できなくなったリチウムに相当する電気量を、上記リチウム金属層によって補うことができる。 The negative electrode preferably includes a lithium metal layer laminated between the negative electrode substrate layer and the second coating layer, between the first coating layer and the second coating layer, or a combination of these. By including the lithium metal layer in the negative electrode, the amount of electricity corresponding to lithium that can no longer contribute to charging and discharging due to electrical isolation of dendrites can be compensated for by the lithium metal layer.

当該リチウム二次電池は当該負極を備える。当該リチウム二次電池が当該負極を備えるので、短絡発生が抑制される。当該リチウム二次電池は、従来からの課題であった短絡発生による充放電サイクル寿命低下に対する改善効果が高い。従って、当該リチウム二次電池は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の自動車用電源、飛行機、ドローン等の飛行体用電源、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器用電源、又は電力貯蔵用電源等、種々の電源に好適である。中でも、当該リチウム二次電池は、飛行体用電源に対して特に要求される極めて高い質量エネルギー密度と、十分な充放電サイクル性能とを兼ね備えることから、飛行体電源用として特に好適である。 The lithium secondary battery includes the negative electrode. Since the lithium secondary battery includes the negative electrode, the occurrence of short circuits is suppressed. The lithium secondary battery is highly effective in improving the charge/discharge cycle life reduction caused by the occurrence of short circuits, which has been a problem in the past. Therefore, the lithium secondary battery is suitable for various power sources, such as power sources for automobiles such as electric vehicles (EVs), hybrid vehicles (HEVs), and plug-in hybrid vehicles (PHEVs), power sources for flying objects such as airplanes and drones, power sources for electronic devices such as personal computers and communication terminals, and power storage power sources. In particular, the lithium secondary battery is particularly suitable as a power source for flying objects because it combines the extremely high mass energy density that is particularly required for a power source for flying objects with sufficient charge/discharge cycle performance.

本発明の他の一側面は、フッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有する第1コート層形成材料の塗工により、負極基材層の表面に直接又は間接に第1コート層を積層することを備え、上記第1コート層の表面のX線光電子分光法によるスペクトルにおいて、P2Pのピーク位置が135eV以上であるリチウム二次電池用の負極の製造方法である。当該リチウム二次電池用の負極の製造方法は、負極基材層の表面にフッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有する第1コート層形成材料の塗工により、上記負極基材層の表面に直接又は間接に第1コート層が積層され、上記第1コート層の表面のX線光電子分光法によるスペクトルにおいて、P2Pのピーク位置が135eV以上であることで、常に負極表面において良好な被膜が維持される結果、デンドライトの成長が抑制されて、短絡の発生が遅延することになると考えられる。従って、当該リチウム二次電池用の負極の製造方法は、リチウム二次電池における短絡発生を抑制できるリチウム二次電池用の負極を製造できる。 Another aspect of the present invention is a method for manufacturing an anode for a lithium secondary battery, comprising laminating a first coating layer directly or indirectly on the surface of an anode substrate layer by coating a first coating layer forming material containing a phosphorus compound containing fluorine atoms and oxygen atoms, and the first coating layer has a P 2P peak position of 135 eV or more in a spectrum by X-ray photoelectron spectroscopy on the surface of the first coating layer. In the method for manufacturing an anode for a lithium secondary battery, a first coating layer is laminated directly or indirectly on the surface of the anode substrate layer by coating a first coating layer forming material containing a phosphorus compound containing fluorine atoms and oxygen atoms on the surface of the anode substrate layer, and the P 2P peak position is 135 eV or more in a spectrum by X-ray photoelectron spectroscopy on the surface of the first coating layer. As a result, a good coating is always maintained on the anode surface, and the growth of dendrites is suppressed, and the occurrence of a short circuit is delayed. Therefore, the method for manufacturing an anode for a lithium secondary battery can manufacture an anode for a lithium secondary battery that can suppress the occurrence of a short circuit in the lithium secondary battery.

当該リチウム二次電池の製造方法は、当該負極、又は当該負極の製造方法により得られた負極を用いてリチウム二次電池を作製することを備える。当該リチウム二次電池の製造方法が、当該負極、又は当該負極の製造方法により得られた負極を用いてリチウム二次電池を作製することを備えるので、短絡発生が抑制されたリチウム二次電池を製造できる。 The method for producing the lithium secondary battery includes producing a lithium secondary battery using the negative electrode or a negative electrode obtained by the method for producing the negative electrode. Since the method for producing the lithium secondary battery includes producing a lithium secondary battery using the negative electrode or a negative electrode obtained by the method for producing the negative electrode, a lithium secondary battery in which the occurrence of short circuits is suppressed can be produced.

以下、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池用の負極の構成、リチウム二次電池の構成、及びリチウム二次電池用の負極の製造方法、リチウム二次電池の製造方法、並びにその他の実施形態について詳述する。なお、各実施形態に用いられる各構成部材(各構成要素)の名称は、背景技術に用いられる各構成部材(各構成要素)の名称と異なる場合がある。 The configuration of the negative electrode for a lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention, the configuration of the lithium secondary battery, and the manufacturing method of the negative electrode for a lithium secondary battery, as well as other embodiments, will be described in detail below. Note that the names of the components (elements) used in each embodiment may differ from the names of the components (elements) used in the background art.

<リチウム二次電池用の負極>
本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池用の負極は、負極基材層と上記負極基材層の表面に直接又は間接に積層されている第1コート層とを備える。
<Negative electrode for lithium secondary battery>
A negative electrode for a lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention comprises a negative electrode substrate layer and a first coating layer laminated directly or indirectly on a surface of the negative electrode substrate layer.

(負極基材層)
負極基材層は、導電性を有する。「導電性」を有するか否かは、JIS-H-0505(1975年)に準拠して測定される体積抵抗率が10Ω・cmを閾値として判定する。負極基材層の材質としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属又はこれらの合金、炭素質材料等が用いられる。これらの中でも銅又は銅合金が好ましい。負極基材層としては、箔、蒸着膜、メッシュ、多孔質材料等が挙げられ、コストの観点から箔が好ましい。したがって、負極基材層としては銅箔又は銅合金箔が好ましい。銅箔の例としては、圧延銅箔、電解銅箔等が挙げられる。
(Negative electrode substrate layer)
The negative electrode substrate layer has electrical conductivity. Whether or not it has "electrical conductivity" is judged by using a volume resistivity of 10 7 Ω·cm measured in accordance with JIS-H-0505 (1975) as a threshold value. As the material of the negative electrode substrate layer, metals such as copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel, or alloys thereof, carbonaceous materials, etc. are used. Among these, copper or copper alloys are preferred. As the negative electrode substrate layer, foil, vapor deposition film, mesh, porous material, etc. are mentioned, and foil is preferred from the viewpoint of cost. Therefore, copper foil or copper alloy foil is preferred as the negative electrode substrate layer. Examples of copper foil include rolled copper foil and electrolytic copper foil.

負極基材層の平均厚さは、2μm以上35μm以下が好ましく、3μm以上30μm以下がより好ましく、4μm以上25μm以下がさらに好ましく、5μm以上20μm以下が特に好ましい。負極基材層の平均厚さを上記の範囲とすることで、負極基材層の強度を高めつつ、リチウム二次電池の体積当たりのエネルギー密度を高めることができる。 The average thickness of the negative electrode substrate layer is preferably 2 μm or more and 35 μm or less, more preferably 3 μm or more and 30 μm or less, even more preferably 4 μm or more and 25 μm or less, and particularly preferably 5 μm or more and 20 μm or less. By setting the average thickness of the negative electrode substrate layer within the above range, it is possible to increase the strength of the negative electrode substrate layer while increasing the energy density per volume of the lithium secondary battery.

(第1コート層)
第1コート層は、上記負極基材層の表面に直接又は間接に積層される。上記第1コート層は、フッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有する。
(First Coating Layer)
The first coating layer is laminated directly or indirectly on the surface of the negative electrode substrate layer, and contains a phosphorus compound containing fluorine atoms and oxygen atoms.

上記フッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物としては、例えばリチウムジフルオロホスフェート(LiDFP)、リチウムテトラフルオロオキサレートホスフェート、リチウムジフルオロビスオキサレートホスフェート、リチウム(フルオロスルホニル)(ジフルオロホスホリル)イミド等が挙げられる。 Examples of the phosphorus compounds containing fluorine atoms and oxygen atoms include lithium difluorophosphate (LiDFP), lithium tetrafluorooxalate phosphate, lithium difluorobisoxalate phosphate, and lithium (fluorosulfonyl) (difluorophosphoryl) imide.

上記第1コート層の表面のX線光電子分光法によるスペクトルにおけるP2Pのピーク位置の下限としては、135eVであり、136eVが好ましい。一方、上記P2Pのピーク位置の上限としては、138eVが好ましく、137eVがより好ましい。フッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有する第1コート層の表面のX線光電子分光法によるスペクトルにおけるP2Pのピーク位置が上記範囲であることで、第1コート層が上記リン化合物の供給源として働き、充放電サイクルに伴って、負極表面における被膜が消費されると、上記第1コート層から必要量の上記リン化合物が溶解して被膜を形成し、常に負極表面において良好な被膜が維持される。その結果、デンドライトの成長が抑制されて、短絡の発生が遅延することになると考えられる。上記X線光電子分光法によるスペクトルのP2Pのピーク位置は、完全放電状態のリチウム二次電池における第1コート層の表面を測定することにより得られた値である。 The lower limit of the peak position of P 2P in the spectrum by X-ray photoelectron spectroscopy of the surface of the first coating layer is 135 eV, preferably 136 eV. On the other hand, the upper limit of the peak position of P 2P is preferably 138 eV, more preferably 137 eV. When the peak position of P 2P in the spectrum by X-ray photoelectron spectroscopy of the surface of the first coating layer containing a phosphorus compound containing fluorine atoms and oxygen atoms is in the above range, the first coating layer acts as a supply source of the phosphorus compound, and when the coating on the negative electrode surface is consumed with the charge/discharge cycle, a necessary amount of the phosphorus compound is dissolved from the first coating layer to form a coating, and a good coating is always maintained on the negative electrode surface. As a result, it is considered that the growth of dendrites is suppressed and the occurrence of a short circuit is delayed. The peak position of P 2P in the spectrum by X-ray photoelectron spectroscopy is a value obtained by measuring the surface of the first coating layer in a lithium secondary battery in a fully discharged state.

X線光電子分光法(XPS)による負極の第1コート層表面のスペクトルの測定に用いる試料は、次の方法により準備する。リチウム二次電池を、0.1Cの電流で、通常使用時の放電終止電圧まで放電し、完全放電状態とする。ここで、「通常使用時」とは、当該リチウム二次電池において推奨され、又は指定される放電条件を採用して当該リチウム二次電池を使用する場合をいう。完全放電状態のリチウム二次電池を解体して負極を取り出し、ジメチルカーボネートを用いて負極を充分に洗浄した後、室温にて減圧乾燥を行う。乾燥後の負極を、所定サイズ(例えば2cm×2cm)に切り出し、XPSによるスペクトルの測定に用いる試料とする。リチウム二次電池の解体からXPSによるスペクトルの測定までの作業は、露点-60℃以下のアルゴン雰囲気中で行う。負極の第1コート層表面のXPSによるスペクトルの測定における使用装置及び測定条件は以下のとおりである。
装置:KRATOS ANALYTICAL社の「AXIS NOVA」
X線源:単色化AlKα
管電圧:15kV
管電流:10mA
中和銃:ON
分析面積:700μm×300μm
測定範囲:P2P=150~120eV、C1S=300~270eV
測定間隔:0.1eV
Dwell Time:P2P=426ミリ秒、C1S=250ミリ秒
積算回数:P2P=20回、C1S=10回
The sample used for measuring the spectrum of the first coating layer surface of the negative electrode by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is prepared by the following method. The lithium secondary battery is discharged at a current of 0.1 C to the discharge end voltage during normal use to be in a fully discharged state. Here, "normal use" refers to the case where the lithium secondary battery is used by adopting the discharge conditions recommended or specified for the lithium secondary battery. The lithium secondary battery in a fully discharged state is disassembled to remove the negative electrode, and the negative electrode is thoroughly washed using dimethyl carbonate, and then dried under reduced pressure at room temperature. The dried negative electrode is cut into a predetermined size (for example, 2 cm x 2 cm) to be used as a sample for measuring the spectrum by XPS. The work from disassembling the lithium secondary battery to measuring the spectrum by XPS is performed in an argon atmosphere with a dew point of -60 ° C. or less. The apparatus and measurement conditions used in measuring the spectrum by XPS of the first coating layer surface of the negative electrode are as follows.
Equipment: "AXIS NOVA" by KRATOS ANALYTICAL
X-ray source: monochromated AlKα
Tube voltage: 15 kV
Tube current: 10mA
Neutralizing gun: ON
Analysis area: 700μm x 300μm
Measurement range: P 2P = 150 to 120 eV, C 1S = 300 to 270 eV
Measurement interval: 0.1 eV
Dwell Time: P 2P = 426 ms, C 1S = 250 ms Number of integration: P 2P = 20 times, C 1S = 10 times

また、上記スペクトルにおけるP2Pのピーク位置は、CasaXPS(Casa Software社製)を用いて、次のようにして求められる値とする。まず、C1sにおけるsp2炭素のピークの結合エネルギーを284.8eVとし、得られたすべてのスペクトルを補正する。次に、それぞれのスペクトルに対して、Shirley法を用いてバックグラウンドを除去する。このようにして得たスペクトルの130から138eVの範囲におけるピークのピーク強度が、もっとも高い値を示す結合エネルギーをP2Pのピーク位置とする。 The P2P peak position in the above spectrum is determined as follows using CasaXPS (Casa Software). First, the binding energy of the sp2 carbon peak in C1s is set to 284.8 eV, and all the obtained spectra are corrected. Next, the background is removed from each spectrum using the Shirley method. The binding energy at which the peak intensity of the peak in the range of 130 to 138 eV of the spectrum obtained in this way is the highest is determined as the P2P peak position.

(第2コート層)
当該リチウム二次電池用の負極においては、上記負極基材層と上記第1コート層との間、かつ上記負極基材層の表面に直接又は間接に積層されている第2コート層を備えていることが好ましい。上記第2コート層は、金、スズ、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、白金、これらのいずれかを含むリチウム合金、カーボンナノチューブのうちの少なくとも1つを主成分とすることが好ましい。当該リチウム二次電池用の負極が、上記負極基材層の表面に金、スズ、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、白金、これらのいずれかを含むリチウム合金、カーボンナノチューブのうちの少なくとも1つを主成分とする第2コート層をさらに備えることで、これらの第2コート層の成分がリチウム金属の析出サイトとして作用するため、より電流集中が低減されることになる。従って、リチウム二次電池における短絡発生をより抑制できる。上記第2コート層の主成分としては、当該リチウム二次電池における短絡発生をさらに抑制する観点から、これらの中でも金、スズ、アルミニウム、カーボンナノチューブ又はこれらの組み合わせがより好ましい。
(Second Coating Layer)
In the negative electrode for lithium secondary batteries, it is preferable to have a second coating layer between the negative electrode base material layer and the first coating layer and laminated directly or indirectly on the surface of the negative electrode base material layer. The second coating layer is preferably composed mainly of at least one of gold, tin, zinc, magnesium, aluminum, platinum, a lithium alloy containing any of these, and carbon nanotubes. By further providing a second coating layer composed mainly of at least one of gold, tin, zinc, magnesium, aluminum, platinum, a lithium alloy containing any of these, and carbon nanotubes on the surface of the negative electrode base material layer, the components of these second coating layers act as precipitation sites for lithium metal, thereby further reducing current concentration. Therefore, the occurrence of short circuits in lithium secondary batteries can be further suppressed. As the main component of the second coating layer, gold, tin, aluminum, carbon nanotubes, or a combination thereof is more preferable from the viewpoint of further suppressing the occurrence of short circuits in the lithium secondary battery.

第2コート層における金、スズ、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、白金、これらのいずれかを含むリチウム合金、カーボンナノチューブのうちの少なくとも1つの含有量の下限としては、50質量%が好ましく、90質量%がより好ましい。第2コート層における上記成分の含有量の範囲が上記範囲であることで、リチウム二次電池における短絡発生をより抑制できる。 The lower limit of the content of at least one of gold, tin, zinc, magnesium, aluminum, platinum, a lithium alloy containing any of these, and carbon nanotubes in the second coating layer is preferably 50% by mass, and more preferably 90% by mass. By setting the content range of the above components in the second coating layer within the above range, the occurrence of a short circuit in the lithium secondary battery can be further suppressed.

第2コート層の平均厚さの下限としては、1nmが好ましく、15nmがより好ましい。一方、第2コート層の平均厚さの上限としては、1000nmが好ましく、800nmがより好ましく、500nmがさらに好ましい。第2コート層の平均厚さを上記の範囲とすることで、上記成分がリチウム金属の析出サイトとして適度に作用するため、短絡発生をより抑制できる。なお、「コート層の平均厚さ」とは、負極上のコート層の質量を負極のコート層の面積で除し、さらにコート層の真密度で除した値をいう。 The lower limit of the average thickness of the second coating layer is preferably 1 nm, and more preferably 15 nm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the second coating layer is preferably 1000 nm, more preferably 800 nm, and even more preferably 500 nm. By setting the average thickness of the second coating layer within the above range, the above components act appropriately as precipitation sites for lithium metal, so that the occurrence of short circuits can be further suppressed. Note that the "average thickness of the coating layer" refers to the value obtained by dividing the mass of the coating layer on the negative electrode by the area of the coating layer on the negative electrode, and then dividing the result by the true density of the coating layer.

第2コート層の塗工量の下限としては、0.0019mg/cmが好ましく、0.029mg/cmがより好ましい。一方、第2コート層の塗工量の上限としては、1.90mg/cmが好ましく、1.50mg/cmがより好ましく、0.97mg/cmがさらに好ましい。第2コート層の塗工量を上記の範囲とすることで、上記成分がリチウム金属の析出サイトとして適度に作用するため、短絡発生をより抑制できる。 The lower limit of the coating amount of the second coating layer is preferably 0.0019 mg/cm 2 , and more preferably 0.029 mg/cm 2. On the other hand, the upper limit of the coating amount of the second coating layer is preferably 1.90 mg/cm 2 , more preferably 1.50 mg/cm 2 , and even more preferably 0.97 mg/cm 2. By setting the coating amount of the second coating layer within the above range, the above components act appropriately as precipitation sites for lithium metal, and the occurrence of short circuits can be further suppressed.

(リチウム金属層)
当該負極は、リチウム金属層を備えることが好ましい。上記リチウム金属層は、負極活物質層又はリチウム補給層としての機能を有する。従って、上記リチウム金属層は、負極活物質を供給するとともに、デンドライトの電気的な孤立化によって充放電に寄与できなくなったリチウムに相当する電気量を補うことができる。
(Lithium metal layer)
The negative electrode preferably includes a lithium metal layer. The lithium metal layer functions as a negative electrode active material layer or a lithium supplement layer. Therefore, the lithium metal layer supplies the negative electrode active material and can supplement the amount of electricity equivalent to lithium that cannot contribute to charging and discharging due to electrical isolation of dendrites.

リチウム金属層は、負極活物質としてのリチウム金属を含む。負極活物質としてリチウム金属を含むことで活物質質量あたりの放電容量を向上できる。上記リチウム金属には、リチウム単体の他、リチウム合金が含まれる。リチウム合金としては、例えば、リチウムアルミニウム合金、リチウム銀合金、リチウム亜鉛合金、リチウムカルシウム合金、リチウムマグネシウム合金、リチウムインジウム合金等が挙げられる。リチウム合金は、リチウム以外の複数の金属元素を含んでいてもよい。上記リチウム金属層の態様としては、例えばリチウム金属薄膜、リチウム金属粒子等が挙げられる。リチウム金属を含む負極は、リチウム金属を所定の形状に切断するか、所定の形状に成形することにより製造できる。 The lithium metal layer contains lithium metal as the negative electrode active material. By containing lithium metal as the negative electrode active material, the discharge capacity per active material mass can be improved. The lithium metal includes lithium alone as well as lithium alloys. Examples of the lithium alloy include lithium aluminum alloys, lithium silver alloys, lithium zinc alloys, lithium calcium alloys, lithium magnesium alloys, and lithium indium alloys. The lithium alloy may contain multiple metal elements other than lithium. Examples of the lithium metal layer include a lithium metal thin film and lithium metal particles. A negative electrode containing lithium metal can be manufactured by cutting or forming lithium metal into a predetermined shape.

当該負極が上記第2コート層を備えていない場合においては、上記リチウム金属層は上記負極基材層と上記第1コート層との間に備えられ、当該負極が上記第2コート層を備えている場合は、上記リチウム金属層は上記負極基材層と上記第2コート層との間に備えられていることが好ましい。 When the negative electrode does not have the second coating layer, the lithium metal layer is provided between the negative electrode substrate layer and the first coating layer, and when the negative electrode has the second coating layer, the lithium metal layer is preferably provided between the negative electrode substrate layer and the second coating layer.

当該リチウム二次電池がリチウムを含む正極活物質を備えている場合、当該負極は最初にリチウム金属層を備えておらず、充電時に負極基材層の表面にリチウム金属が析出し、放電時に負極基材層の表面に析出したリチウム金属が溶解する形態であってもよい。すなわち、充電時においては、負極基材層とリチウム金属とを含むものが負極となり、放電時においては、負極基材層が負極となる形態であってもよい。この形態の場合、初期の充電により、最初にリチウムを含む正極活物質からリチウムイオンが供給される結果、当該負極における上記負極基材層と上記第1コート層との間又は上記第1コート層と上記第2コート層との間にリチウム金属層が形成されることになる。なお、この形態において、当該負極が上記第2コート層を備えていない場合は、上記リチウム金属層が上記負極基材層と上記第1コート層との間に積層され、当該負極が上記第2コート層を備えている場合は、上記リチウム金属層が上記第1コート層と上記第2コート層との間に積層されていることが好ましい。 When the lithium secondary battery includes a positive electrode active material containing lithium, the negative electrode may not initially include a lithium metal layer, and lithium metal may be deposited on the surface of the negative electrode substrate layer during charging, and the lithium metal deposited on the surface of the negative electrode substrate layer may dissolve during discharging. That is, during charging, the negative electrode may include the negative electrode substrate layer and lithium metal, and during discharging, the negative electrode substrate layer may be the negative electrode. In this case, lithium ions are initially supplied from the positive electrode active material containing lithium by initial charging, and a lithium metal layer is formed between the negative electrode substrate layer and the first coat layer or between the first coat layer and the second coat layer in the negative electrode. In this case, when the negative electrode does not include the second coat layer, it is preferable that the lithium metal layer is laminated between the negative electrode substrate layer and the first coat layer, and when the negative electrode includes the second coat layer, it is preferable that the lithium metal layer is laminated between the first coat layer and the second coat layer.

上記負極基材層として金属箔(例えば銅箔)を用いた場合、金属箔とリチウム金属層との間に金属箔の成分である金属(例えば銅)とリチウムを含む合金層が形成されていてもよい。 When a metal foil (e.g., copper foil) is used as the negative electrode substrate layer, an alloy layer containing lithium and a metal (e.g., copper) that is a component of the metal foil may be formed between the metal foil and the lithium metal layer.

当該リチウム二次電池用の負極は、負極基材層とリチウム金属層との間に配される中間層を備えていてもよい。中間層は、炭素粒子等の導電剤を含むことで負極基材層とリチウム金属層との接触抵抗を低減する。中間層の構成は特に限定されず、例えば、バインダ及び導電剤を含む。 The negative electrode for the lithium secondary battery may include an intermediate layer disposed between the negative electrode substrate layer and the lithium metal layer. The intermediate layer contains a conductive agent such as carbon particles to reduce the contact resistance between the negative electrode substrate layer and the lithium metal layer. The configuration of the intermediate layer is not particularly limited, and may include, for example, a binder and a conductive agent.

本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池用の負極によれば、リチウム二次電池における短絡発生を抑制できる。 The negative electrode for a lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention can suppress the occurrence of short circuits in the lithium secondary battery.

<リチウム二次電池>
本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池は、上述の当該リチウム二次電池用の負極、正極及びセパレータを有する電極体と、非水電解質と、上記電極体及び非水電解質を収容する容器と、を備える。電極体は、通常、複数の正極及び複数の負極がセパレータを介して積層された積層型、又は、正極及び負極がセパレータを介して積層された状態で巻回された巻回型である。非水電解質は、正極、負極及びセパレータに含まれた状態で存在する。
<Lithium secondary battery>
A lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention includes an electrode assembly having a negative electrode, a positive electrode, and a separator for the lithium secondary battery described above, a non-aqueous electrolyte, and a container for accommodating the electrode assembly and the non-aqueous electrolyte. The electrode assembly is usually a laminated type in which a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes are laminated with separators interposed therebetween, or a wound type in which a positive electrode and a negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween and wound. The non-aqueous electrolyte is present in a state in which it is contained in the positive electrode, the negative electrode, and the separator.

[負極]
当該リチウム二次電池は当該リチウム二次電池用の負極を備える。当該リチウム二次電池が当該リチウム二次電池用の負極を備えるので、短絡発生が抑制される。また、上記負極基材層の表面に直接又は間接にフッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有する第1コート層を備えていることで、負極表面側でのリン化合物の選択的消費が促進され、正極表面側に形成された被膜の成長が抑制されるので、正極側における抵抗増加を抑制する効果も有すると推測される。当該リチウム二次電池用の負極の具体的な構成は、上述の通りである。
[Negative electrode]
The lithium secondary battery includes a negative electrode for the lithium secondary battery. Since the lithium secondary battery includes a negative electrode for the lithium secondary battery, the occurrence of a short circuit is suppressed. In addition, since the first coating layer containing a phosphorus compound containing fluorine atoms and oxygen atoms is provided directly or indirectly on the surface of the negative electrode base material layer, selective consumption of the phosphorus compound on the negative electrode surface side is promoted, and the growth of the coating formed on the positive electrode surface side is suppressed, so that it is presumed that there is also an effect of suppressing an increase in resistance on the positive electrode side. The specific configuration of the negative electrode for the lithium secondary battery is as described above.

[正極]
正極は、正極基材と、当該正極基材に直接又は中間層を介して配される正極活物質層とを有する。中間層の構成は特に限定されず、例えば上記負極で例示した構成から選択することができる。
[Positive electrode]
The positive electrode has a positive electrode substrate and a positive electrode active material layer disposed on the positive electrode substrate directly or via an intermediate layer. The configuration of the intermediate layer is not particularly limited and can be selected from the configurations exemplified for the negative electrode above.

正極基材は、導電性を有する。正極基材の材質としては、アルミニウム、チタン、タンタル、ステンレス鋼等の金属又はこれらの合金が用いられる。これらの中でも、耐電位性、導電性の高さ、及びコストの観点からアルミニウム又はアルミニウム合金が好ましい。正極基材としては、箔、蒸着膜、メッシュ、多孔質材料等が挙げられ、コストの観点から箔が好ましい。したがって、正極基材としてはアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔が好ましい。アルミニウム又はアルミニウム合金としては、JIS-H-4000(2014年)又はJIS-H4160(2006年)に規定されるA1085、A3003、A1N30等が例示できる。 The positive electrode substrate is conductive. The material of the positive electrode substrate is a metal such as aluminum, titanium, tantalum, stainless steel, or an alloy thereof. Among these, aluminum or an aluminum alloy is preferred from the viewpoints of potential resistance, high conductivity, and cost. Examples of the positive electrode substrate include foil, vapor deposition film, mesh, and porous material, and foil is preferred from the viewpoint of cost. Therefore, aluminum foil or aluminum alloy foil is preferred as the positive electrode substrate. Examples of aluminum or aluminum alloy include A1085, A3003, A1N30, etc., as specified in JIS-H-4000 (2014) or JIS-H4160 (2006).

正極基材の平均厚さは、3μm以上50μm以下が好ましく、5μm以上40μm以下がより好ましく、8μm以上30μm以下がさらに好ましく、10μm以上25μm以下が特に好ましい。正極基材の平均厚さを上記の範囲とすることで、正極基材の強度を高めつつ、リチウム二次電池の体積当たりのエネルギー密度を高めることができる。 The average thickness of the positive electrode substrate is preferably 3 μm or more and 50 μm or less, more preferably 5 μm or more and 40 μm or less, even more preferably 8 μm or more and 30 μm or less, and particularly preferably 10 μm or more and 25 μm or less. By setting the average thickness of the positive electrode substrate within the above range, it is possible to increase the strength of the positive electrode substrate while increasing the energy density per volume of the lithium secondary battery.

正極活物質層は、正極活物質を含む。正極活物質層は、必要に応じて、導電剤、バインダ(結着剤)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。 The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material. The positive electrode active material layer may contain optional components such as a conductive agent, a binder, a thickener, and a filler, as necessary.

正極活物質としては、公知の正極活物質の中から適宜選択できる。リチウム二次電池用の正極活物質としては、通常、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材料が用いられる。正極活物質としては、例えば、α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物、スピネル型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物、ポリアニオン化合物、カルコゲン化合物、硫黄等が挙げられる。α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物として、例えば、Li[LiNi(1-x)]O(0≦x<0.5)、Li[LiNiγCo(1-x-γ)]O(0≦x<0.5、0<γ<1)、Li[LiCo(1-x)]O(0≦x<0.5)、Li[LiNiγMn(1-x-γ)]O(0≦x<0.5、0<γ<1)、Li[LiNiγMnβCo(1-x-γ-β)]O(0≦x<0.5、0<γ、0<β、0.5<γ+β<1)、Li[LiNiγCoβAl(1-x-γ-β)]O(0≦x<0.5、0<γ、0<β、0.5<γ+β<1)等が挙げられる。スピネル型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物として、LiMn、LiNiγMn(2-γ)等が挙げられる。ポリアニオン化合物として、LiFePO、LiMnPO、LiNiPO、LiCoPO,Li(PO、LiMnSiO、LiCoPOF等が挙げられる。カルコゲン化合物として、二硫化チタン、二硫化モリブデン、二酸化モリブデン等が挙げられる。これらの材料中の原子又はポリアニオンは、他の元素からなる原子又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。これらの材料は表面が他の材料で被覆されていてもよい。正極活物質層においては、これら材料の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The positive electrode active material can be appropriately selected from known positive electrode active materials. A material capable of absorbing and releasing lithium ions is usually used as the positive electrode active material for a lithium secondary battery. Examples of the positive electrode active material include lithium transition metal composite oxides having an α-NaFeO 2 type crystal structure, lithium transition metal composite oxides having a spinel type crystal structure, polyanion compounds, chalcogen compounds, sulfur, and the like. Examples of lithium transition metal composite oxides having α-NaFeO 2 type crystal structure include Li[Li x Ni (1-x) ]O 2 (0≦x<0.5), Li[Li x Ni γ Co (1-x-γ) ]O 2 (0≦x<0.5, 0<γ<1), Li[Li x Co (1-x) ]O 2 (0≦x<0.5), Li[Li x Ni γ Mn (1-x-γ) ]O 2 (0≦x<0.5, 0<γ<1), Li[Li x Ni γ Mn β Co (1-x-γ-β) ]O 2 (0≦x<0.5, 0<γ, 0<β, 0.5<γ+β<1), Li[Li x Ni Examples of the lithium transition metal composite oxide having a spinel type crystal structure include Li x Mn 2 O 4 and Li x Ni γ Mn ( 2-γ) O 4. Examples of the polyanion compound include LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 , LiCoPO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , Li 2 MnSiO 4 , and Li 2 CoPO 4 F. Examples of the chalcogen compound include titanium disulfide, molybdenum disulfide, and molybdenum dioxide. The atoms or polyanions in these materials may be partially substituted with atoms or anion species of other elements. The surfaces of these materials may be coated with other materials. In the positive electrode active material layer, one of these materials may be used alone, or two or more of them may be used in combination.

正極活物質は、通常、粒子(粉体)である。正極活物質の平均粒径は、例えば、0.1μm以上20μm以下とすることが好ましい。正極活物質の平均粒径を上記下限以上とすることで、正極活物質の製造又は取り扱いが容易になる。正極活物質の平均粒径を上記上限以下とすることで、正極活物質層の電子伝導性が向上する。なお、正極活物質と他の材料との複合体を用いる場合、該複合体の平均粒径を正極活物質の平均粒径とする。「平均粒径」とは、JIS-Z-8825(2013年)に準拠し、粒子を溶媒で希釈した希釈液に対しレーザ回折・散乱法により測定した粒径分布に基づき、JIS-Z-8819-2(2001年)に準拠し計算される体積基準積算分布が50%となる値を意味する。 The positive electrode active material is usually a particle (powder). The average particle size of the positive electrode active material is preferably, for example, 0.1 μm or more and 20 μm or less. By setting the average particle size of the positive electrode active material to the above lower limit or more, the positive electrode active material can be easily manufactured or handled. By setting the average particle size of the positive electrode active material to the above upper limit or less, the electronic conductivity of the positive electrode active material layer is improved. When a composite of the positive electrode active material and another material is used, the average particle size of the composite is taken as the average particle size of the positive electrode active material. "Average particle size" means a value at which the volume-based cumulative distribution calculated in accordance with JIS-Z-8819-2 (2001) is 50% based on the particle size distribution measured by a laser diffraction/scattering method for a diluted solution obtained by diluting particles with a solvent in accordance with JIS-Z-8825 (2013).

粉体を所定の粒径で得るためには粉砕機や分級機等が用いられる。粉砕方法として、例えば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル、カウンタージェトミル、旋回気流型ジェットミル又は篩等を用いる方法が挙げられる。粉砕時には水、あるいはヘキサン等の有機溶剤を共存させた湿式粉砕を用いることもできる。分級方法としては、篩や風力分級機等が、乾式、湿式ともに必要に応じて用いられる。 In order to obtain powder with a specified particle size, a pulverizer or a classifier is used. Examples of pulverizing methods include those using a mortar, ball mill, sand mill, vibrating ball mill, planetary ball mill, jet mill, counter jet mill, swirling airflow type jet mill, or a sieve. Wet pulverization in the presence of water or an organic solvent such as hexane can also be used during pulverization. As for classification methods, sieves and air classifiers are used as necessary for both dry and wet methods.

正極活物質層における正極活物質の含有量は、50質量%以上99質量%以下が好ましく、70質量%以上98質量%以下がより好ましく、80質量%以上95質量%以下がさらに好ましい。正極活物質の含有量を上記の範囲とすることで、正極活物質層の高エネルギー密度化と製造性を両立できる。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 50% by mass or more and 99% by mass or less, more preferably 70% by mass or more and 98% by mass or less, and even more preferably 80% by mass or more and 95% by mass or less. By setting the content of the positive electrode active material within the above range, it is possible to achieve both high energy density and manufacturability of the positive electrode active material layer.

導電剤は、導電性を有する材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、例えば、炭素質材料、金属、導電性セラミックス等が挙げられる。炭素質材料としては、黒鉛化炭素、非黒鉛化炭素、グラフェン系炭素等が挙げられる。非黒鉛化炭素としては、カーボンナノファイバー、ピッチ系炭素繊維、カーボンブラック等が挙げられる。カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。グラフェン系炭素としては、グラフェン、カーボンナノチューブ(CNT)、フラーレン等が挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。導電剤としては、これらの材料の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、これらの材料を複合化して用いてもよい。例えば、カーボンブラックとCNTとを複合化した材料を用いてもよい。これらの中でも、電子伝導性及び塗工性の観点よりカーボンブラックが好ましく、中でもアセチレンブラックが好ましい。 The conductive agent is not particularly limited as long as it is a material having electrical conductivity. Examples of such conductive agents include carbonaceous materials, metals, conductive ceramics, etc. Examples of carbonaceous materials include graphitized carbon, non-graphitized carbon, graphene-based carbon, etc. Examples of non-graphitized carbon include carbon nanofiber, pitch-based carbon fiber, carbon black, etc. Examples of carbon black include furnace black, acetylene black, ketjen black, etc. Examples of graphene-based carbon include graphene, carbon nanotubes (CNT), fullerene, etc. Examples of the conductive agent include powder and fiber. As the conductive agent, one of these materials may be used alone, or two or more types may be mixed and used. These materials may also be used in combination. For example, a material in which carbon black and CNT are combined may be used. Among these, carbon black is preferred from the viewpoint of electronic conductivity and coatability, and acetylene black is preferred among them.

正極活物質層における導電剤の含有量は、1質量%以上10質量%以下が好ましく、3質量%以上9質量%以下がより好ましい。導電剤の含有量を上記の範囲とすることで、リチウム二次電池のエネルギー密度を高めることができる。 The content of the conductive agent in the positive electrode active material layer is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 9% by mass or less. By setting the content of the conductive agent in the above range, the energy density of the lithium secondary battery can be increased.

バインダとしては、例えば、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル、ポリイミド等の熱可塑性樹脂;エチレン-プロピレン-ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のエラストマー;多糖類高分子等が挙げられる。 Examples of binders include thermoplastic resins such as fluororesins (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.), polyethylene, polypropylene, polyacrylic, and polyimide; elastomers such as ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), and fluororubber; polysaccharide polymers, etc.

正極活物質層におけるバインダの含有量は、1質量%以上10質量%以下が好ましく、3質量%以上9質量%以下がより好ましい。バインダの含有量を上記の範囲とすることで、活物質を安定して保持することができる。 The binder content in the positive electrode active material layer is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 9% by mass or less. By keeping the binder content within the above range, the active material can be stably maintained.

増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース等の多糖類高分子が挙げられる。増粘剤がリチウム等と反応する官能基を有する場合、予めメチル化等によりこの官能基を失活させてもよい。 Examples of thickeners include polysaccharide polymers such as carboxymethylcellulose (CMC) and methylcellulose. If the thickener has a functional group that reacts with lithium or the like, this functional group may be deactivated in advance by methylation or the like.

フィラーは、特に限定されない。フィラーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、二酸化ケイ素、アルミナ、二酸化チタン、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、アルミノケイ酸塩等の無機酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム等の水酸化物、炭酸カルシウム等の炭酸塩、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウム等の難溶性のイオン結晶、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物、タルク、モンモリロナイト、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカ等の鉱物資源由来物質又はこれらの人造物等が挙げられる。 The filler is not particularly limited. Examples of the filler include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, inorganic oxides such as silicon dioxide, alumina, titanium dioxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, magnesium oxide, and aluminosilicates, hydroxides such as magnesium hydroxide, calcium hydroxide, and aluminum hydroxide, carbonates such as calcium carbonate, sparingly soluble ion crystals such as calcium fluoride, barium fluoride, and barium sulfate, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, substances derived from mineral resources such as talc, montmorillonite, boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite, bentonite, and mica, or man-made products thereof.

正極活物質層は、B、N、P、F、Cl、Br、I等の典型非金属元素、Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Zn、Ga、Ge、Sn、Sr、Ba等の典型金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Nb、W等の遷移金属元素を正極活物質、導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー以外の成分として含有してもよい。 The positive electrode active material layer may contain typical nonmetallic elements such as B, N, P, F, Cl, Br, and I, typical metallic elements such as Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Zn, Ga, Ge, Sn, Sr, and Ba, and transition metallic elements such as Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Zr, Nb, and W as components other than the positive electrode active material, conductive agent, binder, thickener, and filler.

[セパレータ]
セパレータは、公知のセパレータの中から適宜選択できる。セパレータとして、例えば、基材層のみからなるセパレータ、基材層の一方の面又は双方の面に耐熱粒子とバインダとを含む耐熱層が形成されたセパレータ等を使用することができる。セパレータの基材層の形態としては、例えば、織布、不織布、多孔質樹脂フィルム等が挙げられる。これらの形態の中でも、強度の観点から多孔質樹脂フィルムが好ましく、非水電解質の保液性の観点から不織布が好ましい。セパレータの基材層の材料としては、シャットダウン機能の観点から例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが好ましく、耐酸化分解性の観点から例えばポリイミドやアラミド等が好ましい。セパレータの負極基材層として、これらの樹脂を複合した材料を用いてもよい。
[Separator]
The separator can be appropriately selected from known separators. For example, a separator consisting of only a substrate layer, a separator in which a heat-resistant layer containing heat-resistant particles and a binder is formed on one or both surfaces of the substrate layer, etc. can be used as the separator. Examples of the form of the substrate layer of the separator include woven fabric, nonwoven fabric, and porous resin film. Among these forms, a porous resin film is preferable from the viewpoint of strength, and a nonwoven fabric is preferable from the viewpoint of the liquid retention of the non-aqueous electrolyte. As the material of the substrate layer of the separator, polyolefins such as polyethylene and polypropylene are preferable from the viewpoint of shutdown function, and polyimide and aramid are preferable from the viewpoint of oxidation decomposition resistance. A material obtained by combining these resins may be used as the negative electrode substrate layer of the separator.

耐熱層に含まれる耐熱粒子は、1気圧の空気雰囲気下で室温から500℃まで昇温したときの質量減少が5%以下であるものが好ましく、室温から800℃まで昇温したときの質量減少が5%以下であるものがさらに好ましい。質量減少が所定以下である材料として無機化合物が挙げられる。無機化合物として、例えば、酸化鉄、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、アルミノケイ酸塩等の酸化物;窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物;炭酸カルシウム等の炭酸塩;硫酸バリウム等の硫酸塩;フッ化カルシウム、フッ化バリウム等の難溶性のイオン結晶;シリコン、ダイヤモンド等の共有結合性結晶;タルク、モンモリロナイト、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカ等の鉱物資源由来物質又はこれらの人造物等が挙げられる。無機化合物として、これらの物質の単体又は複合体を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの無機化合物の中でも、リチウム二次電池の安全性の観点から、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、又はアルミノケイ酸塩が好ましい。 The heat-resistant particles contained in the heat-resistant layer preferably have a mass loss of 5% or less when heated from room temperature to 500°C under an air atmosphere at 1 atmosphere, and more preferably have a mass loss of 5% or less when heated from room temperature to 800°C. Examples of materials with a mass loss of a predetermined amount or less include inorganic compounds. Examples of inorganic compounds include oxides such as iron oxide, silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, barium titanate, zirconium oxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, magnesium oxide, and aluminosilicate; nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride; carbonates such as calcium carbonate; sulfates such as barium sulfate; sparingly soluble ion crystals such as calcium fluoride and barium fluoride; covalent crystals such as silicon and diamond; mineral resource-derived substances such as talc, montmorillonite, boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite, bentonite, and mica, or artificial products thereof. As the inorganic compound, these substances may be used alone or in the form of a complex, or two or more of them may be mixed and used. Among these inorganic compounds, silicon oxide, aluminum oxide, or aluminosilicates are preferred from the viewpoint of the safety of lithium secondary batteries.

セパレータの空孔率は、強度の観点から80体積%以下が好ましく、放電性能の観点から20体積%以上が好ましい。ここで、「空孔率」とは、体積基準の値であり、水銀ポロシメータでの測定値を意味する。 The porosity of the separator is preferably 80% by volume or less from the viewpoint of strength, and 20% by volume or more from the viewpoint of discharge performance. Here, "porosity" refers to a volume-based value measured using a mercury porosimeter.

セパレータとして、ポリマーと非水電解質とで構成されるポリマーゲルを用いてもよい。ポリマーとして、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリメチルメタアクリレート、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。ポリマーゲルを用いると、漏液を抑制する効果がある。セパレータとして、上述したような多孔質樹脂フィルム又は不織布等とポリマーゲルを併用してもよい。 As the separator, a polymer gel composed of a polymer and a non-aqueous electrolyte may be used. Examples of polymers include polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polymethyl methacrylate, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene fluoride, etc. Using a polymer gel has the effect of suppressing leakage. As the separator, a polymer gel may be used in combination with the porous resin film or nonwoven fabric as described above.

[非水電解質]
非水電解質としては、公知の非水電解質の中から適宜選択できる。非水電解質には、非水電解液を用いてもよい。非水電解液は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解されている電解質塩とを含む。
[Non-aqueous electrolyte]
The nonaqueous electrolyte may be appropriately selected from known nonaqueous electrolytes. The nonaqueous electrolyte may be a nonaqueous electrolyte solution. The nonaqueous electrolyte solution includes a nonaqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the nonaqueous solvent.

非水溶媒としては、公知の非水溶媒の中から適宜選択できる。非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、カルボン酸エステル、リン酸エステル、スルホン酸エステル、エーテル、アミド、ニトリル等が挙げられる。非水溶媒として、これらの化合物に含まれる水素原子の一部がハロゲンに置換されたものを用いてもよい。 The non-aqueous solvent can be appropriately selected from known non-aqueous solvents. Examples of non-aqueous solvents include cyclic carbonates, chain carbonates, carboxylate esters, phosphate esters, sulfonate esters, ethers, amides, and nitriles. Non-aqueous solvents in which some of the hydrogen atoms contained in these compounds are substituted with halogens may also be used.

環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、クロロエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、スチレンカーボネート、1-フェニルビニレンカーボネート、1,2-ジフェニルビニレンカーボネート等が挙げられる。これらの中でもFECが好ましい。 Examples of cyclic carbonates include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), vinylethylene carbonate (VEC), chloroethylene carbonate, fluoroethylene carbonate (FEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), styrene carbonate, 1-phenylvinylene carbonate, 1,2-diphenylvinylene carbonate, etc. Among these, FEC is preferred.

鎖状カーボネートとしては、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジフェニルカーボネート、トリフルオロエチルメチルカーボネート(TFEMC)、ビス(トリフルオロエチル)カーボネート等が挙げられる。これらの中でもDMC、TFEMCが好ましい。 Examples of chain carbonates include diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diphenyl carbonate, trifluoroethyl methyl carbonate (TFEMC), bis(trifluoroethyl) carbonate, etc. Among these, DMC and TFEMC are preferred.

非水溶媒として、環状カーボネート又は鎖状カーボネートを用いることが好ましく、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用することがより好ましい。環状カーボネートを用いることで、電解質塩の解離を促進して非水電解液のイオン伝導度を向上させることができる。鎖状カーボネートを用いることで、非水電解液の粘度を低く抑えることができる。環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用する場合、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの体積比率(環状カーボネート:鎖状カーボネート)としては、例えば、5:95から50:50の範囲とすることが好ましい。 As the non-aqueous solvent, it is preferable to use a cyclic carbonate or a chain carbonate, and it is more preferable to use a combination of a cyclic carbonate and a chain carbonate. By using a cyclic carbonate, it is possible to promote dissociation of the electrolyte salt and improve the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte. By using a chain carbonate, it is possible to keep the viscosity of the non-aqueous electrolyte low. When a cyclic carbonate and a chain carbonate are used in combination, it is preferable that the volume ratio of the cyclic carbonate to the chain carbonate (cyclic carbonate:chain carbonate) is, for example, in the range of 5:95 to 50:50.

電解質塩としては、公知の電解質塩から適宜選択できる。電解質塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、オニウム塩等が挙げられる。これらの中でもリチウム塩が好ましい。 The electrolyte salt can be appropriately selected from known electrolyte salts. Examples of the electrolyte salt include lithium salts, sodium salts, potassium salts, magnesium salts, onium salts, etc. Among these, lithium salts are preferred.

リチウム塩としては、LiPF、LiPO、LiBF、LiClO、LiN(SOF)等の無機リチウム塩、リチウムビス(オキサレート)ボレート(LiBOB)、リチウムジフルオロオキサレートボレート(LiFOB)、リチウムビス(オキサレート)ジフルオロホスフェート(LiFOP)等のシュウ酸リチウム塩、LiSOCF、LiN(SOCF、LiN(SO、LiN(SOCF)(SO)、LiC(SOCF、LiC(SO等のハロゲン化炭化水素基を有するリチウム塩等が挙げられる。これらの中でも、無機リチウム塩が好ましく、LiPFがより好ましい。 Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiPF6 , LiPO2F2 , LiBF4 , LiClO4 , and LiN ( SO2F ) 2 ; lithium oxalate salts such as lithium bis(oxalate)borate (LiBOB), lithium difluorooxalateborate (LiFOB), and lithium bis(oxalate)difluorophosphate ( LiFOP ) ; and lithium salts having a halogenated hydrocarbon group such as LiSO3CF3 , LiN( SO2CF3 ) 2 , LiN( SO2C2F5 ) 2 , LiN ( SO2CF3 ) ( SO2C4F9 ) , LiC( SO2CF3 ) 3 , and LiC( SO2C2F5 ) 3 . Among these, inorganic lithium salts are preferred, and LiPF6 is more preferred.

非水電解液における電解質塩の含有量は、20℃1気圧下において、0.1mol/dm以上2.5mol/dm以下であると好ましく、0.3mol/dm以上2.0mol/dm以下であるとより好ましく、0.5mol/dm以上1.7mol/dm以下であるとさらに好ましく、0.7mol/dm以上1.5mol/dm以下であると特に好ましい。電解質塩の含有量を上記の範囲とすることで、非水電解液のイオン伝導度を高めることができる。 The content of the electrolyte salt in the nonaqueous electrolyte solution is preferably 0.1 mol/dm 3 or more and 2.5 mol/dm 3 or less, more preferably 0.3 mol/dm 3 or more and 2.0 mol/dm 3 or less, even more preferably 0.5 mol/dm 3 or more and 1.7 mol/dm 3 or less, and particularly preferably 0.7 mol/dm 3 or more and 1.5 mol/dm 3 or less, at 20° C. and 1 atmospheric pressure. By setting the content of the electrolyte salt in the above range, the ionic conductivity of the nonaqueous electrolyte solution can be increased.

非水電解液は、非水溶媒と電解質塩以外に、添加剤を含んでもよい。添加剤としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)等のハロゲン化炭酸エステル;リチウムビス(オキサレート)ボレート(LiBOB)、リチウムジフルオロオキサレートボレート(LiFOB)、リチウムビス(オキサレート)ジフルオロホスフェート(LiFOP)等のシュウ酸塩;リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)等のイミド塩;ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t-ブチルベンゼン、t-アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の芳香族化合物;2-フルオロビフェニル、o-シクロヘキシルフルオロベンゼン、p-シクロヘキシルフルオロベンゼン等の前記芳香族化合物の部分ハロゲン化物;2,4-ジフルオロアニソール、2,5-ジフルオロアニソール、2,6-ジフルオロアニソール、3,5-ジフルオロアニソール等のハロゲン化アニソール化合物;ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物;亜硫酸エチレン、亜硫酸プロピレン、亜硫酸ジメチル、プロパンスルトン、プロペンスルトン、ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブスルファン、トルエンスルホン酸メチル、硫酸ジメチル、硫酸エチレン、スルホラン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシド、ジフェニルスルフィド、4,4’-ビス(2,2-ジオキソ-1,3,2-ジオキサチオラン)、4-メチルスルホニルオキシメチル-2,2-ジオキソ-1,3,2-ジオキサチオラン、チオアニソール、ジフェニルジスルフィド、ジピリジニウムジスルフィド、1,3-プロペンスルトン、1,3-プロパンスルトン、1,4-ブタンスルトン、1,4-ブテンスルトン、パーフルオロオクタン、ホウ酸トリストリメチルシリル、リン酸トリストリメチルシリル、チタン酸テトラキストリメチルシリル、モノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウム等が挙げられる。これら添加剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The non-aqueous electrolyte may contain additives in addition to the non-aqueous solvent and electrolyte salt. Examples of additives include halogenated carbonates such as fluoroethylene carbonate (FEC) and difluoroethylene carbonate (DFEC); oxalates such as lithium bis(oxalate)borate (LiBOB), lithium difluorooxalateborate (LiFOB), and lithium bis(oxalate)difluorophosphate (LiFOP); imide salts such as lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI); biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclohexyl, etc. Aromatic compounds such as benzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, and dibenzofuran; partial halides of the above aromatic compounds such as 2-fluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, and p-cyclohexylfluorobenzene; halogenated anisole compounds such as 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 2,6-difluoroanisole, and 3,5-difluoroanisole; vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, ethylvinylene carbonate, succinic anhydride, Glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride; ethylene sulfite, propylene sulfite, dimethyl sulfite, propane sultone, propene sultone, butane sultone, methyl methanesulfonate, busulfan, methyl toluenesulfonate, dimethyl sulfate, ethylene sulfate, sulfolane, dimethyl sulfone, diethyl sulfone, dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, tetramethylene sulfoxide, diphenyl sulfide, 4,4'-bis(2,2- Examples of such additives include dioxo-1,3,2-dioxathiolane), 4-methylsulfonyloxymethyl-2,2-dioxo-1,3,2-dioxathiolane, thioanisole, diphenyl disulfide, dipyridinium disulfide, 1,3-propene sultone, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1,4-butene sultone, perfluorooctane, tristrimethylsilyl borate, tristrimethylsilyl phosphate, tetrakistrimethylsilyl titanate, lithium monofluorophosphate, and lithium difluorophosphate. These additives may be used alone or in combination of two or more.

非水電解液に含まれる添加剤の含有量は、非水電解液全体の質量に対して0.01質量%以上10質量%以下であると好ましく、0.1質量%以上7質量%以下であるとより好ましく、0.2質量%以上5質量%以下であるとさらに好ましく、0.3質量%以上3質量%以下であると特に好ましい。添加剤の含有量を上記の範囲とすることで、高温保存後の容量維持性能又はサイクル性能を向上させたり、安全性をより向上させたりすることができる。 The content of the additives contained in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.01% by mass to 10% by mass, more preferably 0.1% by mass to 7% by mass, even more preferably 0.2% by mass to 5% by mass, and particularly preferably 0.3% by mass to 3% by mass. By setting the content of the additives within the above range, it is possible to improve the capacity retention performance or cycle performance after high-temperature storage, and to further improve safety.

非水電解質には、固体電解質を用いてもよく、非水電解液と固体電解質とを併用してもよい。 A solid electrolyte may be used as the non-aqueous electrolyte, or a non-aqueous electrolyte solution and a solid electrolyte may be used in combination.

固体電解質としては、リチウム、ナトリウム、カルシウム等のイオン伝導性を有し、常温(例えば15℃~25℃)において固体である任意の材料から選択できる。固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、及び酸窒化物固体電解質、ポリマー固体電解質等が挙げられる。 The solid electrolyte can be selected from any material that has ionic conductivity such as lithium, sodium, calcium, etc., and is solid at room temperature (e.g., 15°C to 25°C). Examples of the solid electrolyte include sulfide solid electrolytes, oxide solid electrolytes, oxynitride solid electrolytes, polymer solid electrolytes, etc.

硫化物固体電解質としては、リチウム二次電池の場合、例えば、LiS-P、LiI-LiS-P、Li10Ge-P12、等が挙げられる。 Examples of sulfide solid electrolytes for lithium secondary batteries include Li 2 S—P 2 S 5 , LiI—Li 2 S—P 2 S 5 , and Li 10 Ge—P 2 S 12 .

[リチウム二次電池の具体的構成]
本実施形態のリチウム二次電池の形状については特に限定されるものではなく、例えば、円筒型電池、角型電池、扁平型電池、コイン型電池、ボタン型電池等が挙げられる。
[Specific configuration of lithium secondary battery]
The shape of the lithium secondary battery of this embodiment is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical battery, a square battery, a flat battery, a coin battery, and a button battery.

図1に角型電池の一例としてのリチウム二次電池1を示す。なお、同図は、容器内部を透視した図としている。セパレータを挟んで巻回された正極及び負極を有する電極体2が角型の容器3に収納される。正極は正極リード41を介して正極端子4と電気的に接続されている。負極は負極リード51を介して負極端子5と電気的に接続されている。 Figure 1 shows a lithium secondary battery 1 as an example of a square battery. Note that this figure is a see-through view of the inside of the container. An electrode body 2 having a positive electrode and a negative electrode wound with a separator sandwiched between them is housed in a square container 3. The positive electrode is electrically connected to a positive electrode terminal 4 via a positive electrode lead 41. The negative electrode is electrically connected to a negative electrode terminal 5 via a negative electrode lead 51.

[蓄電装置の構成]
本実施形態のリチウム二次電池は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の自動車用電源、飛行機、ドローン等の飛行体用電源、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器用電源、又は電力貯蔵用電源等に、複数のリチウム二次電池1を集合して構成した蓄電ユニット(バッテリーモジュール)として搭載することができる。この場合、蓄電ユニットに含まれる少なくとも一つのリチウム二次電池に対して、本発明の技術が適用されていればよい。
[Configuration of Power Storage Device]
The lithium secondary battery of this embodiment can be mounted as a power storage unit (battery module) comprising a plurality of lithium secondary batteries 1 assembled together, in automobile power sources such as electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), etc., power sources for flying objects such as airplanes and drones, power sources for electronic devices such as personal computers and communication terminals, power storage power sources, etc. In this case, it is sufficient that the technology of the present invention is applied to at least one of the lithium secondary batteries included in the power storage unit.

図2に、電気的に接続された二以上のリチウム二次電池1が集合した蓄電ユニット20をさらに集合した蓄電装置30の一例を示す。蓄電装置30は、二以上のリチウム二次電池1を電気的に接続するバスバ(図示せず)、二以上の蓄電ユニット20を電気的に接続するバスバ(図示せず)等を備えていてもよい。蓄電ユニット20又は蓄電装置30は、一以上のリチウム二次電池の状態を監視する状態監視装置(図示せず)を備えていてもよい。 Figure 2 shows an example of a power storage device 30 that further aggregates a power storage unit 20, which is an aggregate of two or more electrically connected lithium secondary batteries 1. The power storage device 30 may include a bus bar (not shown) that electrically connects two or more lithium secondary batteries 1, a bus bar (not shown) that electrically connects two or more power storage units 20, and the like. The power storage unit 20 or the power storage device 30 may include a status monitoring device (not shown) that monitors the status of one or more lithium secondary batteries.

<リチウム二次電池用の負極の製造方法>
当該リチウム二次電池用の負極の製造方法においては、フッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有する第1コート層形成材料の塗工により、負極基材層の表面に直接又は間接に第1コート層を積層することを備える。
<Method of manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery>
The method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery includes laminating a first coating layer directly or indirectly on a surface of a negative electrode substrate layer by applying a first coating layer-forming material containing a phosphorus compound including fluorine atoms and oxygen atoms.

上記第1コート層形成材料は、例えばフッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を溶媒に溶解又は分散させることにより調整することができる。上記リン化合物としては、例えばリチウムジフルオロホスフェート(LiDFP)、リチウムテトラフルオロオキサレートホスフェート、リチウムジフルオロビスオキサレートホスフェート、リチウム(フルオロスルホニル)(ジフルオロホスホリル)イミド等が挙げられる。また、上記溶媒としては、例えば1,2-ジメトキシエタン(DME)が挙げられる。 The first coating layer forming material can be prepared, for example, by dissolving or dispersing a phosphorus compound containing fluorine atoms and oxygen atoms in a solvent. Examples of the phosphorus compound include lithium difluorophosphate (LiDFP), lithium tetrafluorooxalate phosphate, lithium difluorobisoxalate phosphate, and lithium (fluorosulfonyl) (difluorophosphoryl) imide. Examples of the solvent include 1,2-dimethoxyethane (DME).

上記基材層の表面に直接又は間接に第1コート層を積層する工程においては、初めに、負極基材層の表面に直接又は間接に、上記第1コート層形成材料の液滴を単位面積当たりの滴下量が同じとなるように滴下し、塗工する。次に、自然乾燥及び真空乾燥を行うことにより、上記負極基材層の表面に直接又は間接に第1コート層が積層される。上記第1コート層の塗工方法としては、例えばスプレーによる噴霧やディップコーターによるコート、スピンコーターによるコート、ロールコーターによるコート等が挙げられる。 In the process of laminating the first coating layer directly or indirectly on the surface of the substrate layer, first, droplets of the material for forming the first coating layer are dropped and applied directly or indirectly onto the surface of the negative electrode substrate layer so that the amount dropped per unit area is the same. Next, natural drying and vacuum drying are performed, so that the first coating layer is laminated directly or indirectly on the surface of the negative electrode substrate layer. Examples of the method for applying the first coating layer include spraying with a spray, coating with a dip coater, coating with a spin coater, and coating with a roll coater.

上記第1コート層の表面のX線光電子分光法によるスペクトルにおいて、P2Pのピーク位置は135eV以上である。当該リチウム二次電池用の負極の製造方法は、負極基材層の表面にフッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有する第1コート層形成材料の塗工により、上記負極基材層の表面に直接又は間接に第1コート層が積層され、上記第1コート層の表面のX線光電子分光法によるスペクトルにおいて、P2Pのピーク位置が135eV以上であることで、常に負極表面において良好な被膜が維持される結果、デンドライトの成長が抑制されて、短絡の発生が遅延することになると考えられる。従って、リチウム二次電池用の負極の製造方法は、リチウム二次電池における短絡発生を抑制できるリチウム二次電池用の負極を製造できる。 In the spectrum of the surface of the first coating layer by X-ray photoelectron spectroscopy, the peak position of P 2P is 135 eV or more. In the manufacturing method of the negative electrode for lithium secondary batteries, the first coating layer is directly or indirectly laminated on the surface of the negative electrode substrate layer by applying a first coating layer forming material containing a phosphorus compound containing fluorine atoms and oxygen atoms to the surface of the negative electrode substrate layer, and in the spectrum of the surface of the first coating layer by X-ray photoelectron spectroscopy, the peak position of P 2P is 135 eV or more, so that a good coating is always maintained on the negative electrode surface, and the growth of dendrites is suppressed, and the occurrence of a short circuit is delayed. Therefore, the manufacturing method of the negative electrode for lithium secondary batteries can manufacture a negative electrode for lithium secondary batteries that can suppress the occurrence of a short circuit in the lithium secondary battery.

また、当該リチウム二次電池用の負極の製造方法は、上記負極基材層と上記第1コート層との間にリチウム金属層を積層することを備えることが好ましい。上記リチウム金属層を積層する工程は、例えば上記負極基材層とリチウム金属層とをプレス等をすることにより行うことができる。 The method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery preferably includes laminating a lithium metal layer between the negative electrode substrate layer and the first coating layer. The step of laminating the lithium metal layer can be performed, for example, by pressing the negative electrode substrate layer and the lithium metal layer together.

当該リチウム二次電池用の負極の製造方法においては、上記第1コート層を積層することの前に、上記負極基材層の表面に直接又は間接に第2コート層を積層することを備えることが好ましい。上記第2コート層の積層方法としては、例えば第2コート層の材料のスパッタリング、蒸着、めっき、塗工等が挙げられる。 In the method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery, it is preferable to laminate a second coating layer directly or indirectly on the surface of the negative electrode substrate layer before laminating the first coating layer. Examples of the method for laminating the second coating layer include sputtering, vapor deposition, plating, coating, etc. of the material for the second coating layer.

<リチウム二次電池の製造方法>
本実施形態の一実施形態に係るリチウム二次電池の製造方法は、上述の当該負極又は当該負極の製造方法により得られた負極を用いてリチウム二次電池を作成することを備える。当該リチウム二次電池の製造方法が、当該負極、又は当該負極の製造方法により得られた負極を用いてリチウム二次電池を作製することを備えるので、短絡発生が抑制されたリチウム二次電池を製造できる。当該製造方法は、例えば、電極体を準備することと、非水電解質を準備することと、電極体及び非水電解質を容器に収容することとを備える。上記電極体を準備することは、正極を準備することと、当該負極を準備することと、セパレータを介して正極及び当該負極を積層又は巻回することにより電極体を形成することとを備える。当該負極を準備することは、当該負極又は当該負極の製造方法により得られた負極を用いることを備える。
<Method of manufacturing lithium secondary battery>
The method for producing a lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention includes producing a lithium secondary battery using the above-mentioned negative electrode or a negative electrode obtained by the method for producing the negative electrode. Since the method for producing a lithium secondary battery includes producing a lithium secondary battery using the negative electrode or a negative electrode obtained by the method for producing the negative electrode, a lithium secondary battery in which short circuit occurrence is suppressed can be produced. The method for producing a lithium secondary battery includes, for example, preparing an electrode body, preparing a non-aqueous electrolyte, and housing the electrode body and the non-aqueous electrolyte in a container. Preparing the electrode body includes preparing a positive electrode, preparing the negative electrode, and forming an electrode body by stacking or rolling the positive electrode and the negative electrode with a separator interposed therebetween. Preparing the negative electrode includes using the negative electrode or a negative electrode obtained by the method for producing the negative electrode.

非水電解質を容器に収容することは、公知の方法から適宜選択できる。例えば、非水電解質に非水電解液を用いる場合、容器に形成された注入口から非水電解液を注入した後、注入口を封止すればよい。当該製造方法によって得られるリチウム二次電池を構成する各要素についての詳細は上述したとおりである。 The method of placing the non-aqueous electrolyte in the container can be appropriately selected from known methods. For example, when a non-aqueous electrolyte solution is used as the non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte solution is injected through an injection port formed in the container, and the injection port is then sealed. Details of each element constituting the lithium secondary battery obtained by this manufacturing method are as described above.

[その他の実施形態]
尚、本発明のリチウム二次電池は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成又は周知技術に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。また、ある実施形態の構成に対して周知技術を付加することができる。
[Other embodiments]
The lithium secondary battery of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. For example, the configuration of one embodiment may be added to the configuration of another embodiment, and a part of the configuration of one embodiment may be replaced with the configuration of another embodiment or a well-known technique. Furthermore, a part of the configuration of one embodiment may be deleted. Also, a well-known technique may be added to the configuration of one embodiment.

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する。本発明は以下の実施例に限定されない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. The present invention is not limited to the following examples.

[実施例1、実施例2、実施例4及び比較例1]
(負極の作製)
負極基材層を構成する金属箔として、平均厚さ10μmの銅箔を準備した。上記銅箔に厚さ100μmのリチウム金属板を積層した後、上記リチウム金属板の表面に、表1に示す第1コート層を積層した。第1コート層は、下記の手順に基づいて形成した。このようにして得た負極は、いずれも、幅32mm、長さ42mmの矩形状である。
[Examples 1, 2, and 4, and Comparative Example 1]
(Preparation of negative electrode)
A copper foil having an average thickness of 10 μm was prepared as the metal foil constituting the negative electrode base material layer. A lithium metal plate having a thickness of 100 μm was laminated on the copper foil, and then a first coating layer shown in Table 1 was laminated on the surface of the lithium metal plate. The first coating layer was formed according to the following procedure. Each of the negative electrodes thus obtained was rectangular with a width of 32 mm and a length of 42 mm.

(第1コート層の形成)
リチウムジフルオロホスフェート(LiDFP)を、1,2-ジメトキシエタン(DME)溶媒に溶解させ、溶液を調整した。溶液におけるLiDFPの濃度は5.0質量%とし、これを第1コート層形成材料とした。次に、上記リチウム金属板の表面に、上記第1コート層形成材料を単位面積当たりの滴下量が同じとなるようにスポイトで滴下し、自然に濡れ広がらせることにより塗工した後、自然乾燥及び真空乾燥を行った。上記第1コート層の塗工量は、約0.60mg/cmであった。
(Formation of the first coating layer)
Lithium difluorophosphate (LiDFP) was dissolved in 1,2-dimethoxyethane (DME) solvent to prepare a solution. The concentration of LiDFP in the solution was 5.0 mass%, and this was used as the first coat layer forming material. Next, the first coat layer forming material was dropped onto the surface of the lithium metal plate with a dropper so that the drop amount per unit area was the same, and the material was allowed to spread naturally, after which it was naturally dried and vacuum dried. The coating amount of the first coat layer was about 0.60 mg/ cm2 .

(正極の作製)
正極活物質として、α-NaFeO型結晶構造を有し、Li1+αMe1-α(Meは遷移金属)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を用いた。ここで、LiとMeのモル比Li/Meは1.33であり、Meは、Ni及びMnからなり、Ni:Mn=0.33:0.67のモル比で含んでいるものであった。
(Preparation of Positive Electrode)
The positive electrode active material used was a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 type crystal structure and expressed as Li 1+α Me 1-α O 2 (Me is a transition metal), where the molar ratio of Li to Me, Li/Me, was 1.33, and Me was composed of Ni and Mn in a molar ratio of Ni:Mn=0.33:0.67.

次に、N-メチルピロリドン(NMP)を分散媒とし、上記正極活物質、導電剤であるアセチレンブラック(AB)、バインダであるポリフッ化ビニリデン(PVDF)及びホスホン酸を92.25:4.5:3.0:0.25の質量比で含有する正極ペーストを作製した。正極基材である平均厚さ15μmのアルミニウム箔の片面に、上記正極ペーストを塗工し、乾燥し、プレスし、正極活物質層が配置された正極を作製した。正極活物質層の塗工量は、26.5mg/cmであり、多孔度は40%であった。また、作製した正極は、幅30mm、長さ40mmの矩形状である。 Next, a positive electrode paste containing N-methylpyrrolidone (NMP) as a dispersion medium, the positive electrode active material, acetylene black (AB) as a conductive agent, polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and phosphonic acid in a mass ratio of 92.25: 4.5: 3.0: 0.25 was prepared. The positive electrode paste was applied to one side of an aluminum foil having an average thickness of 15 μm as a positive electrode substrate, dried, and pressed to prepare a positive electrode having a positive electrode active material layer. The coating amount of the positive electrode active material layer was 26.5 mg / cm 2 , and the porosity was 40%. The prepared positive electrode was rectangular with a width of 30 mm and a length of 40 mm.

(非水電解質の調製)
非水溶媒として、フルオロエチレンカーボネート(FEC)及び2,2,2-トリフルオロエチルメチルカーボネート(TFEMC)を用いた。そして、FEC:TFEMC=30:70の体積比で混合された混合溶媒にLiPFを1mol/dmの濃度で溶解させ、非水電解質とした。
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
Fluoroethylene carbonate (FEC) and 2,2,2-trifluoroethyl methyl carbonate (TFEMC) were used as the non-aqueous solvent. LiPF6 was dissolved at a concentration of 1 mol/ dm3 in a mixed solvent in which FEC:TFEMC was mixed at a volume ratio of 30:70 to prepare a non-aqueous electrolyte.

(リチウム二次電池の作製)
セパレータとして、ポリプロピレン製微孔膜を用いた。セパレータを介して、上記正極と上記負極とを積層することにより電極体を作製した。この電極体を容器に収納し、内部に上記非水電解質を注入した後、熱溶着により封口し、パウチセルである実施例1、実施例2、実施例4及び比較例1のリチウム二次電池を得た。
(Preparation of Lithium Secondary Battery)
A polypropylene microporous membrane was used as the separator. The positive electrode and the negative electrode were laminated with the separator interposed therebetween to prepare an electrode body. The electrode body was placed in a container, the nonaqueous electrolyte was injected therein, and the container was sealed by thermal welding to obtain the lithium secondary batteries of Examples 1, 2, and 4, and Comparative Example 1, which were pouch cells.

[比較例2]
上記リチウム金属板の表面に第1コート層を積層しないことと、非水電解質として、上記非水電解質にLiDFPを約0.5質量%添加して飽和溶液としたものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして比較例2のリチウム二次電池を得た。
[Comparative Example 2]
A lithium secondary battery of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that a first coating layer was not laminated on the surface of the lithium metal plate, and a saturated solution obtained by adding about 0.5 mass % LiDFP to the nonaqueous electrolyte was used as the nonaqueous electrolyte.

[比較例3及び比較例5]
上記リチウム金属板の表面に第1コート層を積層しないこと以外は、実施例1と同様にして比較例3及び比較例5のリチウム二次電池を得た。
[Comparative Example 3 and Comparative Example 5]
Lithium secondary batteries of Comparative Examples 3 and 5 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the first coating layer was not laminated on the surface of the lithium metal plate.

[実施例3]
上記リチウム金属板の表面に、金を主成分とする第2コート層を形成した後、第2コート層の表面に実施例1と同様にして第1コート層を積層したこと以外は、実施例1と同様にして実施例3のリチウム二次電池を得た。第2コート層は、下記の手順に基づいて形成した。
[Example 3]
A lithium secondary battery of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1, except that a second coating layer containing gold as a main component was formed on the surface of the lithium metal plate, and then a first coating layer was laminated on the surface of the second coating layer in the same manner as in Example 1. The second coating layer was formed according to the following procedure.

(第2コート層の形成)
スパッタリング法を用いて次の手順でリチウム金属板の表面に第2コート層を形成した。スパッタリング装置として、JEOL製MAGNETRON SPUTTERING DEVICE(JUC-5000)を用い、ターゲットには純度99.99%の金を用いた。リチウム金属板の表面からターゲットまでの高さは25mmとし、コート電流は10mAとして、リチウム金属板の表面に金をスパッタリングした。なお、スパッタリングは、1回5分とし、それを合計3回実施した。上記の作業は全てドライルーム内で行った。第2コート層の塗工量は、約0.25mg/cmであった。
(Formation of second coating layer)
A second coating layer was formed on the surface of the lithium metal plate by the following procedure using a sputtering method. A JEOL MAGNETRON SPUTTERING DEVICE (JUC-5000) was used as the sputtering device, and gold with a purity of 99.99% was used as the target. The height from the surface of the lithium metal plate to the target was 25 mm, and the coating current was 10 mA, and gold was sputtered onto the surface of the lithium metal plate. The sputtering was performed for 5 minutes each time, and was performed a total of three times. All of the above operations were performed in a dry room. The coating amount of the second coating layer was about 0.25 mg/ cm2 .

[比較例4]
リチウム金属板の表面に第1コート層を積層しないこと以外は、実施例3と同様にして比較例4のリチウム二次電池を得た。
[Comparative Example 4]
A lithium secondary battery of Comparative Example 4 was obtained in the same manner as in Example 3, except that the first coating layer was not laminated on the surface of the lithium metal plate.

(初期充放電)
得られた各リチウム二次電池について、25℃にて、以下の条件にて2サイクルの初期充放電を行った。充電は、充電電流0.1C、充電電圧4.7Vの定電流定電圧(CCCV)充電とし、充電終止条件は、充電電流が0.05Cとなるまでとした。放電は、放電電流0.1C、放電終止電圧2.0Vの定電流(CC)放電とした。充電後及び放電後にはそれぞれ10分間の休止期間を設けた。なお、ここでの1Cは、正極の単位面積あたりの電流値で6.0mA/cmとした。
(Initial charge/discharge)
Each of the obtained lithium secondary batteries was subjected to two cycles of initial charge and discharge under the following conditions at 25° C. The charge was a constant current constant voltage (CCCV) charge with a charge current of 0.1 C and a charge voltage of 4.7 V, and the charge termination condition was until the charge current reached 0.05 C. The discharge was a constant current (CC) discharge with a discharge current of 0.1 C and a discharge termination voltage of 2.0 V. A rest period of 10 minutes was provided after each charge and discharge. Here, 1 C was a current value per unit area of the positive electrode of 6.0 mA/cm 2 .

(XPS測定)
上記実施例1、実施例2及び比較例1から比較例3に係るそれぞれの初回充放電後の負極について、以下の手順にてXPS測定を行った。初回充放電後の完全放電状態の各リチウム二次電池を露点-60℃以下のアルゴン雰囲気中にて解体して負極を取り出し、ジメチルカーボネートで洗浄したのち、室温で減圧乾燥した。得られた負極をアルゴン雰囲気中にてトランスファーベッセルに封入し、上記した条件にて上記実施例1、実施例2、比較例1における負極の第1コート層表面のXPS測定を行った。また、比較例2、比較例3はリチウム金属板表面のXPS測定を行った。得られたスペクトルから、上記した方法により、P2pのピーク位置を求めた。
(XPS Measurement)
The negative electrodes after the initial charge and discharge according to the above-mentioned Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 to Comparative Example 3 were subjected to XPS measurement according to the following procedure. Each lithium secondary battery in a fully discharged state after the initial charge and discharge was disassembled in an argon atmosphere with a dew point of -60°C or less, the negative electrodes were taken out, washed with dimethyl carbonate, and then dried under reduced pressure at room temperature. The obtained negative electrodes were sealed in a transfer vessel in an argon atmosphere, and XPS measurement was performed on the first coating layer surface of the negative electrodes in the above-mentioned Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 under the above-mentioned conditions. In addition, XPS measurement was performed on the lithium metal plate surface in Comparative Example 2 and Comparative Example 3. From the obtained spectrum, the peak position of P2p was determined by the above-mentioned method.

(充放電サイクル試験)
初期充放電後の実施例3及び実施例4、比較例4及び比較例5のリチウム二次電池について、25℃にて、以下の条件にて80サイクルの充放電サイクル試験を行った。充電は、充電電流0.2C、充電電圧4.7Vの定電流定電圧(CCCV)充電とし、充電終止条件は、充電電流が0.05Cとなるまでとした。放電は、放電電流0.1C、放電終止電圧2.0Vの定電流(CC)放電とした。充電後及び放電後にはそれぞれ10分間の休止期間を設けた。
(Charge-discharge cycle test)
The lithium secondary batteries of Examples 3 and 4, Comparative Examples 4 and 5 after the initial charge and discharge were subjected to 80 charge and discharge cycle tests at 25° C. under the following conditions: Charging was performed as a constant current constant voltage (CCCV) charge with a charging current of 0.2 C and a charging voltage of 4.7 V, and the charge termination condition was that the charging current was until the charging current reached 0.05 C. Discharging was performed as a constant current (CC) discharge with a discharging current of 0.1 C and a discharge termination voltage of 2.0 V. A rest period of 10 minutes was provided after each charging and discharging.

(充放電サイクル試験後の容量維持率)
上記充放電サイクル試験の1サイクル目の放電容量に対する80サイクル目の放電容量の百分率を「充放電サイクル後の容量維持率(%)」とした。
(Capacity retention rate after charge/discharge cycle test)
The percentage of the discharge capacity at the 80th cycle to the discharge capacity at the 1st cycle in the charge-discharge cycle test was defined as the "capacity maintenance rate (%) after charge-discharge cycles."

(短絡発生までのサイクル数)
実施例1から実施例4及び比較例1から比較例5における短絡発生までのサイクル数は、以下の手順で評価した。上記初期充放電の後、上記充放電サイクル試験と同様の方法にて、サイクル数に上限を設けずに充放電サイクル試験を行った。短絡の発生の有無は、充放電サイクル中の充電電気量の上昇によるクーロン効率の低下の有無により確認した。具体的には、充電電気量が、直前のサイクルと比較して上昇し、かつクーロン効率が99%を下回ったときを短絡発生と判断した。上記の「クーロン効率」は、そのサイクルでの充電電気量に対する放電容量の百分率である。
(Number of cycles until short circuit occurs)
The number of cycles until the occurrence of a short circuit in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 was evaluated by the following procedure. After the above initial charge and discharge, a charge and discharge cycle test was performed in the same manner as in the above charge and discharge cycle test, without setting an upper limit on the number of cycles. The occurrence of a short circuit was confirmed by the presence or absence of a decrease in Coulomb efficiency due to an increase in the amount of charged electricity during the charge and discharge cycle. Specifically, it was determined that a short circuit had occurred when the amount of charged electricity increased compared to the immediately preceding cycle and the Coulomb efficiency fell below 99%. The above "Coulomb efficiency" is the percentage of the discharge capacity relative to the amount of charged electricity in that cycle.

実施例1、実施例2及び比較例1から比較例3におけるXPS測定により得られたP2pのピーク位置及び短絡発生までのサイクル数を表1に示す。実施例3、実施例4、比較例4及び比較例5における短絡発生までのサイクル数及び充放電サイクル後の容量維持率を表2に示す。 Table 1 shows the P2p peak positions and the number of cycles until short circuit occurrence obtained by XPS measurement in Example 1, Example 2, and Comparative Examples 1 to 3. Table 2 shows the number of cycles until short circuit occurrence and the capacity retention rate after charge/discharge cycles in Example 3, Example 4, Comparative Example 4, and Comparative Example 5.

Figure 0007600636000001
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Figure 0007600636000002
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表1に示されるように、第1コート層の表面のX線光電子分光法によるスペクトルにおいて、P2Pのピーク位置が135eV以上である実施例1及び実施例2は、上記P2Pのピーク位置が135eV未満である比較例1から比較例3と比べると、短絡発生までのサイクル数が多く、短絡発生が抑制された。また、比較例2の結果から、実施例1及び実施例2は、LiDFPを電解液添加剤として添加する場合と比較しても、短絡発生がさらに抑制されたことがわかる。なお、実施例1及び実施例2と、第1コート層におけるLiDFPの塗工量が約0.06mg/cmである比較例1とでP2Pのピーク位置が異なっているが、これは、比較例1においては初回充放電でLiDFPが分解されて第1コート層が消失したことによると推測される。 As shown in Table 1, in the spectrum of the surface of the first coating layer by X-ray photoelectron spectroscopy, in Example 1 and Example 2 in which the peak position of P 2P is 135 eV or more, the number of cycles until short circuit occurrence was greater than that in Comparative Example 1 to Comparative Example 3 in which the peak position of P 2P is less than 135 eV, and the occurrence of short circuit was suppressed. In addition, from the result of Comparative Example 2, it can be seen that the occurrence of short circuit is further suppressed in Example 1 and Example 2, even when compared with the case in which LiDFP is added as an electrolyte additive. In addition, the peak position of P 2P is different between Example 1 and Example 2 and Comparative Example 1 in which the coating amount of LiDFP in the first coating layer is about 0.06 mg / cm 2 , but this is presumably due to the fact that LiDFP is decomposed during the initial charge and discharge in Comparative Example 1 and the first coating layer disappears.

表2に示されるように、第1コート層のみを備える実施例4は、第2コート層のみを備える比較例4及びコート層を備えていない比較例5よりも短絡発生が抑制された。また、第1コート層及び第2コート層を備える実施例3は、第1コート層のみを備える実施例4及び第2コート層のみを備える比較例4と比べると短絡発生が大きく抑制されており、第1コート層と第2コート層とを備えることで、短絡抑制に対して相乗効果を得られることが示された。 As shown in Table 2, Example 4, which has only the first coating layer, suppressed the occurrence of short circuits more than Comparative Example 4, which has only the second coating layer, and Comparative Example 5, which has no coating layer. Also, Example 3, which has the first and second coating layers, suppressed the occurrence of short circuits more significantly than Example 4, which has only the first coating layer, and Comparative Example 4, which has only the second coating layer, showing that the inclusion of the first and second coating layers provides a synergistic effect in suppressing short circuits.

以上の結果、当該リチウム二次電池用の負極は、リチウム二次電池における短絡発生を抑制できることが示された。 The above results show that the negative electrode for lithium secondary batteries can suppress the occurrence of short circuits in lithium secondary batteries.

本発明は、パーソナルコンピュータ、飛行機等の飛行体、通信端末等の電子機器、自動車などの電源として使用されるリチウム二次電池などに適用できる。 The present invention can be applied to lithium secondary batteries used as power sources for personal computers, flying objects such as airplanes, electronic devices such as communication terminals, automobiles, etc.

1 リチウム二次電池
2 電極体
3 容器
4 正極端子
41 正極リード
5 負極端子
51 負極リード
20 蓄電ユニット
30 蓄電装置
Reference Signs List 1 Lithium secondary battery 2 Electrode body 3 Container 4 Positive electrode terminal 41 Positive electrode lead 5 Negative electrode terminal 51 Negative electrode lead 20 Power storage unit 30 Power storage device

Claims (7)

負極基材層と、
上記負極基材層に積層され、最表面に位置する第1コート層と
上記負極基材層と上記第1コート層との間に積層されているリチウム金属層と
を備え、
上記第1コート層がフッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有し、
上記第1コート層の表面のX線光電子分光法によるスペクトルにおいて、P2Pのピーク位置が135eV以上であるリチウム二次電池用の負極。
A negative electrode substrate layer;
A first coating layer that is laminated on the negative electrode base material layer and is located on the outermost surface ;
a lithium metal layer laminated between the negative electrode substrate layer and the first coating layer;
Equipped with
the first coating layer contains a phosphorus compound containing a fluorine atom and an oxygen atom,
The negative electrode for a lithium secondary battery, wherein in a spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy of the surface of the first coating layer, a P2P peak position is 135 eV or higher.
負極基材層と、A negative electrode substrate layer;
上記負極基材層に積層され、最表面に位置する第1コート層と、A first coating layer that is laminated on the negative electrode base material layer and is located on the outermost surface;
放電時に溶解し、充電時に上記負極基材層と上記第1コート層との間に析出する析出型リチウム金属層とa deposition-type lithium metal layer that dissolves during discharge and deposits between the negative electrode substrate layer and the first coating layer during charge;
を備え、Equipped with
上記第1コート層がフッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有し、the first coating layer contains a phosphorus compound containing a fluorine atom and an oxygen atom,
上記第1コート層の表面のX線光電子分光法によるスペクトルにおいて、PIn the spectrum of the surface of the first coating layer by X-ray photoelectron spectroscopy, 2P2P のピーク位置が135eV以上であるリチウム二次電池用の負極。The negative electrode for a lithium secondary battery has a peak position of 135 eV or more.
上記負極基材層と上記第1コート層との間、かつ上記負極基材層の表面に直接又は間接に積層されている第2コート層を備え、
上記第2コート層が金、スズ、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、白金、これらのいずれかを含むリチウム合金、カーボンナノチューブのうちの少なくとも1つを主成分とする請求項1又は請求項2に記載の負極。
a second coating layer is provided between the negative electrode base material layer and the first coating layer and is laminated directly or indirectly on a surface of the negative electrode base material layer;
3. The negative electrode according to claim 1, wherein the second coating layer is mainly composed of at least one of gold, tin, zinc, magnesium, aluminum, platinum, a lithium alloy containing any of these metals, and carbon nanotubes.
上記リチウム金属層又は上記析出型リチウム金属層が、上記負極基材層と上記第2コート層との間、上記第1コート層と上記第2コート層との間、又はこれらの組み合わせに積層される又は析出する請求項3に記載の負極。 The negative electrode according to claim 3, wherein the lithium metal layer or the precipitated lithium metal layer is laminated or precipitated between the negative electrode substrate layer and the second coating layer, between the first coating layer and the second coating layer, or a combination thereof. 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の負極を備えるリチウム二次電池。 A lithium secondary battery comprising the negative electrode according to any one of claims 1 to 4. 負極基材層の表面に直接又は間接にリチウム金属層を積層すること、及び
フッ素原子及び酸素原子を含むリン化合物を含有する第1コート層形成材料の塗工により、上記負極基材層に第1コート層を最表面に位置するように積層することを備え、
上記第1コート層の表面のX線光電子分光法によるスペクトルにおいて、P2Pのピーク位置が135eV以上であるリチウム二次電池用の負極の製造方法。
The method includes laminating a lithium metal layer directly or indirectly on a surface of a negative electrode base material layer, and laminating a first coating layer on the negative electrode base material layer so as to be located on the outermost surface thereof by applying a first coating layer forming material containing a phosphorus compound containing fluorine atoms and oxygen atoms,
The method for producing a negative electrode for a lithium secondary battery, wherein a P2P peak position in a spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy of the surface of the first coating layer is 135 eV or higher.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の負極、又は請求項6に記載の負極の製造方法により得られた負極を用いてリチウム二次電池を作製することを備えるリチウム二次電池の製造方法。 A method for producing a lithium secondary battery, comprising producing a lithium secondary battery using the negative electrode according to any one of claims 1 to 4, or the negative electrode obtained by the method for producing a negative electrode according to claim 6.
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