JP6076802B2 - Method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery - Google Patents
Method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP6076802B2 JP6076802B2 JP2013073088A JP2013073088A JP6076802B2 JP 6076802 B2 JP6076802 B2 JP 6076802B2 JP 2013073088 A JP2013073088 A JP 2013073088A JP 2013073088 A JP2013073088 A JP 2013073088A JP 6076802 B2 JP6076802 B2 JP 6076802B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- lithium ion
- ion secondary
- secondary battery
- particles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池用負極の製造方法、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 method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.
携帯電話等のモバイル端末や電気自動車等の電源として、リチウムイオンを正極と負極との間で移動させることにより充放電を行うリチウムイオン二次電池が用いられている。近年においては、携帯電話等の高性能化に伴い、リチウムイオン二次電池の大容量化が切望されている。 2. Description of the Related Art Lithium ion secondary batteries that charge and discharge by moving lithium ions between a positive electrode and a negative electrode are used as power sources for mobile terminals such as mobile phones and electric vehicles. In recent years, with an increase in performance of mobile phones and the like, there has been a strong demand for a large capacity lithium ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池の負極活物質として、従来、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス等の炭素系材料が用いられている。しかし、これらの炭素系材料の理論容量は372mAh/gであり、リチウムイオン二次電池の大容量化の要求に対応することが困難になってきている。そのため、リチウムイオン二次電池の大容量化を達成可能な、炭素系材料に代わる負極活物質の開発が盛んに行われている。 Conventionally, carbon-based materials such as natural graphite, artificial graphite, and coke have been used as negative electrode active materials for lithium ion secondary batteries. However, the theoretical capacity of these carbon-based materials is 372 mAh / g, and it has become difficult to meet the demand for a large capacity lithium ion secondary battery. Therefore, development of a negative electrode active material that can achieve a large capacity of a lithium ion secondary battery instead of a carbon-based material has been actively performed.
この炭素系材料に代わる負極活物質として、炭素系材料の約12倍の理論容量を有するシリコン(理論容量:4298mAh/g)が注目されている。負極活物質としてシリコンを用いることで、負極の容量を大幅に増大させることができるため、リチウムイオン二次電池の蓄電容量を増大させることができる。 Silicon (theoretical capacity: 4298 mAh / g) having a theoretical capacity approximately 12 times that of the carbon-based material has attracted attention as a negative electrode active material replacing the carbon-based material. By using silicon as the negative electrode active material, the capacity of the negative electrode can be significantly increased, so that the storage capacity of the lithium ion secondary battery can be increased.
このようなシリコンを負極活物質として用いる負極の製造方法としては、シリコン粒子とバインダーとを含むスラリーを調製し、このスラリーを集電体上に塗布する方法(スラリー法)等が知られている(特許文献1参照)。 As a method for producing a negative electrode using such silicon as a negative electrode active material, a method of preparing a slurry containing silicon particles and a binder and applying this slurry onto a current collector (slurry method) is known. (See Patent Document 1).
リチウムイオン二次電池の負極活物質としてのシリコンは、充電時にリチウムイオンを吸蔵して合金化し、その体積が約3〜4倍程度にまで膨張する。その結果、負極が充放電サイクル時に膨張と収縮とを繰り返す。 Silicon as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery occludes lithium ions during charging and is alloyed, and its volume expands to about 3 to 4 times. As a result, the negative electrode repeats expansion and contraction during the charge / discharge cycle.
上述のように、シリコン粒子を含むスラリーを集電体上に塗布することにより製造される負極において、集電体上にはシリコン粒子がほとんど隙間なく接着される。そのため、リチウムイオンの吸蔵によるシリコン粒子の体積膨張を吸収可能な隙間がないことで、充放電時の膨張・収縮の繰り返しによって、シリコンの微粉化による崩壊や、集電体からの剥離が生じ、負極の容量が低下し、サイクル特性が低下してしまう。その結果、リチウムイオン二次電池の寿命が極めて短くなってしまうという問題がある。 As described above, in the negative electrode manufactured by applying the slurry containing silicon particles on the current collector, the silicon particles are adhered to the current collector with almost no gap. Therefore, there is no gap that can absorb the volume expansion of silicon particles due to occlusion of lithium ions, and by repeated expansion and contraction during charging and discharging, collapse due to silicon pulverization and peeling from the current collector occur, The capacity of the negative electrode is reduced, and the cycle characteristics are reduced. As a result, there is a problem that the life of the lithium ion secondary battery is extremely shortened.
また、シリコンは、炭素系材料に比べて電気伝導性が悪く、充放電に伴う電子の効率的な移動が制限されてしまうため、シリコンを負極活物質として用いる場合には炭素系材料等の導電性を補う導電助剤と組み合わせて使用されることがある。この場合においても、シリコン粒子と炭素系材料粒子との混合物が集電体上に隙間なく接着されるため、上述したのと同様の問題が生じる。 In addition, silicon has poor electrical conductivity compared to carbon-based materials, and the efficient movement of electrons associated with charge / discharge is limited. Therefore, when silicon is used as a negative electrode active material, the conductivity of carbon-based materials and the like is limited. It may be used in combination with a conductive additive that supplements the nature. Even in this case, since the mixture of the silicon particles and the carbon-based material particles is adhered to the current collector without any gap, the same problem as described above occurs.
さらに、シリコン粒子及び所望により導電助剤を集電体上に保持させることを目的として、上記スラリーにバインダーが含まれているが、電極反応には直接的に関与することのないバインダーが含まれることで、負極の単位面積容量を増大させるのが困難となるおそれがある。 Furthermore, for the purpose of holding the silicon particles and optionally the conductive additive on the current collector, a binder is included in the slurry, but a binder that does not directly participate in the electrode reaction is included. As a result, it may be difficult to increase the unit area capacity of the negative electrode.
かかる問題に鑑みて、本発明は、充放電時において負極活物質粒子が膨張及び収縮を繰り返しても、負極活物質粒子の破壊や集電体からの剥離が生じ難く、サイクル特性が大幅に改善されてなるリチウムイオン二次電池用負極を製造する方法、当該方法により製造されるリチウムイオン二次電池用負極及び当該リチウムイオン二次電池用負極を用いたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 In view of such a problem, the present invention makes it difficult for the negative electrode active material particles to be broken or peeled off from the current collector even when the negative electrode active material particles repeatedly expand and contract during charging and discharging, and the cycle characteristics are greatly improved. A method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery, a negative electrode for a lithium ion secondary battery produced by the method, and a lithium ion secondary battery using the negative electrode for the lithium ion secondary battery Objective.
上記課題を解決するために、本発明は、リチウムイオン二次電池用負極を製造する方法であって、集電体上に金属をめっきし、金属膜を形成する金属膜形成工程と、前記金属膜上に、負極活物質粒子と可燃性粒子とを含むスラリーを塗布するスラリー塗布工程と、前記スラリーが塗布された集電体を加熱する加熱工程と、前記加熱後の集電体を冷却する冷却工程とを含み、前記可燃性粒子は、その燃焼温度が前記負極活物質粒子の燃焼温度よりも低く、前記加熱工程において、前記可燃性粒子の燃焼温度以上、かつ前記金属の融点以上の温度に前記集電体を加熱することで、前記可燃性粒子を燃焼させるとともに、前記金属を溶融させ、前記冷却工程において、溶融した前記金属を凝固させて、前記負極活物質粒子を前記集電体上に結着させることを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極の製造方法を提供する(発明1)。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery, wherein a metal film is formed by plating a metal on a current collector to form a metal film, and the metal A slurry application step of applying a slurry containing negative electrode active material particles and combustible particles on the film, a heating step of heating the current collector coated with the slurry, and cooling the current collector after the heating A cooling step, wherein the combustible particles have a combustion temperature lower than the combustion temperature of the negative electrode active material particles, and in the heating step, a temperature not lower than the combustion temperature of the combustible particles and not lower than the melting point of the metal. The current collector is heated to combust the combustible particles, the metal is melted, and the molten metal is solidified in the cooling step, so that the negative electrode active material particles are converted into the current collector. Tie on top To provide a method for manufacturing a negative electrode for a lithium ion secondary battery, characterized by (invention 1).
上記発明(発明1)によれば、集電体上に負極活物質粒子とともに塗布される可燃性粒子が燃焼することにより、集電体上の負極活物質粒子間に、負極活物質粒子の体積膨張を吸収可能な空隙が形成される。その後、溶融した金属が凝固することで、負極活物質粒子間に空隙を形成しつつ、集電体上に結着させることができる。よって、充放電時において負極活物質粒子が膨張及び収縮を繰り返しても、負極活物質粒子の破壊や集電体からの剥離が生じ難く、サイクル特性が大幅に改善されてなるリチウムイオン二次電池用負極を製造することができる。 According to the above invention (Invention 1), the combustible particles applied together with the negative electrode active material particles on the current collector burn, so that the volume of the negative electrode active material particles is between the negative electrode active material particles on the current collector. A void that can absorb expansion is formed. Thereafter, the molten metal is solidified, and can be bound on the current collector while forming voids between the negative electrode active material particles. Therefore, even if the negative electrode active material particles are repeatedly expanded and contracted during charge and discharge, the negative electrode active material particles are not easily broken or peeled off from the current collector, and the lithium ion secondary battery has greatly improved cycle characteristics. A negative electrode can be manufactured.
また、上記発明(発明1)によれば、溶融した金属が負極活物質粒子としてシリコン粒子等を用いた場合における導電性を補助する導電助剤としての役割を果たすため、負極活物質粒子を含むスラリーに炭素系材料等の導電助剤を含有させる必要がない。よって、負極の単位面積あたりの容量を増大させることができ、大容量のリチウムイオン二次電池用負極を製造することができる。 Moreover, according to the said invention (invention 1), since the melted metal plays a role as a conductive aid for assisting conductivity when silicon particles or the like are used as the negative electrode active material particles, the negative electrode active material particles are included. The slurry does not need to contain a conductive additive such as a carbon-based material. Therefore, the capacity per unit area of the negative electrode can be increased, and a large capacity negative electrode for a lithium ion secondary battery can be manufactured.
さらに、上記発明(発明1)においては、金属膜を構成する金属が負極活物質粒子を集電体上に結着させるためのバインダーとしての役割を果たす。よって、電極反応に直接的に関与しないバインダーをスラリー中に大量に含有させる必要がないため、負極の単位面積当たりの容量を増大させることができる。 Furthermore, in the said invention (invention 1), the metal which comprises a metal film plays the role as a binder for binding negative electrode active material particle on a collector. Therefore, since it is not necessary to contain a large amount of the binder that does not directly participate in the electrode reaction in the slurry, the capacity per unit area of the negative electrode can be increased.
上記発明(発明1)において、前記負極活物質粒子としてシリコン粒子を用いるのが好ましく(発明2)、上記発明(発明1,2)において、前記金属として亜鉛を用いるのが好ましく(発明3)、上記発明(発明1〜3)において、前記可燃性粒子として黒鉛粒子を用いるのが好ましい(発明4)。 In the above invention (Invention 1), it is preferable to use silicon particles as the negative electrode active material particles (Invention 2). In the above inventions (Inventions 1 and 2), it is preferable to use zinc as the metal (Invention 3). In the said invention (invention 1-3), it is preferable to use a graphite particle as said combustible particle (invention 4).
上記発明(発明1〜4)において、前記冷却工程により冷却した前記集電体上に銅をめっきし、銅薄膜を形成する銅めっき工程をさらに含むのが好ましく(発明5)、かかる発明(発明5)において、前記銅めっき工程において、膜厚が0.001〜0.1μmになるように前記銅薄膜を形成するのが好ましい(発明6)。 In the said invention (invention 1-4), it is preferable to further include the copper plating process of plating copper on the said collector cooled by the said cooling process, and forming a copper thin film (invention 5), this invention (invention) 5) In the copper plating step, it is preferable to form the copper thin film so that the film thickness becomes 0.001 to 0.1 μm (Invention 6).
本発明によれば、充放電時において負極活物質粒子が膨張及び収縮を繰り返しても、負極活物質粒子の破壊や集電体からの剥離が生じ難く、サイクル特性が大幅に改善されてなるリチウムイオン二次電池用負極を製造する方法、当該方法により製造されるリチウムイオン二次電池用負極及び当該リチウムイオン二次電池用負極を用いたリチウムイオン二次電池を提供することができる。 According to the present invention, even when the negative electrode active material particles repeatedly expand and contract during charging and discharging, the negative electrode active material particles are hardly broken or peeled off from the current collector, and the cycle characteristics are greatly improved. A method for producing a negative electrode for an ion secondary battery, a negative electrode for a lithium ion secondary battery produced by the method, and a lithium ion secondary battery using the negative electrode for a lithium ion secondary battery can be provided.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
〔リチウムイオン二次電池用負極の製造方法〕
図1は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極の製造方法における各工程を模式的に示す工程フロー図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery]
FIG. 1 is a process flow diagram schematically showing each process in a method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極の製造方法においては、まず、集電体2の一方の面2aに金属膜3をめっきにより形成する(金属膜形成工程,図1(a)参照)。
In the method for manufacturing a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to this embodiment, first, a
集電体2としては、例えば、銅、ステンレス、ニッケル等の金属からなる箔又は板を用いることができる。
As the
集電体2の一方の面2aにめっきにより形成される金属膜3を構成する金属としては、リチウムイオンとの合金化反応が生じ難い金属を用いることができ、後述する負極活物質粒子4の燃焼温度BTnよりも低い融点MTを有するものを用いることができる。
As the metal constituting the
上記金属としては、例えば、亜鉛(融点MT:約420℃程度)等を用いることができ、特に、可燃性粒子5として黒鉛粒子(燃焼温度BTc:約400℃程度)を用いる場合、上記金属として亜鉛を用いるのが好ましい。
As the metal, for example, zinc (melting point MT: about 420 ° C.) or the like can be used. In particular, when graphite particles (combustion temperature BTc: about 400 ° C.) are used as the
集電体2の一方の面2aに形成される金属膜3の厚さは、金属膜3の溶融・凝固により十分量の負極活物質粒子4を集電体2上に結着させ得る程度の厚さである限り特に制限されるものではなく、例えば、0.001〜1μm程度とすることができる。金属膜3の厚さが1μmを超えると、負極活物質粒子4の一次粒子の平均粒径にもよるが、溶融し、凝固した金属膜3中に負極活物質粒子4が埋まってしまうおそれがあるため、望ましくない。
The thickness of the
次に、集電体2の一方の面2aに形成した金属膜3上に、負極活物質粒子4及び可燃性粒子5を少なくとも含有するスラリーを、ロールコーター等の塗工機等を用いて塗布し、80℃程度に加熱して乾燥させる(スラリー塗布工程,図1(b)参照)。なお、スラリーの塗布後、必要に応じて平板プレス、カレンダーロール等による圧延処理を行ってもよい。
Next, a slurry containing at least the negative electrode active material particles 4 and the
負極活物質粒子4としては、上記金属膜3を構成する金属の融点MT及び可燃性粒子5の燃焼温度BTcよりも高い燃焼温度BTnを有するものを用いることができ、例えば、シリコン、シリコン酸化物(一酸化シリコン等)、シリコンと金属との化合物(チタンシリサイド等のメタルシリサイド)等のシリコン系粒子(燃焼温度BTn:約1000℃程度)等を用いることができる。
As the negative electrode active material particles 4, particles having a melting point MT of the metal constituting the
負極活物質粒子4の一次粒子の平均粒径は、0.001〜1μm程度であるのが好ましい。なお、負極活物質粒子4の一次粒子の平均粒径は、例えば、電子顕微鏡(SEM)等を用いて測定することができる。 The average particle diameter of the primary particles of the negative electrode active material particles 4 is preferably about 0.001 to 1 μm. In addition, the average particle diameter of the primary particle of the negative electrode active material particle 4 can be measured using an electron microscope (SEM) etc., for example.
なお、負極活物質粒子4としてのシリコン系粒子であって、0.01μm以下程度のシリコン系粒子は、例えば、平均粒径が数百nm程度のシリコン系微粒子を、フッ化水素酸水溶液中に分散させることにより製造することができる(例えば、特開2012−229146号公報等)。 In addition, silicon-based particles as the negative electrode active material particles 4 and having a diameter of about 0.01 μm or less include, for example, silicon-based fine particles having an average particle size of about several hundred nm in a hydrofluoric acid aqueous solution. It can manufacture by dispersing (for example, Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-229146 etc.).
本実施形態において、可燃性粒子5が上記スラリーに負極活物質粒子4とともに含まれることで、後述する加熱工程における加熱により当該可燃性粒子5が燃焼して、負極活物質粒子4間に空隙が形成される。また、可燃性粒子5の燃焼により負極活物質粒子4間に空隙が形成された状態で、後述の加熱工程における上記金属膜3を構成する金属の溶融及び冷却工程における上記金属膜3を構成する金属の凝固を経て、負極活物質粒子4を集電体2(金属膜3)に結着させる。したがって、可燃性粒子5の燃焼温度BTcは、負極活物質粒子4の燃焼温度BTnよりも低い限り、上記金属膜3を構成する金属の融点MTとの関係においては特に制限されるものではない。
In the present embodiment, the
このような可燃性粒子5としては、燃焼温度BTcが負極活物質粒子4の燃焼温度BTnよりも低いものである限り特に制限はなく、黒鉛粒子、有機物粒子(粉末セルロース等)を用いることができる。例えば、上記金属膜3を構成する金属として亜鉛を用いる場合、可燃性粒子5として黒鉛粒子(燃焼温度BTc:約400℃程度)を用いるのが好ましい。
The
可燃性粒子5の一次粒子の平均粒径は、0.02〜1μmであるのが好ましい。なお、可燃性粒子5の一次粒子の平均粒径は、例えば、電子顕微鏡(SEM)等を用いて測定することができる。
The average particle size of the primary particles of the
なお、リチウムイオン二次電池用負極1における負極活物質粒子4の体積膨張を考慮し、可燃性粒子5の一次粒子の平均粒径は、負極活物質粒子4の一次粒子の平均粒径よりも大きいのが好ましい。特に、負極活物質粒子4としてシリコン系粒子を用いる場合、可燃性粒子5の一次粒子の平均粒径は、負極活物質粒子4の一次粒子の平均粒径の3〜4倍程度であるのが好ましい。
In consideration of the volume expansion of the negative electrode active material particles 4 in the negative electrode 1 for a lithium ion secondary battery, the average particle size of the primary particles of the
上記スラリーにおける負極活物質粒子4及び可燃性粒子5の含有比(固形分換算)は、特に限定されるものではないものの、後述する加熱工程により負極活物質粒子4間に空隙を効果的に形成することができるとともに、リチウムイオン二次電池用負極1の大容量化を達成可能な十分量の負極活物質粒子4を集電体2上に結着可能な範囲で、適宜設定可能である。
Although the content ratio (in terms of solid content) of the negative electrode active material particles 4 and the
上記スラリーには、所望によりポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のバインダー、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体等の増粘剤等が含まれていてもよい。なお、本実施形態においては、金属膜3が負極活物質粒子4を集電体2に結着させるためのバインダーとしての役割を果たす。そのため、上記スラリーにPVdF等のバインダーを含ませる場合、スラリー中のバインダー含有量を、負極活物質粒子4及び可燃性粒子5を金属膜3上に仮接着可能な程度(スラリーを塗布した集電体2を容易に取回しできるように仮接着可能な程度)の極少量に設定するのが望ましい。
The slurry may contain a binder such as polyvinylidene fluoride (PVdF), a thickener such as a cellulose derivative such as carboxymethyl cellulose, if desired. In the present embodiment, the
上記スラリーは、例えば、負極活物質粒子4、可燃性粒子5及び水等の溶媒・分散媒、並びに所望によりバインダー及び増粘剤等をミキサーに加え、攪拌することにより調製することができる。
The slurry can be prepared, for example, by adding a negative electrode active material particle 4, a
続いて、上記スラリーが塗布された集電体2を、酸素の存在下で、金属膜3を構成する金属の融点MT以上、かつ可燃性粒子5の燃焼温度BTc以上の温度に加熱する(加熱工程)。例えば、金属膜3を構成する金属として亜鉛(融点MT:約420℃程度)を用い、可燃性粒子5として黒鉛粒子(燃焼温度BTc:約400℃)を用いた場合、約450℃程度に加熱する。これにより、可燃性粒子5が燃焼して負極活物質粒子4間に空隙が形成されるとともに、金属膜3を構成する金属が溶融する。
Subsequently, the
加熱工程における加熱温度は、金属膜3を構成する金属の融点MT以上、かつ可燃性粒子5の燃焼温度BTc以上であって、負極活物質粒子4の燃焼温度BTn未満であればよい。このような温度で加熱することで、可燃性粒子5の燃焼により負極活物質粒子4間に空隙を形成することができ、その後の冷却工程によって、当該空隙を残存させつつ、金属の凝固により負極活物質粒子4を集電体2に結着させることができる。これにより、スラリーの塗布により金属膜3上に複数層に重なるようにして積層され得る負極活物質粒子4のうち、金属膜3上に直接的に接触している負極活物質粒子4(負極活物質粒子4のうち最下層に位置する粒子)は、少なくとも集電体2に結着される。
The heating temperature in the heating step may be not less than the melting point MT of the metal constituting the
なお、可燃性粒子5として黒鉛粒子を用いる場合、上記加熱工程において、すべての可燃性粒子5を燃焼させてもよいが、負極活物質粒子4間に十分な空隙を形成可能である限り、加熱工程後の集電体2において、一部の可燃性粒子5がわずかに残存していてもよい。可燃性粒子5としての黒鉛粒子が残存していたとしても、導電助剤としての役割をも果たすことができるため、得られるリチウムイオン二次電池用負極1の特性を低下させるおそれがない。
When graphite particles are used as the
そして、加熱工程後の集電体2を、少なくとも金属膜3を構成する金属の融点MT未満まで冷却する(冷却工程)。これにより、加熱工程により形成された空隙の一部に入り込んだ金属が凝固して、負極活物質粒子4間に空隙を形成しつつ、当該負極活物質粒子4を集電体2上に結着させることができる(図1(c)参照)。
Then, the
最後に、上述のようにして得られる、負極活物質粒子4が決着されてなる集電体2上に、無電解銅めっきにより銅薄膜6を形成する(銅めっき工程,図1(d)参照)。このようにして銅薄膜6を形成することで、リチウムイオン二次電池用負極1から負極活物質粒子4が剥離するのを、より効果的に防止することができる。また、上記加熱工程及び冷却工程を経て、金属膜3上に直接的に接触している負極活物質粒子4は少なくとも集電体2に結着されるが、当該負極活物質粒子4の上方に積層される負極活物質粒子4は必ずしも集電体2に結着されない。しかしながら、上記のようにして銅薄膜6を形成することで、金属膜3の溶融・凝固により集電体2に結着された負極活物質粒子4の上の負極活物質粒子4も集電体2上に固定することができる。
Finally, a copper
かかる銅めっき工程において形成される銅薄膜6の厚みは、0.001〜0.1μmであるのが好ましく、0.01〜0.05μmであるのがより好ましい。銅薄膜6の厚みが0.001μm未満となると、集電体2からの負極活物質粒子4の剥離を効果的に防止するのが困難となるおそれがある。また、銅薄膜6の厚みが0.1μmを超えると、リチウムイオン二次電池において、負極活物質粒子4に電解液が接触し難くなることで当該負極活物質粒子4が効果的にリチウムイオンを吸蔵することができず、リチウムイオン二次電池の大容量化を図ることが困難となるおそれがある。
The thickness of the copper
上述した、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極の製造方法により、リチウムイオン二次電池用負極1を得ることができる(図1(d)参照)。このようにして得られるリチウムイオン二次電池用負極1は、負極活物質粒子4間に十分な空隙を有するとともに、負極活物質粒子4が金属膜3を構成する金属の溶融・凝固を経て集電体2上に強固に結着されてなる。よって、本実施形態によれば、充放電時における負極活物質粒子4の膨張・収縮による粒子破壊や集電体2からの剥離を効果的に抑制可能であって、サイクル特性が大幅に改善されてなるリチウムイオン二次電池用負極を製造することができる。
The negative electrode 1 for a lithium ion secondary battery can be obtained by the above-described method for manufacturing a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to this embodiment (see FIG. 1D). The negative electrode 1 for a lithium ion secondary battery obtained in this way has sufficient voids between the negative electrode active material particles 4, and the negative electrode active material particles 4 are collected through melting and solidification of the metal constituting the
また、上述のようにして得られるリチウムイオン二次電池用負極1は、金属膜3を構成する金属の溶融・凝固によって負極活物質粒子4が集電体2上に結着されるため、負極活物質粒子4を集電体2上に結着させるためのバインダーの使用量を大幅に低減することができる。電極反応に直接的に寄与しないバインダーの使用量を大幅に低減可能であることで、単位面積あたりの容量を増大させることができ、電極特性に優れたリチウムイオン二次電池用負極を製造することができる。
Further, the negative electrode 1 for a lithium ion secondary battery obtained as described above has the negative electrode active material particles 4 bound on the
さらに、集電体2上に負極活物質粒子4を結着させるための金属が導電助剤としての役割をも果たすため、負極活物質粒子4を含むスラリーに炭素系材料等の導電助剤を含有させる必要がない。よって、単位面積あたりの容量を増大させてなるリチウムイオン二次電池用負極1を製造することができる。
Further, since the metal for binding the negative electrode active material particles 4 on the
〔リチウムイオン二次電池〕
次に、本実施形態におけるリチウムイオン二次電池について説明する。図2は、本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
[Lithium ion secondary battery]
Next, the lithium ion secondary battery in this embodiment will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the lithium ion secondary battery in the present embodiment.
図2に示すように、本実施形態におけるリチウムイオン二次電池10は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極の製造方法により得られるリチウムイオン二次電池用負極1と;リチウムイオン二次電池用負極1に対向して配置されるリチウムイオン二次電池用正極11と;正極11及び負極1により挟まれるセパレータ13と;正極11、負極1及びセパレータ13を収納するコイン型ケース14と;封口板15と;ガスケット16とを備え、コイン型ケース14、封口板15及びガスケット16により内部が密閉された構造を有する。正極11は、正極活物質層11a及び正極集電体11bを有する。正極11及び負極1は、それぞれ正極活物質層11a及び負極活物質粒子4を含む負極活物質層4aがセパレータ13と接するように配置されている。正極11、負極1及びセパレータ13からなる電極群には、電解液12が含浸されている。
As shown in FIG. 2, the lithium ion
リチウムイオン二次電池用正極11としては、従来公知のものを用いることができる。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)等のリチウム含有遷移金属酸化物等の正極活物質粒子が、アルミニウム、ステンレス等の金属箔又は金属板等により構成される正極集電体11bの一方の面に結着されてなる構成を有するものが挙げられる。なお、リチウムイオン二次電池用正極11は、所望により導電助剤(炭素、金属(銅、スズ、亜鉛、ニッケル、銀等)等の導電性物質からなる粉末)を有していてもよい。
A conventionally well-known thing can be used as the
電解液12としては、例えば、有機溶媒にリチウム塩を溶解させてなる有機溶媒系の非水電解液を用いることができる。電解液に含まれる有機溶媒としては、特に限定されるものではなく、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート等の鎖状エステル;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状エステル;鎖状エステルと環状エステルとの混合溶媒等が挙げられる。
As the
電解液12に含まれるリチウム塩としては、特に限定されるものではなく、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiI、LiCl、LiBr等の無機リチウム塩;LiB[OCOCF3]4、LiB[OCOCF2CF3]4、LiPF4(CF3)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF2CF3)2等の有機リチウム塩等が挙げられる。
The lithium salt contained in the
セパレータ13としては、従来公知のリチウムイオン二次電池に用いられているセパレータを用いることができ、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製の微孔性フィルム、不織布、クロス等が挙げられる。
As the
上述したような構成を有する本実施形態におけるリチウムイオン二次電池10においては、リチウムイオン二次電池用負極1を構成する負極活物質粒子4としてシリコン系粒子を用いたときの充放電時における膨張・収縮による問題(粒子崩壊・集電体からの剥離等)が解消されている。そのため、本実施形態によれば、従来に比して大容量であり、サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。
In the lithium ion
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属するすべての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
上記実施形態において、リチウムイオン二次電池用負極の製造方法は、冷却され、負極活物質粒子4が結着されてなる集電体2上に銅薄膜6を形成する銅めっき工程を含むが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、この銅めっき工程を含んでいなくてもよい。すなわち、得られるリチウムイオン二次電池用負極としては、図1(c)に示す構造を有するものであってもよい。
In the above embodiment, the method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery includes a copper plating step of forming a copper
上記実施形態におけるリチウムイオン二次電池として、コイン型リチウムイオン二次電池を例示したが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、例えば、リチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池用負極と、セパレータとを渦巻状に巻回してなる巻回式極板群;リチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池用負極と、必要に応じてセパレータとを積層してなる積層式極板群等の極板群と、電解液とを、電池容器中に封入してなる円筒型リチウムイオン二次電池であってもよい。 Although the coin-type lithium ion secondary battery is exemplified as the lithium ion secondary battery in the above embodiment, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, the positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion Winding electrode plate group formed by winding a negative electrode for a secondary battery and a separator in a spiral shape; a positive electrode for a lithium ion secondary battery, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and a separator as necessary A cylindrical lithium ion secondary battery in which an electrode plate group such as a stacked electrode plate group and an electrolytic solution are enclosed in a battery container may be used.
例えば、図3に示すように、リチウムイオン二次電池20は、正極11及び負極1を、セパレータ23を介して、セパレータ−負極−セパレータ−正極の順に積層配置し、正極11が内側に位置するように巻回して巻回式極板群を構成し、これが電池容器24内に挿入されてなる。正極11は正極リード25を介して正極端子26に、負極1は負極リード27を介して電池容器24にそれぞれ接続され、リチウムイオン二次電池20内部で生じた化学エネルギーを電気エネルギーとして外部に取り出し得るように構成されている。電池容器24内にて巻回式極板群は電解液12に含浸されている。
For example, as shown in FIG. 3, in the lithium ion
1…リチウムイオン二次電池用負極
2…集電体
3…金属膜
4…負極活物質粒子
5…可燃性粒子
6…銅薄膜
10,20…リチウムイオン二次電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (6)
集電体上に金属をめっきし、金属膜を形成する金属膜形成工程と、
前記金属膜上に、負極活物質粒子と可燃性粒子とを含むスラリーを塗布するスラリー塗布工程と、
前記スラリーが塗布された集電体を加熱する加熱工程と、
前記加熱後の集電体を冷却する冷却工程と
を含み、
前記可燃性粒子は、その燃焼温度が前記負極活物質粒子の燃焼温度よりも低く、
前記加熱工程において、前記可燃性粒子の燃焼温度以上、かつ前記金属の融点以上の温度に前記集電体を加熱することで、前記可燃性粒子を燃焼させるとともに、前記金属を溶融させ、
前記冷却工程において、溶融した前記金属を凝固させて、前記負極活物質粒子を前記集電体上に結着させる
ことを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極の製造方法。 A method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery, comprising:
A metal film forming step of plating a metal on a current collector to form a metal film;
A slurry application step of applying a slurry containing negative electrode active material particles and combustible particles on the metal film,
A heating step of heating the current collector coated with the slurry;
Cooling the current collector after heating, and
The combustible particles have a combustion temperature lower than the combustion temperature of the negative electrode active material particles,
In the heating step, the current collector is heated to a temperature not lower than the combustion temperature of the combustible particles and not lower than the melting point of the metal, thereby burning the combustible particles and melting the metal,
In the cooling step, the molten metal is solidified, and the negative electrode active material particles are bound onto the current collector. A method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013073088A JP6076802B2 (en) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013073088A JP6076802B2 (en) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014197499A JP2014197499A (en) | 2014-10-16 |
JP6076802B2 true JP6076802B2 (en) | 2017-02-08 |
Family
ID=52358145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013073088A Expired - Fee Related JP6076802B2 (en) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6076802B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10573925B2 (en) | 2016-06-17 | 2020-02-25 | Lg Chem, Ld. | Electrode for secondary battery and method of manufacturing the same |
WO2017217823A1 (en) * | 2016-06-17 | 2017-12-21 | 주식회사 엘지화학 | Electrode for secondary battery and method for manufacturing same |
JP7071732B2 (en) * | 2018-02-23 | 2022-05-19 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Laminated body and its manufacturing method |
CN111628138B (en) * | 2020-06-29 | 2023-08-18 | 天津市捷威动力工业有限公司 | A kind of preparation method and application of electrode |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0381958A (en) * | 1989-08-24 | 1991-04-08 | Hitachi Ltd | Nonaqueous system secondary battery, manufacture thereof, and current collector for secondary battery |
JP3406984B2 (en) * | 1995-08-28 | 2003-05-19 | 古河電池株式会社 | Electrode for Li battery and Li battery using the same |
JPH10241670A (en) * | 1997-02-25 | 1998-09-11 | Sanyo Electric Co Ltd | Electrode for nonaqueous electrolytic secondary battery and manufacture thereof |
JP2948205B1 (en) * | 1998-05-25 | 1999-09-13 | 花王株式会社 | Method for producing negative electrode for secondary battery |
JP2004311141A (en) * | 2003-04-04 | 2004-11-04 | Sony Corp | Electrode and battery using it |
JP5268223B2 (en) * | 2005-03-24 | 2013-08-21 | 三洋電機株式会社 | Negative electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery |
JP4193141B2 (en) * | 2005-03-25 | 2008-12-10 | ソニー株式会社 | Negative electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery, and production method thereof |
JP4887664B2 (en) * | 2005-05-17 | 2012-02-29 | ソニー株式会社 | Method for producing porous structure and method for producing photoelectric conversion element |
JP2007019032A (en) * | 2006-08-09 | 2007-01-25 | Sony Corp | Battery |
JP5603018B2 (en) * | 2009-03-16 | 2014-10-08 | 古河電気工業株式会社 | Negative electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery using the same, method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery, and slurry used for production |
JP5535158B2 (en) * | 2010-09-17 | 2014-07-02 | 古河電気工業株式会社 | Negative electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery, and method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery |
-
2013
- 2013-03-29 JP JP2013073088A patent/JP6076802B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014197499A (en) | 2014-10-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5279018B2 (en) | Lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof | |
US20150000118A1 (en) | Method for manufacturing graphene-incorporated rechargeable li-ion battery | |
US20170162859A1 (en) | Electrolytes and methods for using the same | |
CN103904291B (en) | Aquo-lithium ion battery electrode and preparation method thereof, aquo-lithium ion battery | |
JP2008198596A (en) | Positive electrode for lithium secondary battery, method for producing the same, and lithium secondary battery | |
JP5541957B2 (en) | Multilayer secondary battery | |
JP2007273183A (en) | Negative electrode and secondary battery | |
CN107112581A (en) | Lithium Ion Battery | |
CN103117410B (en) | 1.5V rechargeable lithium battery and preparation method thereof | |
JP6163613B2 (en) | Lithium secondary battery | |
JP2016058335A (en) | All-solid battery, manufacturing method thereof, and method for recovering capacity | |
JP2014175278A (en) | Nonaqueous secondary battery positive electrode material, nonaqueous secondary battery positive electrode, and nonaqueous secondary battery | |
JP6076802B2 (en) | Method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery | |
JPWO2015177830A1 (en) | Negative electrode material, negative electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery, and production method thereof | |
CN113812018B (en) | Method for manufacturing negative electrode for lithium secondary battery | |
KR101551682B1 (en) | Electrode and method of manufacturing an active material for the electrode | |
JP2002237292A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2009146581A (en) | Sheet-shaped negative electrode for lithium ion secondary battery, and manufacturing method thereof | |
WO2020065832A1 (en) | Electrically conductive substance, positive electrode, and secondary battery | |
JP2004265718A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary cell | |
JP7003775B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP2014022245A (en) | Lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof | |
JP2000331686A (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP2004259675A (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery and its manufacturing method | |
JP2007227239A (en) | Anode for a lithium secondary battery and lithium secondary cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151201 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160831 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160913 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161020 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161220 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170111 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6076802 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |