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公開番号2025007700
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023109276
出願日2023-07-03
発明の名称負極用組成物、負極、及び二次電池
出願人日本製紙株式会社
代理人個人
主分類H01M 4/62 20060101AFI20250109BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】負極活物質としてケイ素系の活物質を含む負極を用いた場合であっても、充放電の繰り返しによる劣化を抑制することができ、容量維持率などの電池性能に優れた二次電池を得ることが可能な負極用組成物を提供する。
【解決手段】導電性カーボンと、分散剤とを含有し、前記分散剤は、水への溶解性が5.0～100質量%であり、かつリグニン誘導体を含むリグニン成分を含有する。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
導電性カーボンと、分散剤とを含有し、
前記分散剤は、水への溶解性が５．０～１００質量％であり、かつリグニン誘導体を含むリグニン成分を含有することを特徴とする二次電池の負極用組成物。
続きを表示（約 540 文字）【請求項２】
前記リグニン誘導体が下式（１）に示す官能基を有し、前記官能基中のＳ含量が０．１～７．０質量％である、請求項１に記載の負極用組成物。
式（１）：－ＳＯ
３
Ｍ
（式中、Ｍは、水素原子、一価金属、又は二価金属を示す）
【請求項３】
前記リグニン成分の固形分当たりの抽出成分量が０．０１～２．５質量％であり、
前記リグニン成分の固形分当たりのメトキシ基量が３～１８質量％であり、
前記リグニン成分の固形分当たりの抽出成分量のメトキシ基量に対する質量比が０．００１～０．２５である請求項１または２に記載の負極用組成物。
【請求項４】
前記リグニン成分の固形分当たりの、アルカリ性ニトロベンゼン酸化による総分解生成物収率が、１５％以下である、請求項１または２に記載の負極用組成物。
【請求項５】
請求項１または２に記載の負極用組成物と、負極結合剤と、負極活物質を含む負極活物質層を備える二次電池用の負極。
【請求項６】
請求項５に記載の負極を含む二次電池。
【請求項７】
前記二次電池がリチウムイオン電池である請求項１または２に記載の負極用組成物。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の負極に用いられる負極用組成物、これを用いた負極、及び二次電池に関するものである。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンやタブレット等に代表される小型携帯端末や定置用蓄電池の急速な普及により、それらを駆動させる小型でエネルギー密度の高い電池に対する要求が高まっている。
【０００３】
一般に、リチウムイオン二次電池の負極には黒鉛系材料が用いられているが、黒鉛系材料の理論容量は３７２ｍＡｈ／ｇ（ＬｉＣ
６
）であり、現状、その限界に近付いている。
【０００４】
さらにリチウムイオン二次電池のエネルギー密度を向上するためには、新しい材料の選択が必要となっている。そこで、炭素、リチウムに次いで電位が低く、比容量の大きいケイ素、スズ等と、リチウムとを合金化した材料が注目を集めている。
【０００５】
これらの材料の中でも、ケイ素は、モル比でケイ素原子１に対してリチウム原子を４．４まで吸蔵することができ、理論的には黒鉛系炭素材料の約１０倍の容量が得られる。しかし、ケイ素粒子はリチウムを吸蔵すると体積がおよそ３倍～４倍に膨れるため、充放電の繰り返しにより劣化が進行し、容量が低下することが問題となっている。この現象を詳しく解析すると、ケイ素を含む活物質にリチウムが挿入されると、体積膨張により電極内に微細な割れが生じ、この微細な割れに電解液が侵入し、新たな被膜（ＳＥＩ層）が形成されることが確認されている。このとき、元に戻らない不可逆な容量が発生し、結果として、電池容量が低下する。この現象は、サイクル途中の充放電効率の変化に現れる。特に体積変化の大きいサイクル初期段階におけるサイクル効率の低下は、充放電効率の高い正極と組み合わせた電池としての寿命に大きな影響を与える。そのため、ケイ素を含む活物質を用いる場合、この体積膨張による電極構造の変化に伴う悪影響を最小限に抑えることが重要な課題となっている。
【０００６】
特許文献１には、ケイ素を含む電極活物質と、リグニンスルホン酸塩と、導電助剤としてのグラファイトを含む負極用合剤スラリーを、集電体上に塗布・乾燥することにより負極用合剤の塗膜（負極活物質層）を集電体上に形成し、負極を製造したことが記載されている。また、このようにして製造した負極を用いた電池は、容量特性に優れることが記載されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１の実施例に記載された負極用合剤スラリーは、活物質以外の成分（リグニン、カルボキシメチルセルロース、及び導電助剤）の割合が多すぎるため、このスラリーを使用して作製した負極を用いて得られる電池は、性能が低すぎて実使用に耐えないと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
欧州特許出願公開第３５４４０９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の実施例に記載された負極用合剤スラリーに含まれるケイ素系の活物質は固形分基準で６０％程度であるが、ケイ素系活物質の配合量が多い場合には、充放電の繰り返しによる劣化が進行するため、満足な電池特性が得られないという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、負極活物質としてケイ素系の活物質を含む負極を用いた場合であっても、充放電の繰り返しによる劣化を抑制することができ、容量維持率などの電池性能に優れた二次電池を得ることが可能な負極用組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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