JP2020053282A - Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池は、金属箔の表面に電極活物質層を形成した両電極と、両電極の間に配置されるセパレータを備えるものが一般的である。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いことから、電力貯蔵用の大型定置用電源、電気自動車用等の電源として利用されており、近年では電池の小型化及び薄型化の研究が進展している。このような中、機器の高性能化に伴ってリチウムイオン二次電池の高容量化がさらに要求され、エネルギー密度をより向上させることが重要となる。 A lithium ion secondary battery generally includes two electrodes each having an electrode active material layer formed on a surface of a metal foil, and a separator disposed between the two electrodes. Lithium-ion secondary batteries have been used as large stationary power supplies for power storage and power supplies for electric vehicles due to their high energy density.In recent years, research into battery miniaturization and thinning has progressed. I have. In such a situation, a higher capacity of the lithium ion secondary battery is further demanded with higher performance of the device, and it is important to further improve the energy density.
リチウムイオン二次電池のエネルギー密度を向上させる手段として、集電体上の活物質層を厚くすることが行なわれている。しかし、活物質層の厚さを大きくすると、活物質層から集電体までの距離が長くなるため、活物質層の表面から集電体近傍まで電解液が浸透しにくくなり、充放電特性が向上しない場合がある。 As a means for improving the energy density of a lithium ion secondary battery, an active material layer on a current collector is thickened. However, when the thickness of the active material layer is increased, the distance from the active material layer to the current collector increases, so that the electrolyte does not easily penetrate from the surface of the active material layer to the vicinity of the current collector, and the charge / discharge characteristics are reduced. May not improve.
そこで、特許文献1では、活物質層の厚さが集電体の片面あたり20〜200μmであり、活物質含有層へのジエチルカーボネートの浸透速度が0.1g/cm2・分以上である電極が提案されている。 Therefore, in Patent Document 1, an electrode in which the thickness of the active material layer is 20 to 200 μm per one side of the current collector and the penetration rate of diethyl carbonate into the active material containing layer is 0.1 g / cm 2 · min or more. Has been proposed.
しかし、特許文献1では、負極活物質含有層の空隙率を、集電体近傍で大きくしているため、集電体近傍での負極活物質含有層の剥離が生じやすくなり、耐久性の低下が懸念される。
また、エネルギー密度が高くなると電解液の浸透速度が遅くなり良好な充放電特性が得られにくくなる。一方で、電解液の浸透速度を早くするために電極密度を低くすることが考えられるが、電極密度が低くなるとエネルギー密度も低下してしまう。
However, in Patent Literature 1, since the porosity of the negative electrode active material-containing layer is increased near the current collector, the negative electrode active material-containing layer is likely to peel off near the current collector, resulting in reduced durability. Is concerned.
In addition, when the energy density is high, the permeation rate of the electrolytic solution becomes slow, and it becomes difficult to obtain good charge / discharge characteristics. On the other hand, it is conceivable to lower the electrode density in order to increase the permeation rate of the electrolytic solution. However, when the electrode density decreases, the energy density also decreases.
そこで、本発明は、良好なエネルギー密度を有し、充放電特性や耐久性といった電極特性の優れた負極電極を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a negative electrode having a good energy density and excellent electrode characteristics such as charge / discharge characteristics and durability.
本発明者らは、鋭意検討の結果、負極における活物質層の電極密度と、活物質層への電解液浸透速度とを特定の範囲とすることで、上記課題が解決できることを見出し、以下の本発明を完成させた。本発明の要旨は、下記のとおりである。 The present inventors have conducted intensive studies and found that the above-mentioned problems can be solved by setting the electrode density of the active material layer in the negative electrode and the rate of penetration of the electrolyte into the active material layer in a specific range. The present invention has been completed. The gist of the present invention is as follows.
[1] 負極集電体と、該負極集電体上に形成されてなる負極活物質層とを含むリチウムイオン二次電池用負極であって、前記負極活物質層の電極密度が1.4g/cm3以上であり、前記負極活物質層中への電解液浸透速度が0.04cm/min以上である、リチウムイオン二次電池用負極。
[2] 前記負極活物質層に含まれる負極活物質のメジアン径(D50)が7〜15μmである[1]に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
[3] 前記負極活物質の比表面積が0.5〜7m2/gである[1]又は[2]に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
[4] 負極活物質が、天然黒鉛と人造黒鉛を含む[2]又は[3]に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
[5] [1]〜[4]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極を含むリチウムイオン二次電池。
[1] A negative electrode for a lithium ion secondary battery including a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector, wherein the negative electrode active material layer has an electrode density of 1.4 g. / Cm 3 or more, and the electrolyte penetration rate into the negative electrode active material layer is 0.04 cm / min or more.
[2] The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to [1], wherein the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer has a median diameter (D 50 ) of 7 to 15 μm.
[3] The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to [1] or [2], wherein the specific surface area of the negative electrode active material is 0.5 to 7 m 2 / g.
[4] The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to [2] or [3], wherein the negative electrode active material contains natural graphite and artificial graphite.
[5] A lithium ion secondary battery including the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [4].
本発明によれば、良好なエネルギー密度を有し、充放電特性や耐久性といった電極特性の優れた負極電極を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a negative electrode having good energy density and excellent electrode characteristics such as charge / discharge characteristics and durability.
<リチウムイオン二次電池用負極>
以下、本発明のリチウムイオン二次電池用負極について詳細に説明する。
図1に示すように、リチウムイオン二次電池用負極10は、負極集電体13と、該集電体上に形成されてなる負極活物質層11とを含む。なお、負極活物質層11は、負極集電体13の両表面に積層されてもよい。
<Negative electrode for lithium ion secondary battery>
Hereinafter, the negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention will be described in detail.
As shown in FIG. 1, the negative electrode 10 for a lithium ion secondary battery includes a negative electrode current collector 13 and a negative electrode active material layer 11 formed on the current collector. In addition, the negative electrode active material layer 11 may be laminated on both surfaces of the negative electrode current collector 13.
ここで、負極活物質層11の電極密度は1.4g/cm3以上であり、負極活物質層11中への電解液浸透速度は0.04cm/min以上となっている。 Here, the electrode density of the negative electrode active material layer 11 is 1.4 g / cm 3 or more, and the electrolyte penetration rate into the negative electrode active material layer 11 is 0.04 cm / min or more.
電極密度が1.4g/cm3未満であると、単位体積当たりの負極活物質量が減少し容量低下によりエネルギー密度が下がってしまう。電極密度は、1.55g/cm3以上が好ましく、1.56g/cm3以上がより好ましい。また、負極活物質層の破損を防ぎ、良好な初期容量を維持する観点から、2.0g/cm3以下が好ましく、1.8g/cm3以下がより好ましい。電極密度は実施例に記載の方法により測定することができる。 When the electrode density is less than 1.4 g / cm 3 , the amount of the negative electrode active material per unit volume decreases, and the energy density decreases due to a decrease in capacity. Electrode density is preferably 1.55 g / cm 3 or more, 1.56 g / cm 3 or more is more preferable. In addition, from the viewpoint of preventing damage to the negative electrode active material layer and maintaining a good initial capacity, 2.0 g / cm 3 or less is preferable, and 1.8 g / cm 3 or less is more preferable. The electrode density can be measured by the method described in Examples.
電解液浸透速度が0.04cm/min未満であると、Li移動速度が低減し入力特性といった電極性能が低下してしまう。電解液浸透速度は、0.041cm/min以上が好ましく、0.043cm/min以上がより好ましい。また、電極密度を1.4g/cm3以上に維持する観点から、電解液浸透速度は、0.1cm/min以下が好ましく、0.06cm/min以下がより好ましい。電解液浸透速度は実施例に記載の方法により測定することができる。 If the electrolyte permeation rate is less than 0.04 cm / min, the Li transfer rate is reduced and the electrode performance such as input characteristics is reduced. The electrolyte penetration rate is preferably 0.041 cm / min or more, and more preferably 0.043 cm / min or more. In addition, from the viewpoint of maintaining the electrode density at 1.4 g / cm 3 or more, the electrolyte permeation rate is preferably equal to or less than 0.1 cm / min, and more preferably equal to or less than 0.06 cm / min. The electrolyte permeation rate can be measured by the method described in Examples.
電極密度及び電解液の浸透速度を上記の範囲とするには、例えば、負極活物質層を形成する際のプレス圧を400〜1200N/mの範囲で調整すればよい。また、電解液の浸透速度を所望の範囲とするために、例えば、負極活物質の粒度(メジアン径)を調整することが好ましい。そのほか、粒子形状や配向性等を調整してもよい。
以下、リチウムイオン二次電池用負極の構成をさらに詳細に説明する。
In order to set the electrode density and the permeation rate of the electrolytic solution in the above ranges, for example, the press pressure for forming the negative electrode active material layer may be adjusted in the range of 400 to 1200 N / m. Further, in order to set the permeation rate of the electrolyte solution in a desired range, for example, it is preferable to adjust the particle size (median diameter) of the negative electrode active material. In addition, you may adjust particle shape, orientation, etc.
Hereinafter, the configuration of the negative electrode for a lithium ion secondary battery will be described in more detail.
[負極活物質層]
負極活物質層は、典型的には、負極活物質と、負極用バインダーとを含み、適宜導電助剤等が含まれる。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer typically includes a negative electrode active material and a negative electrode binder, and appropriately includes a conductive additive and the like.
(負極活物質)
負極活物質層に使用される負極活物質としては、黒鉛、スズ化合物とシリコンと炭素の複合体、リチウムなどが挙げられるが、これら中では黒鉛が好ましく、黒鉛としては、天然黒鉛及び人造黒鉛が挙げられるが、少なくとも天然黒鉛を含むことが好ましい。
(Negative electrode active material)
Examples of the negative electrode active material used in the negative electrode active material layer include graphite, a composite of a tin compound and silicon and carbon, lithium, and the like.In these, graphite is preferred, and natural graphite and artificial graphite are preferred as graphite. Although it is preferable to include at least natural graphite.
天然黒鉛としては、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土壌黒鉛等が挙げられるが、これらの天然黒鉛の中で、土壌黒鉛は一般に粒径が小さいうえ、純度が低い。これに対して、鱗片状黒鉛や鱗状黒鉛は、黒鉛化度が高く不純物量が低い等の長所があるため、本発明において好ましく使用することができる。 Examples of the natural graphite include flaky graphite, flaky graphite, and soil graphite. Among these natural graphites, soil graphite generally has a small particle size and low purity. On the other hand, flaky graphite and flaky graphite have advantages such as a high degree of graphitization and a low impurity content, and can be preferably used in the present invention.
天然黒鉛は、薄片状、繊維状、不定形粒子などから適宜選択して用いることができるが、球状化されていることが好ましい。黒鉛粒子は一般的に平板状であるがために比表面積が高く、高充填化が難しいほか、リチウムイオンの吸脱着がエッジ面でしか起きないことが課題であった。このため、比表面積の低減と、等方的な結晶構造を取らせることを目的に球状化処理が行われる。この球状化処理を行うことにより、黒鉛粒子の形状を制御することもできる。球状化処理された球状化黒鉛のアスペクト比(短径/長径)は0.7〜1であることが好ましい。 Natural graphite can be appropriately selected from flaky, fibrous, amorphous particles and the like, and is preferably spherical. Graphite particles are generally flat, and therefore have a high specific surface area, making it difficult to achieve high packing. In addition, lithium ions are adsorbed and desorbed only on the edge surface. Therefore, a spheroidizing treatment is performed for the purpose of reducing the specific surface area and obtaining an isotropic crystal structure. By performing the spheroidizing treatment, the shape of the graphite particles can be controlled. It is preferable that the aspect ratio (minor axis / major axis) of the spheroidized graphite is 0.7 to 1.
球状化処理は、機械的な処理であっても、ピッチ等を使用して造粒を行う方法のいずれによってもよい。
黒鉛を複数集合させて黒鉛造粒物を形成する方法としては、たとえば、黒鉛原料のバインダー共存下で複数の鱗片状黒鉛を混合する方法、複数の鱗片状黒鉛に機械的外力を付与する方法、及び、上述の2つの方法を併用する方法がある。好ましくは、バインダー成分を用いずに機械的外力を付与して造粒する方法である。機械的外力を付与するための装置としては、たとえば、カウンタジェットミルAFG(登録商標、ホソカワミクロン株式会社製)、カレントジェット(登録商標、日清エンジニアリング株式会社製)、ACMパルベライザ(登録商標、ホソカワミクロン株式会社製)等の粉砕機、ハイブリダイゼーションシステム(登録商標、株式会社奈良機械製作所製)、メカノハイブリッド(登録商標、日本コークス工業株式会社製)である。
The spheroidizing treatment may be a mechanical treatment or a method of performing granulation using pitch or the like.
Examples of a method of forming graphite granules by assembling a plurality of graphite, for example, a method of mixing a plurality of flaky graphite in the presence of a binder of graphite raw material, a method of applying a mechanical external force to a plurality of flaky graphite, There is also a method of using the above two methods in combination. Preferably, it is a method of granulating by applying a mechanical external force without using a binder component. As a device for applying a mechanical external force, for example, a counter jet mill AFG (registered trademark, manufactured by Hosokawa Micron Corporation), a current jet (registered trademark, manufactured by Nisshin Engineering Co., Ltd.), an ACM pulverizer (registered trademark, Hosokawa Micron Co., Ltd.) ), A hybridization system (registered trademark, manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.), and a mechano hybrid (registered trademark, manufactured by Nippon Coke Industry Co., Ltd.).
人造黒鉛としては、例えば、コールタール・ピッチを原料としてメソフェーズ焼成炭素(バルクメソフェーズ)、コークス類(生コークス、グリーンコークス、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等)等を黒鉛化したもの、石炭系重質油、常圧残油、石油系重質油、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然高分子、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキシド、フルフリルアルコール樹脂、フェノール、ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂などの有機物を焼成し、2500℃〜3200℃の温度で黒鉛化したものが挙げられる。なかでも、メソフェーズ焼成炭素やコークス類が好ましい。 Examples of artificial graphite include, for example, graphitized mesophase calcined carbon (bulk mesophase) and cokes (raw coke, green coke, pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.) using coal tar pitch as a raw material, coal-based Heavy oil, atmospheric residual oil, petroleum heavy oil, aromatic hydrocarbon, nitrogen-containing cyclic compound, sulfur-containing cyclic compound, polyphenylene, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, natural polymer, polyphenylene Organic materials such as sulfide, polyphenylene oxide, furfuryl alcohol resin, phenol, formaldehyde resin and imide resin are calcined and graphitized at a temperature of 2500 to 3200 ° C. Of these, mesophase calcined carbon and cokes are preferred.
天然黒鉛及び人造黒鉛は、それぞれ単独で使用してもよいが、少なくとも、天然黒鉛を使用することが好ましい。また、耐久性をはじめとした電極性能の向上の観点からは、天然黒鉛及び人造黒鉛を混合して使用することが好ましく、この場合の質量比は、天然黒鉛/人造黒鉛で90/10〜50/50であることが好ましく、85/15〜60/40であることがより好ましい。上記範囲であれば、良好な電極特性と耐久性を発揮しやすくなる。 Natural graphite and artificial graphite may be used alone, but it is preferable to use at least natural graphite. From the viewpoint of improving electrode performance including durability, it is preferable to use a mixture of natural graphite and artificial graphite. In this case, the mass ratio of natural graphite / artificial graphite is 90/10 to 50. / 50, more preferably from 85/15 to 60/40. Within the above range, good electrode characteristics and durability can be easily exhibited.
負極活物質は特に限定されないが、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布において、体積積算が50%でのメジアン径(D50)は、パッキングの低下による電極密度低下の抑制の観点及び比表面積増加による副反応を抑制し初期充放電効率を向上させる観点から、7〜15μmであることが好ましい。上記観点から、14μm以下であることがより好ましく、また、9μm以上であることがより好ましい。なお、負極活物質が複数種ある場合は、これらを含めた全体で、D50が上記範囲を満たすことが好ましい。 Although the negative electrode active material is not particularly limited, in the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method, the median diameter (D50) at a volume integration of 50% is determined from the viewpoint of suppressing reduction in electrode density due to reduction in packing and increasing specific surface area. Is preferably from 7 to 15 μm from the viewpoint of suppressing the side reaction due to the above and improving the initial charge / discharge efficiency. From the above viewpoint, it is more preferably 14 μm or less, and more preferably 9 μm or more. When there are a plurality of types of negative electrode active materials, D50 preferably satisfies the above range as a whole including these.
負極活物質の比表面積は、アンカー効果を得てピール強度を上げる観点及び比表面積増加による副反応を抑制し初期充放電効率を向上させる観点から、0.5〜7m2/gであることが好ましい。上記観点から、0.8m2/g以上であることがより好ましく、また、6m2/g以下であることがより好ましい。なお、負極活物質が複数種ある場合は、これらを含めた全体で、比表面積が上記範囲を満たすことが好ましい。 The specific surface area of the negative electrode active material may be 0.5 to 7 m 2 / g from the viewpoint of increasing the peel strength by obtaining the anchor effect and suppressing the side reaction due to the increase of the specific surface area and improving the initial charge / discharge efficiency. preferable. From the above viewpoint, it is more preferably 0.8 m 2 / g or more, and further preferably 6 m 2 / g or less. When there are a plurality of types of negative electrode active materials, it is preferable that the specific surface area satisfies the above range as a whole including these.
負極活物質層における負極活物質の含有量は、負極活物質の機能を効率的に発揮させる観点から、負極活物質層全量基準で、50〜98.5質量%が好ましく、60〜98質量%がより好ましい。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is preferably 50 to 98.5% by mass, more preferably 60 to 98% by mass, based on the total amount of the negative electrode active material layer, from the viewpoint of efficiently exhibiting the function of the negative electrode active material. Is more preferred.
負極活物質の嵩密度は、初期充放電効率の向上の観点から、0.35g/cm3以上であることが好ましく、0.4g/cm3以上であることがより好ましい。また、パッキングの低下による電極密度低下の抑制の観点から、0.75g/cm3以下であることが好ましく、0.7g/cm3以下であることがより好ましい。なお、負極活物質が複数種ある場合は、これらを含めた全体で、嵩密度が上記範囲を満たすことが好ましい。嵩密度は実施例に記載の方法により測定することができる。 The bulk density of the negative electrode active material is preferably 0.35 g / cm 3 or more, and more preferably 0.4 g / cm 3 or more, from the viewpoint of improving the initial charge / discharge efficiency. In addition, from the viewpoint of suppressing a decrease in electrode density due to a decrease in packing, the amount is preferably 0.75 g / cm 3 or less, and more preferably 0.7 g / cm 3 or less. When there are a plurality of types of the negative electrode active materials, it is preferable that the bulk density including the above materials satisfy the above range. The bulk density can be measured by the method described in Examples.
負極活物質層は、導電助剤を含有してもよい。導電助剤は、上記負極活物質よりも導電性が高い材料が使用され、具体的には、カーボンブラック、カーボンナノファーバー、カーボンナノチューブ、黒鉛粒子などの炭素材料が挙げられる。
負極活物質層において、導電助剤が含有される場合、その含有量は、負極活物質層全量基準で、1〜30質量%であることが好ましく、2〜25質量%であることがより好ましい。
The negative electrode active material layer may contain a conductive auxiliary. As the conductive assistant, a material having higher conductivity than the above-described negative electrode active material is used, and specific examples thereof include carbon materials such as carbon black, carbon nanofiber, carbon nanotube, and graphite particles.
In the case where the negative electrode active material layer contains a conductive auxiliary, the content thereof is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 2 to 25% by mass, based on the total amount of the negative electrode active material layer. .
負極活物質層に含有される負極用バインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVDF−HFP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素含有樹脂、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのアクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリアクリロニトリル(PAN)、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ポリ(メタ)アクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、及びポリビニルアルコール等が挙げられる。これらバインダーは、1種単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。また、カルボキシメチルセルロースなどは、ナトリウム塩などの塩の態様にて使用されていてもよい。
上記例示の中でも、スチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースの塩との組み合わせが好ましい。この場合、スチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースの塩との質量比率(スチレンブタジエンゴム/カルボキシメチルセルロースの塩)は、30/70〜70/30であることが好ましく、40/60〜60/40であることがより好ましい。
Examples of the negative electrode binder contained in the negative electrode active material layer include fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP), and polytetrafluoroethylene (PTFE); Acrylic resin such as polymethyl acrylate (PMA) and polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl acetate, polyimide (PI), polyamide (PA), polyvinyl chloride (PVC), polyether nitrile (PEN), polyethylene (PE) , Polypropylene (PP), polyacrylonitrile (PAN), acrylonitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, poly (meth) acrylic acid, carboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, polyvinyl alcohol, etc. It is below. These binders may be used alone or in combination of two or more. Further, carboxymethyl cellulose and the like may be used in the form of a salt such as a sodium salt.
Among the above examples, a combination of a styrene butadiene rubber and a salt of carboxymethyl cellulose is preferable. In this case, the mass ratio of the styrene butadiene rubber and the salt of carboxymethyl cellulose (styrene butadiene rubber / salt of carboxymethyl cellulose) is preferably 30/70 to 70/30, and is 40/60 to 60/40. Is more preferred.
負極活物質層における負極用バインダーの含有量は、負極活物質層全量基準で、1.5〜40質量%であることが好ましく、2.0〜25質量%がより好ましい。 The content of the negative electrode binder in the negative electrode active material layer is preferably from 1.5 to 40% by mass, more preferably from 2.0 to 25% by mass, based on the total amount of the negative electrode active material layer.
負極活物質層の厚みは、特に限定されないが、10〜200μmであることが好ましく、50〜150μmであることがより好ましく、70〜110μmであることがさらに好ましい。 The thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably from 10 to 200 μm, more preferably from 50 to 150 μm, and even more preferably from 70 to 110 μm.
[負極集電体]
負極集電体を構成する材料としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性を有する金属が挙げられ、これらの中ではアルミニウム又は銅が好ましく、銅がより好ましい。負極集電体は、一般的に金属箔からなり、その厚さは、特に限定されないが、1〜50μmが好ましい。
[Negative electrode current collector]
Examples of the material constituting the negative electrode current collector include conductive metals such as copper, aluminum, titanium, nickel, and stainless steel. Among these, aluminum or copper is preferable, and copper is more preferable. The negative electrode current collector is generally made of a metal foil, and its thickness is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 μm.
[負極の製造方法]
本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、負極活物質、負極用バインダー、及び必要に応じて配合される導電助剤、溶媒を含有する負極活物質層用組成物を、負極集電体上に塗布し乾燥した後、加圧プレスすることにより製造することができる。
[Method of manufacturing negative electrode]
The negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention comprises a negative electrode active material, a negative electrode binder, and a conductive auxiliary compound, if necessary, a negative electrode active material layer-containing composition containing a solvent, on the negative electrode current collector. And dried, and then press-pressed.
負極活物質層用組成物における溶媒としては、水、N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、及びジメチルホルムアミドなどを使用する。負極活物質層用組成物の固形分濃度は、好ましくは5〜75質量%、より好ましくは20〜65質量%である。 As the solvent in the composition for the negative electrode active material layer, water, N-methylpyrrolidone, N-ethylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide, and the like are used. The solid concentration of the composition for a negative electrode active material layer is preferably 5 to 75% by mass, more preferably 20 to 65% by mass.
加圧プレスは、ロールプレスなどにより行えばよい。所望の電極密度及び電解液浸透速度を得る観点から、既述のとおり、プレス圧は400〜1200N/mの範囲、好ましくは500〜1000N/mの範囲、より好ましくは550〜900N/mの範囲で調整することが好ましい。 The pressure press may be performed by a roll press or the like. From the viewpoint of obtaining a desired electrode density and electrolyte permeation rate, as described above, the pressing pressure is in the range of 400 to 1200 N / m, preferably in the range of 500 to 1000 N / m, and more preferably in the range of 550 to 900 N / m. It is preferable to adjust with.
<リチウムイオン二次電池>
本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明のリチウムイオン二次電池用負極を含み、具体的には、正極と、正極と対向するように配置される上記負極と、正極と負極との間に配置されるセパレータとを備えている。
<Lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery of the present invention includes the negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention. Specifically, a positive electrode, the negative electrode disposed to face the positive electrode, and a positive electrode and a negative electrode And a separator to be disposed.
(正極)
本発明のリチウムイオン二次電池における正極は、正極活物質層を有し、好ましくは正極集電体と、正極集電体上に積層された正極活物質層とを有する。
(Positive electrode)
The positive electrode in the lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode active material layer, and preferably has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer laminated on the positive electrode current collector.
正極活物質層に使用される正極活物質としては、金属酸リチウム化合物が挙げられる。金属酸リチウム化合物としては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)等が例示できる。また、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)などであってもよい。さらに、リチウム以外の金属を複数使用したものでもよく、三元系と呼ばれるNCM(ニッケルコバルトマンガン)系酸化物、NCA(ニッケルコバルトアルミニウム系)系酸化物などを使用してもよい。これら中では、NCAが好ましい。
正極活物質層における正極活物質の含有量は、正極活物質層全量基準で、50〜98.5質量%が好ましく、70〜98質量%がより好ましく、85〜96質量%がさらに好ましい。
Examples of the positive electrode active material used in the positive electrode active material layer include a lithium metal oxide compound. Examples of the lithium metal oxide compound include lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and the like. Further, olivine-type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) may be used. Further, a plurality of metals other than lithium may be used, and an NCM (nickel-cobalt-manganese) -based oxide or an NCA (nickel-cobalt-aluminum-based) oxide called a ternary system may be used. Among them, NCA is preferred.
The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 50 to 98.5% by mass, more preferably 70 to 98% by mass, and still more preferably 85 to 96% by mass, based on the total amount of the positive electrode active material layer.
正極活物質は、粒子状であることが好ましい。正極活物質は、特に限定されないが、そのメジアン径が0.5〜50μmであることが好ましく、1〜30μmであることがより好ましい。 The positive electrode active material is preferably in the form of particles. The positive electrode active material is not particularly limited, but preferably has a median diameter of 0.5 to 50 μm, more preferably 1 to 30 μm.
(正極活物質用バインダー)
正極活物質層は、正極活物質及び導電助剤が正極用バインダーによって結着されて構成される。正極用バインダーの具体例としては、負極活物質層に含有される負極用バインダーで挙げられたものと同様である。
(Binder for positive electrode active material)
The positive electrode active material layer is formed by binding a positive electrode active material and a conductive auxiliary with a positive electrode binder. Specific examples of the positive electrode binder are the same as those exemplified for the negative electrode binder contained in the negative electrode active material layer.
正極活物質層における正極用バインダーの含有量は、正極活物質層全量基準で、1〜40質量%であることが好ましく、2〜20質量%がより好ましく、3〜10質量%がさらに好ましく、3〜7質量%が特に好ましい。 The content of the positive electrode binder in the positive electrode active material layer is preferably 1 to 40% by mass, more preferably 2 to 20% by mass, and still more preferably 3 to 10% by mass, based on the total amount of the positive electrode active material layer. 3 to 7% by weight is particularly preferred.
正極活物質層の厚みは特に限定されないが、10〜200μmであることが好ましく、50〜150μmであることがより好ましい。 The thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably from 10 to 200 μm, and more preferably from 50 to 150 μm.
正極集電体を構成する材料としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性を有する金属が挙げられ、好ましくはアルミニウム又は銅、より好ましくはアルミニウムが使用される。正極集電体は、一般的に金属箔からなり、その厚さは、特に限定されないが、1〜50μmが好ましい。 Examples of the material constituting the positive electrode current collector include metals having conductivity, such as copper, aluminum, titanium, nickel, and stainless steel. Preferably, aluminum or copper, and more preferably, aluminum is used. The positive electrode current collector is generally made of a metal foil, and its thickness is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 μm.
正極は、正極活物質、正極用バインダー、及び必要に応じて配合される導電助剤、溶媒を含有する正極活物質層用組成物を、正極集電体上に塗布し乾燥した後、加圧プレスすることにより製造することができる。加圧プレスは、ロールプレスなど公知の方法によって行うことができる。加圧する際の圧力(線圧)は、好ましくは100〜500kN/mである。 The positive electrode is formed by applying a positive electrode active material, a binder for the positive electrode, and a composition for a positive electrode active material layer containing a conductive auxiliary agent and a solvent, if necessary, onto a positive electrode current collector, followed by drying. It can be manufactured by pressing. The pressure press can be performed by a known method such as a roll press. The pressure (linear pressure) at the time of pressurization is preferably 100 to 500 kN / m.
(セパレータ)
本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば、負極と正極との間に配置されるセパレータを備える。セパレータにより、正極及び負極の間の短絡が効果的に防止される。また、セパレータは、後述する電解質を保持してもよい。
セパレータとしては、多孔性の高分子膜、不織布、ガラスファイバー等が挙げられ、これらの中では多孔性の高分子膜が好ましい。多孔性の高分子膜としては、エチレン系多孔質フィルムなどのオレフィン系多孔質フィルムが例示される。
(Separator)
The lithium ion secondary battery of the present invention includes, for example, a separator disposed between a negative electrode and a positive electrode. The separator effectively prevents a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. Further, the separator may hold an electrolyte described later.
Examples of the separator include a porous polymer film, a nonwoven fabric, and a glass fiber. Among these, a porous polymer film is preferable. Examples of the porous polymer film include an olefin-based porous film such as an ethylene-based porous film.
(絶縁層)
本発明のリチウムイオン二次電池は、負極活物質層上又は正極活物質層上に絶縁層を備えるものであってもよい。絶縁層により正極及び負極の間の短絡が効果的に防止される。絶縁層は、好ましくは、絶縁性微粒子と絶縁層用バインダーとを含み、絶縁性微粒子が絶縁層用バインダーによって結着されて構成された多孔質構造を有する層である。
(Insulating layer)
The lithium ion secondary battery of the present invention may include an insulating layer on the negative electrode active material layer or the positive electrode active material layer. The short circuit between the positive electrode and the negative electrode is effectively prevented by the insulating layer. The insulating layer preferably includes an insulating fine particle and a binder for the insulating layer, and is a layer having a porous structure formed by binding the insulating fine particle with the binder for the insulating layer.
絶縁性微粒子は、絶縁性であれば特に限定されず、有機粒子、無機粒子の何れであってもよい。具体的な有機粒子としては、例えば、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋スチレン−アクリル酸共重合体、架橋アクリロニトリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸リチウム)、ポリアセタール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の有機化合物から構成される粒子が挙げられる。無機粒子としては二酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、ベーマイト、チタニア、ジルコニア、窒化ホウ素、酸化亜鉛、二酸化スズ、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タンタル(Ta2O5)、フッ化カリウム、フッ化リチウム、クレイ、ゼオライト、炭酸カルシウム等の無機化合物から構成される粒子が挙げられる。また、無機粒子は、ニオブ−タンタル複合酸化物、マグネシウム−タンタル複合酸化物等の公知の複合酸化物から構成される粒子であってもよい。絶縁性微粒子は1種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。
絶縁性微粒子のメジアン径は、絶縁層の厚さよりも小さければ特に限定されず、例えば0.001〜1μm、好ましくは0.05〜0.8μm、より好ましくは0.1〜0.6μmである。
絶縁層に含有される絶縁性微粒子の含有量は、絶縁層全量基準で、好ましくは15〜95質量%、より好ましくは40〜90質量%、更に好ましくは60〜85質量%である。絶縁性微粒子の含有量が上記範囲内であると、絶縁層は、均一な多孔質構造が形成でき、かつ適切な絶縁性が付与される。
The insulating fine particles are not particularly limited as long as they are insulating, and may be organic particles or inorganic particles. Specific organic particles include, for example, cross-linked polymethyl methacrylate, cross-linked styrene-acrylic acid copolymer, cross-linked acrylonitrile resin, polyamide resin, polyimide resin, poly (lithium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate), Examples include particles composed of an organic compound such as a polyacetal resin, an epoxy resin, a polyester resin, a phenol resin, and a melamine resin. Examples of the inorganic particles include silicon dioxide, silicon nitride, alumina, boehmite, titania, zirconia, boron nitride, zinc oxide, tin dioxide, niobium oxide (Nb 2 O 5 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), potassium fluoride, and fluoride. Examples include particles composed of inorganic compounds such as lithium chloride, clay, zeolite, and calcium carbonate. The inorganic particles may be particles composed of a known composite oxide such as a niobium-tantalum composite oxide or a magnesium-tantalum composite oxide. One kind of the insulating fine particles may be used alone, or a plurality of kinds may be used in combination.
The median diameter of the insulating fine particles is not particularly limited as long as it is smaller than the thickness of the insulating layer, and is, for example, 0.001 to 1 μm, preferably 0.05 to 0.8 μm, and more preferably 0.1 to 0.6 μm. .
The content of the insulating fine particles contained in the insulating layer is preferably 15 to 95% by mass, more preferably 40 to 90% by mass, and still more preferably 60 to 85% by mass, based on the total amount of the insulating layer. When the content of the insulating fine particles is within the above range, the insulating layer can form a uniform porous structure and impart appropriate insulating properties.
絶縁層用バインダーとしては、上記した負極用バインダーと同種のものが使用できる。絶縁層における絶縁層用バインダーの含有量は、絶縁層全量基準で、5〜50質量%であることが好ましく、10〜45質量%がより好ましく、15〜40質量%が更に好ましい。
絶縁層の厚さは、1〜10μmが好ましく、2〜8μmがより好ましく、3〜7μmが更に好ましい。
As the binder for the insulating layer, the same kind as the binder for the negative electrode described above can be used. The content of the binder for the insulating layer in the insulating layer is preferably from 5 to 50% by mass, more preferably from 10 to 45% by mass, and still more preferably from 15 to 40% by mass, based on the total amount of the insulating layer.
The thickness of the insulating layer is preferably 1 to 10 μm, more preferably 2 to 8 μm, and still more preferably 3 to 7 μm.
(電解質)
本発明のリチウムイオン二次電池は、電解質を備える。電解質は特に限定されず、リチウムイオン二次電池で使用される公知の電解質を使用すればよい。電解質としては例えば電解液を使用する。
(Electrolytes)
The lithium ion secondary battery of the present invention includes an electrolyte. The electrolyte is not particularly limited, and a known electrolyte used in a lithium ion secondary battery may be used. For example, an electrolyte is used as the electrolyte.
電解液としては、有機溶媒と、電解質塩を含む電解液が例示できる。有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトロヒドラフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メチルアセテートなどの極性溶媒、又はこれら溶媒の2種類以上の混合物が挙げられる。
電解質塩としては、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF6、LiCF3CO2、LiPF6SO3、LiN(SO3CF3)2、Li(SO2CF2CF3)2、LiN(COCF3)2及びLiN(COCF2CF3)2、リチウムビスオキサレートボラート(LiB(C2O4)2等のリチウムを含む塩が挙げられる。また、有機酸リチウム塩−三フッ化ホウ素錯体、LiBH4等の錯体水素化物等の錯体が挙げられる。これらの塩又は錯体は、1種単独で使用してもよいが、2種以上の混合物であってもよい。
Examples of the electrolyte include an electrolyte containing an organic solvent and an electrolyte salt. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethylformamide, dimethylacetamide, 1,2-dimethoxyethane, and 1,2-diethoxyethane. And polar solvents such as tetrohydrafuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane, and methyl acetate, or a mixture of two or more of these solvents.
Examples of electrolyte salts include LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 6 , LiCF 3 CO 2 , LiPF 6 SO 3 , LiN (SO 3 CF 3 ) 2 , Li (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , LiN (COCF 3 ) 2 , a salt containing lithium such as LiN (COCF 2 CF 3 ) 2 , lithium bisoxalate borate (LiB (C 2 O 4 ) 2, and the like; Examples include complexes such as boron hydride complexes and complex hydrides such as LiBH 4. These salts or complexes may be used alone or in a mixture of two or more.
また、電解質は、上記電解液に更に高分子化合物を含むゲル状電解質であってもよい。高分子化合物としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系ポリマー、ポリ(メタ)アクリル酸メチル等のポリアクリル系ポリマーが挙げられる。なお、ゲル状電解質は、セパレータとして使用されてもよい。 Further, the electrolyte may be a gel electrolyte further containing a polymer compound in the above-mentioned electrolytic solution. Examples of the polymer compound include a fluorine-based polymer such as polyvinylidene fluoride and a polyacryl-based polymer such as poly (methyl meth) acrylate. Note that the gel electrolyte may be used as a separator.
電解質は、負極及び正極間に配置されればよく、例えば、電解質は、上記した負極、正極、及びセパレータが内部に収納されたバッテリーセル内に充填される。また、電解質は、例えば、負極又は正極上に塗布されて負極及び正極間に配置されてもよい。 The electrolyte may be disposed between the negative electrode and the positive electrode. For example, the electrolyte is filled in the battery cell in which the above-described negative electrode, positive electrode, and separator are housed. Further, the electrolyte may be, for example, applied on the negative electrode or the positive electrode and disposed between the negative electrode and the positive electrode.
リチウムイオン二次電池は、負極、正極がそれぞれ複数積層された多層構造であってもよい。この場合、負極及び正極は、積層方向に沿って交互に設けられればよい。また、セパレータは各負極と各正極の間に配置されればよく、絶縁層を設ける場合は、負極−セパレータ間又は正極−セパレータ間に設ければよい。 The lithium ion secondary battery may have a multilayer structure in which a plurality of negative electrodes and a plurality of positive electrodes are stacked. In this case, the negative electrode and the positive electrode may be provided alternately along the laminating direction. The separator may be disposed between each negative electrode and each positive electrode. When an insulating layer is provided, it may be disposed between the negative electrode and the separator or between the positive electrode and the separator.
以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[測定及び評価]
得られたリチウムイオン二次電池用負極等は、以下の方法により測定、評価した。結果を下記表1に示す。
[Measurement and evaluation]
The obtained negative electrode for a lithium ion secondary battery and the like were measured and evaluated by the following methods. The results are shown in Table 1 below.
(負極活物質層の電極密度)
各実施例で作製した負極電極の質量をA(g)とし、負極集電体の質量をB(g)とし、負極電極における負極活物質層の表面積をC(cm2)とし、負極活物質層の厚みをD(cm)として、下記式から電極密度を求めた。
式:電極密度(g/cm3)=(A−B)/(C×D)
(Electrode density of negative electrode active material layer)
The mass of the negative electrode prepared in each example is A (g), the mass of the negative electrode current collector is B (g), the surface area of the negative electrode active material layer in the negative electrode is C (cm 2 ), The electrode density was determined from the following equation, where the thickness of the layer was D (cm).
Formula: Electrode density (g / cm 3 ) = (A−B) / (C × D)
(電解液浸透速度)
各実施例で作製した負極電極を10×70mmに切り出し、後述の手順で作製した電解液が底面から10mm入ったビーカーの電解液の液面に、負極電極の負極活物質層表面が接触するように固定した。
電極の負極活物質層表面と電解液が接触した直後を0秒とし、そこから30分間保持した。
液面以上に電解液(エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)を3:7の体積比(EC:DEC)で混合した溶媒)が上がった部分を計測し、下記式により浸透速度を算出した。
(電解液浸透速度)=(電解液の液面からの上昇距離(cm))/(浸漬時間(分))
(Electrolyte penetration rate)
The negative electrode manufactured in each example was cut into 10 × 70 mm, and the surface of the negative electrode active material layer of the negative electrode was brought into contact with the liquid surface of the beaker in which the electrolyte prepared by the procedure described below entered 10 mm from the bottom. Fixed to.
Immediately after the surface of the negative electrode active material layer of the electrode was brought into contact with the electrolytic solution, the time was set to 0 second, and then kept for 30 minutes.
The part where the electrolyte (a solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 3: 7 (EC: DEC)) is measured above the liquid level, and the permeation rate is calculated by the following equation. did.
(Electrolyte permeation rate) = (Rise distance of electrolyte from liquid level (cm)) / (Immersion time (min))
(負極活物質の嵩密度)
JIS K6219−2に準拠して、負極活物質の嵩密度を求めた。
(Bulk density of negative electrode active material)
The bulk density of the negative electrode active material was determined according to JIS K6219-2.
(充放電初期効率)
各実施例及び比較例で作製した試験用コインセルを用い、初回の充放電において、0.25mAの定電流で0Vまで充電を行い、次いで0V(V vs Li/Li+)の定電圧で0.05mAになるまで充電した。その後、0.25mAの定電流で1.5V(V vs Li/Li+)まで放電した。その際の充放電効率を下記の式で計算した
(充放電効率(%))=(放電容量(mAh))/(充電容量(mAh))
(Initial charge / discharge efficiency)
Using the test coin cells manufactured in each of the examples and comparative examples, in the first charge / discharge, the battery was charged to 0 V at a constant current of 0.25 mA, and then charged at 0 V (V vs Li / Li + ) at a constant voltage of 0 V (V vs Li / Li + ). The battery was charged until it reached 05 mA. Thereafter, the battery was discharged to 1.5 V (V vs Li / Li + ) at a constant current of 0.25 mA. The charge / discharge efficiency at that time was calculated by the following equation (charge / discharge efficiency (%)) = (discharge capacity (mAh)) / (charge capacity (mAh))
初期充放電効率評価結果(%)
A:90%以上
B:88%以上90%未満
C:85%以上88%未満
D:85%未満
なお、A及びBが合格である。
Initial charge / discharge efficiency evaluation result (%)
A: 90% or more B: 88% or more and less than 90% C: 85% or more and less than 88% D: less than 85% A and B pass.
(入力特性)
実施例及び比較例で作製した試験用コインセルを用い、0.25mAもしくは1.25mAの定電流で0Vまで充電を行い、次いで0V(V vs Li/Li+)の定電圧で0.05mAになるまで充電した。その後、0.25mAの定電流で1.5V(V vs Li/Li+)まで放電した地点で放電完了とする。この際の充電容量の比を計算し以下基準で入力特性を評価した。
(入力特性(%))=(1.25mA時充電容量)/(0.25mA時充電容量(mAh))
(Input characteristics)
Using the test coin cells manufactured in Examples and Comparative Examples, charging was performed to 0 V at a constant current of 0.25 mA or 1.25 mA, and then to 0.05 mA at a constant voltage of 0 V (V vs Li / Li + ). Charged up to. Thereafter, discharge is completed at a point where the battery is discharged to 1.5 V (V vs Li / Li + ) at a constant current of 0.25 mA. The charge capacity ratio at this time was calculated, and the input characteristics were evaluated based on the following criteria.
(Input characteristics (%)) = (Charging capacity at 1.25 mA) / (Charging capacity at 0.25 mA (mAh))
入力特性評価結果(%)
A: 60%以上
B: 45%以上60%未満
C: 30%以上45%未満
D:30%未満
なお、A及びBが合格である。
Input characteristics evaluation result (%)
A: 60% or more B: 45% or more and less than 60% C: 30% or more and less than 45% D: less than 30% A and B pass.
(容量)
0.25mAの定電流で0Vまで充電を行い、次いで0V(V vs Li/Li+)の定電圧で0.05mAになるまで充電した。その後、0.25mAの定電流で1.5V(V vs Li/Li+)まで放電した。上記の充放電サイクルを3回繰り返し3回目の放電容量を容量値とした。
(capacity)
The battery was charged to 0 V at a constant current of 0.25 mA, and then charged to 0.05 mA at a constant voltage of 0 V (V vs Li / Li + ). Thereafter, the battery was discharged to 1.5 V (V vs Li / Li + ) at a constant current of 0.25 mA. The above charge / discharge cycle was repeated three times, and the third discharge capacity was defined as the capacity value.
容量(mAh)の評価結果
A: 6.5mAh以上
B: 5mAh以上6.5mAh未満
C: 4mAh以上5mAh未満
D: 4mAh未満
なお、A及びBが合格である。
Evaluation result of capacity (mAh) A: 6.5 mAh or more B: 5 mAh or more and less than 6.5 mAh C: 4 mAh or more and less than 5 mAh D: less than 4 mAh A and B are acceptable.
(ピール試験)
実施例及び比較例で得られた負極電極を幅10mm、長さ150mmに切り出した。負極活物質層を両面テープで剥離試験用冶具に貼り付けて、負極を貼り付けた面に対して平行に、長さ方向の片端をつまんで電極を5cm/minで引っ張り、負極活物質層がはがれるときの強度(ピール強度)を測定した。
(Peel test)
The negative electrodes obtained in Examples and Comparative Examples were cut into a width of 10 mm and a length of 150 mm. The negative electrode active material layer was attached to the jig for peeling test with a double-sided tape, and one end in the length direction was pinched in parallel with the surface to which the negative electrode was attached, and the electrode was pulled at 5 cm / min. The peeling strength (peel strength) was measured.
ピール試験測定結果(N/m)
A: 7以上
B: 5以上〜7未満
C: 3.5以上〜5未満
D: 3.5未満の場合
なお、A及びBが合格である。
Peel test measurement result (N / m)
A: 7 or more B: 5 or more to less than 7 C: 3.5 or more to less than 5 D: Less than 3.5 A and B are acceptable.
[使用した材料]
(1)負極活物質
天然黒鉛A・・・比表面積:4.9m2/g、D50:12μm、嵩密度:0.5g/cm3
天然黒鉛B・・・比表面積:0.9m2/g、D50:13μm、嵩密度:0.46g/cm3
天然黒鉛C・・・比表面積:1.5m2/g、D50:10μm、嵩密度:0.6g/cm3
天然黒鉛D・・・比表面積:4.5m2/g、D50:13μm、嵩密度:0.65g/cm3
[Material used]
(1) Negative electrode active material Natural graphite A: specific surface area: 4.9 m 2 / g, D50: 12 μm, bulk density: 0.5 g / cm 3
Natural graphite B: specific surface area: 0.9 m 2 / g, D50: 13 μm, bulk density: 0.46 g / cm 3
Natural graphite C: specific surface area: 1.5 m 2 / g, D50: 10 μm, bulk density: 0.6 g / cm 3
Natural graphite D: specific surface area: 4.5 m 2 / g, D50: 13 μm, bulk density: 0.65 g / cm 3
人造黒鉛A・・・比表面積:0.9m2/g、D50:10μm、嵩密度:0.7g/cm3
人造黒鉛B・・・比表面積:0.3m2/g、D50:6μm、嵩密度:0.8g/cm3
Artificial graphite A: specific surface area: 0.9 m 2 / g, D50: 10 μm, bulk density: 0.7 g / cm 3
Artificial graphite B: specific surface area: 0.3 m 2 / g, D50: 6 μm, bulk density: 0.8 g / cm 3
(2)導電助剤
super P:カーボンブラック
(2) Conductive auxiliary agent super P: carbon black
[実施例1]
(負極の作製)
負極活物質として天然黒鉛Aを98質量部と、負極用バインダーとして、スチレンブタジエンゴム1質量部、カルボキシメチルセルロース(CMC)のナトリウム塩を1質量部と、溶媒として水とを混合し、固形分55質量%に調整した負極活物質層用組成物を得た。この負極活物質層用組成物を、負極集電体としての厚さ10μmの銅箔の両面に塗布して100℃で乾燥した。その後、両面に負極活物質層用組成物を塗布した負極集電体を、線圧600kN/mでローラにより加圧プレスし負極とした。負極活物質層の密度は1.6g/ccであった。作製した負極電極を打ち抜き、セル作製に使用した。なお、負極の寸法はφ16mmであり、該寸法のうち、負極活物質層が塗布された寸法はφ16mmであった。また、両面に形成された負極活物質層の厚さは、片面あたり80μmであった。
[Example 1]
(Preparation of negative electrode)
98 parts by mass of natural graphite A as a negative electrode active material, 1 part by mass of styrene butadiene rubber, 1 part by mass of a sodium salt of carboxymethyl cellulose (CMC) as a binder for a negative electrode, and water as a solvent were mixed with a solid content of 55%. A composition for a negative electrode active material layer adjusted to mass% was obtained. This composition for a negative electrode active material layer was applied to both surfaces of a 10 μm-thick copper foil as a negative electrode current collector, and dried at 100 ° C. Thereafter, the negative electrode current collector having both sides coated with the negative electrode active material layer composition was pressed with a roller at a linear pressure of 600 kN / m to form a negative electrode. The density of the negative electrode active material layer was 1.6 g / cc. The produced negative electrode was punched out and used for cell production. In addition, the dimension of the negative electrode was φ16 mm, and of the dimensions, the dimension of the negative electrode active material layer applied was φ16 mm. The thickness of the negative electrode active material layers formed on both surfaces was 80 μm per one surface.
(電解液の調製)
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)を3:7の体積比(EC:DEC)で混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6を1モル/リットルとなるように溶解して、電解液を調製した。
(Preparation of electrolyte solution)
LiPF 6 as an electrolyte salt was dissolved in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 3: 7 (EC: DEC) so as to have a concentration of 1 mol / liter, and the electrolytic solution was dissolved. Prepared.
(リチウムイオン二次電池(試験用コインセル)の製造)
作製した負極と、対極としてφ16mmに打ち抜いたリチウム金属箔、セパレータとして厚さ25μmの多孔質PP膜、電解液を用い、試験用コインセル(CR2032型)を作製した。
(Manufacture of lithium ion secondary battery (coin cell for test))
Using the prepared negative electrode, a lithium metal foil punched into φ16 mm as a counter electrode, a porous PP film having a thickness of 25 μm as a separator, and an electrolytic solution, a test coin cell (CR2032 type) was prepared.
[実施例2〜5、比較例1〜4]
下記表1に記載の配合、プレス圧とした以外は実施例1と同様にして負極を作製した。なお、負極活物質を2種使用している場合のD50、比表面積、嵩密度は、負極活物質全体の値である。
その後、実施例1と同様にして試験用コインセルを作製し、各種評価を行った。結果を表1に示す。
[Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 to 4]
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition and the pressing pressure were as shown in Table 1 below. D50, specific surface area, and bulk density when two types of the negative electrode active materials are used are values of the entire negative electrode active material.
Thereafter, test coin cells were prepared in the same manner as in Example 1, and various evaluations were performed. Table 1 shows the results.
10 リチウムイオン二次電池用電極
11 電極活物質層
13 電極集電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electrode for lithium ion secondary batteries 11 Electrode active material layer 13 Electrode current collector
Claims (5)
前記負極活物質層の電極密度が1.4g/cm3以上であり、
前記負極活物質層中への電解液浸透速度が0.04cm/min以上である、リチウムイオン二次電池用負極。 A negative electrode current collector, a negative electrode for a lithium ion secondary battery including a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector,
An electrode density of the negative electrode active material layer is 1.4 g / cm 3 or more;
A negative electrode for a lithium ion secondary battery, wherein an electrolyte permeation rate into the negative electrode active material layer is 0.04 cm / min or more.
A lithium ion secondary battery comprising the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1.
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