JP2008021635A - Non-aqueous electrolyte secondary battery electrode and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】非水電解質二次電池において、サイクル寿命および高温耐久性を向上しうる手段
を提供すること。
【解決手段】集電体と、前記集電体の表面に配置された活物質およびバインダーを含む活
物質層と、を有する非水電解質二次電池用電極であって、前記バインダーが、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂およびポリイミドからなる群から選ばれる1種以上の熱硬化性樹脂を
前記バインダーの全質量に対して50〜100質量%含み、前記活物質層の厚さが、30
μm以上300μm以下であることを特徴とする非水電解質二次電池用電極。
【選択図】なしTo provide means capable of improving cycle life and high-temperature durability in a non-aqueous electrolyte secondary battery.
An electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery having a current collector and an active material layer containing an active material and a binder disposed on a surface of the current collector, wherein the binder is an epoxy resin. In addition, 50 to 100% by mass of one or more thermosetting resins selected from the group consisting of phenolic resins and polyimides with respect to the total mass of the binder, and the thickness of the active material layer is 30
An electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the electrode is from μm to 300 μm.
[Selection figure] None
Description
本発明は、非水電解質二次電池に関し、より詳細には、特定の材料で構成されたバインダーを含む非水電解質二次電池用電極およびこれを用いた非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery including a binder made of a specific material and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same.
地球環境汚染および地球温暖化の問題に対処するため、電気自動車やハイブリッド自動車への関心が高まっている。これらの動力源の一つとして、リチウム二次電池に代表される非水電解質二次電池が広く開発されている。 There is growing interest in electric and hybrid vehicles to address the problems of global environmental pollution and global warming. As one of these power sources, nonaqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium secondary batteries have been widely developed.
非水電解質二次電池においては、サイクル寿命、エネルギー密度、出力密度等の特性が重要である。非水電解質二次電池が車両の動力源として用いられる場合には、サイクル寿命は特に重要である。なぜならば、通常は数年以上用いられる車両においては、サイクル寿命が短くなれば、車両に対する信頼性に大きく影響するからである。このため、サイクル寿命を最大限に高めることが、所望されている。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery, characteristics such as cycle life, energy density, and power density are important. The cycle life is particularly important when a nonaqueous electrolyte secondary battery is used as a power source for a vehicle. This is because in a vehicle that is normally used for several years or more, if the cycle life is shortened, the reliability of the vehicle is greatly affected. For this reason, it is desired to maximize the cycle life.
充放電サイクルを繰り返すと、集電体から電極層が剥離して内部抵抗が上昇するため、電池容量が低下する。この問題点を解決する試みとして、従来バインダーとして使用されてきたフッ化ビニリデンのようなフッ素樹脂に改良を加える技術が提案されている。例えば、電極活物質とバインダーとからなる活物質層において、バインダーとしてフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体を使用することによって、集電体からの活物質層の剥離を防止し、サイクル特性を向上させる技術が提案されている(特許文献1参照)。さらに、特許文献2では、エポキシ樹脂を主体とした組成物の硬化物をバインダーとして用いた二次電池が提案されている。
しかしながら、上記文献の技術を用いたとしても、サイクル寿命は電池が搭載された装置に対する信頼性に大きく影響するものである故に、サイクル寿命を向上させる、さらなる手段の開発が所望されている。特に高温で電池を使用・保存した場合に、電池のサイクル寿命を向上させる手段、すなわち高温耐久性に優れた電池の開発が求められている。そこで、本発明は、非水電解質二次電池において、サイクル寿命および高温耐久性を向上しうる手段を提供することを目的とする。 However, even if the technique of the above-mentioned document is used, since the cycle life greatly affects the reliability of the battery-mounted device, it is desired to develop further means for improving the cycle life. In particular, when a battery is used / stored at a high temperature, there is a demand for development of a means for improving the cycle life of the battery, that is, a battery excellent in high temperature durability. Then, an object of this invention is to provide the means which can improve a cycle life and high temperature durability in a nonaqueous electrolyte secondary battery.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。本発明は、集電体と、前記集電体の表面に配置された活物質およびバインダーを含む活物質層と、を有する非水電解質二次電池用電極であって、前記バインダーが、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびポリイミドからなる群から選ばれる1種以上の熱硬化性樹脂を前記バインダーの全質量に対して50〜100質量%含み、前記活物質層の厚さが、30μm以上300μm以下であることを特徴とする非水電解質二次電池用電極を提供する。 The present invention has been made in view of the above problems. The present invention is an electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery having a current collector and an active material layer containing an active material and a binder disposed on the surface of the current collector, wherein the binder is an epoxy resin In addition, 50 to 100% by mass of one or more thermosetting resins selected from the group consisting of phenol resins and polyimides are included with respect to the total mass of the binder, and the thickness of the active material layer is 30 μm or more and 300 μm or less. An electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery is provided.
本発明の電極を用いた非水電解質二次電池によれば、高温時であってもサイクル特性が維持されるため、電池の長寿命化が達成されうる。さらに、非水電解質二次電池、またはこれを複数接続した組電池を、自動車や電車などの車両に適用することにより、長寿命で信頼性の高い車両が提供される。 According to the non-aqueous electrolyte secondary battery using the electrode of the present invention, since the cycle characteristics are maintained even at high temperatures, the battery life can be extended. Furthermore, a long-life and highly reliable vehicle is provided by applying a non-aqueous electrolyte secondary battery or an assembled battery in which a plurality of non-aqueous electrolyte secondary batteries are connected to a vehicle such as an automobile or a train.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態は、集電体と、前記集電体の表面に配置された活物質およびバインダーを含む活物質層と、を有する非水電解質二次電池用電極であって、前記バインダーが、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびポリイミドからなる群から選ばれる1種以上の熱硬化性樹脂を前記バインダーの全質量に対して50〜100質量%含み、前記活物質層の厚さが、30μm以上300μm以下であることを特徴とする非水電解質二次電池用電極である。
(First embodiment)
1st Embodiment of this invention is an electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries which has an electrical power collector and the active material layer containing the active material and binder which were arrange | positioned on the surface of the said electrical power collector, The binder contains 50 to 100% by mass of one or more thermosetting resins selected from the group consisting of epoxy resins, phenolic resins and polyimides with respect to the total mass of the binder, and the thickness of the active material layer is 30 μm. The electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery is characterized by being 300 μm or less.
以下、本実施形態の非水電解質二次電池用電極を構成する部材について簡単に説明する。 Hereafter, the member which comprises the electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this embodiment is demonstrated easily.
[バインダー]
本発明の第1の特徴は、活物質層中のバインダーが、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、フェノール樹脂、およびポリイミドからなる群から選ばれる1種以上の熱硬化性樹脂を含むことである。
[binder]
The 1st characteristic of this invention is that the binder in an active material layer contains 1 or more types of thermosetting resins chosen from the group which consists of an epoxy resin which is a thermosetting resin, a phenol resin, and a polyimide. .
エポキシ樹脂は、熱硬化性であれば、特に限定されるものではない。エポキシ樹脂の具体例としては、たとえば、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型などのビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、ポリエーテル変性エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂などがあげられる。電池内で安定に(電気化学的、耐電解液性)使用できるという理由から、ビスフェノール型のエポキシ樹脂が好ましい。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The epoxy resin is not particularly limited as long as it is thermosetting. Specific examples of the epoxy resin include, for example, bisphenol type epoxy resins such as bisphenol A type and bisphenol F type, phenol novolac type epoxy resins, cresol novolac type epoxy resins, glycidyl ether type epoxy resins, glycidyl ester type epoxy resins, and polyethers. Examples thereof include modified epoxy resins and silicone-modified epoxy resins. A bisphenol type epoxy resin is preferred because it can be used stably (electrochemical and electrolytic solution resistance) in the battery. These may be used alone or in combination of two or more.
フェノール樹脂は、熱硬化性であれば、特に限定されるものではない。フェノール樹脂の具体例としては、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂などがあげられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The phenol resin is not particularly limited as long as it is thermosetting. Specific examples of the phenolic resin include novolac type phenolic resin, resol type phenolic resin, and epoxy-modified phenolic resin. These may be used alone or in combination of two or more.
ポリイミドは、熱硬化性であれば、特に限定されるものではない。ポリイミドの具体例としては、縮合型ポリイミドや付加型ポリイミドなどがあげられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The polyimide is not particularly limited as long as it is thermosetting. Specific examples of the polyimide include condensation type polyimide and addition type polyimide. These may be used alone or in combination of two or more.
バインダーの全質量を100質量%(以下、質量%を単に「%」とする)とした場合、バインダー中に含まれる熱硬化性のエポキシ樹脂、フェノール樹脂およびポリイミドの全合計質量が、50〜100%であることが好ましく、さらに好ましくは70〜100%である。この範囲であると、活物質が集電体から剥離しにくくなり、また、高温での電池の耐久性が向上するため、好ましい。 When the total mass of the binder is 100 mass% (hereinafter, mass% is simply referred to as “%”), the total total mass of the thermosetting epoxy resin, phenol resin, and polyimide contained in the binder is 50 to 100. %, More preferably 70 to 100%. Within this range, the active material is difficult to peel from the current collector, and the durability of the battery at high temperatures is improved, which is preferable.
バインダーには、上記特定の熱硬化性樹脂に加えて、バインダーに用いられる従来公知の材料を使用してもよい。具体的には、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリスルフォン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレンなどの熱可塑性樹脂;ユリア樹脂、ポリウレタン樹脂、ケイ素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂;ブチルゴム、スチレン系ゴム、ポリイソプレンゴム、オレフィン系ゴム、ウレタン系ゴム、ポリアミド系ゴム、アクリルゴム、フッ素ゴムなどのゴム系材料などが挙げられる。 In addition to the specific thermosetting resin, a conventionally known material used for the binder may be used for the binder. Specifically, thermoplastic resins such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl acetate, acrylic resin, polyethylene, polystyrene, polypropylene, polysulfone, polycarbonate, polytetrafluoroethylene; urea resin, polyurethane resin, silicon resin, Thermosetting resins such as saturated polyester resins; rubber materials such as butyl rubber, styrene rubber, polyisoprene rubber, olefin rubber, urethane rubber, polyamide rubber, acrylic rubber, and fluororubber.
なお、上記バインダーは、正極、負極のどちらか一方の活物質層に含まれていてもよいし、あるいは双方に含まれていてもよい。高出力化という点からは、少なくとも正極に上記バインダーを含むことが好ましく、より好ましくは正極、負極の双方に上記バインダーを含む。 In addition, the said binder may be contained in the active material layer of any one of a positive electrode and a negative electrode, or may be contained in both. From the viewpoint of high output, it is preferable that the binder is contained in at least the positive electrode, and more preferably, the binder is contained in both the positive electrode and the negative electrode.
[活物質層]
活物質層は上記バインダーの他、活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
[Active material layer]
The active material layer contains an active material in addition to the above binder, and further contains other additives as necessary.
正極活物質層は、正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、LiCoO2等のLi・Co系複合酸化物、LiNiO2等のLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMn2O4等のLi・Mn系複合酸化物、LiFeO2等のLi・Fe系複合酸化物等のリチウム−遷移金属酸化物;LiMPO4(M=Fe、Mn、Co、Ni)等のリチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material. As the positive electrode active material, for example, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, Li · Mn-based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4, LiFeO 2, etc. Lithium-transition metal oxides such as Li · Fe-based composite oxides; lithium-transition metal phosphate compounds such as LiMPO 4 (M = Fe, Mn, Co, Ni), and lithium-transition metal sulfate compounds. . These may be used alone or in combination of two or more.
正極活物質としては、高温時のサイクル特性を向上させる点で、Ni系、3元系、およびオリビン系材料からなる群から選ばれる1種以上を用いることが好ましい。Ni系、3元系、およびオリビン系材料は、特に制限されるものではないが、以下のものが例示される。Ni系としては、LiNiO2、LiNiO2の一部をCoもしくはMnで置換したもの(例えば、LiNiCoO2、LiNiMnO2など)、またはCoおよびMnで置換したもの(例えば、LiNiMnCoO2など)、またはCoおよびAlで置換したもの(例えば、LiNiCoAlO2など)、またはその他の遷移金属で置換したもの(例えば、LiNiCoAlMO2など)が挙げられる。3元系としては、Ni、Mn、Coの比が1:1:1であるLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2などが挙げられる。オリビン系としては、LiFePO4に代表される、LiMPO4(M=Fe、Mn、Co、Ni)などが挙げられる。 As the positive electrode active material, it is preferable to use one or more selected from the group consisting of Ni-based, ternary-based, and olivine-based materials from the viewpoint of improving cycle characteristics at high temperatures. The Ni-based, ternary-based, and olivine-based materials are not particularly limited, but the following are exemplified. Examples of Ni-based materials include LiNiO 2 , LiNiO 2 partially substituted with Co or Mn (eg, LiNiCoO 2 , LiNiMnO 2, etc.), Co and Mn substituted (eg, LiNiMnCoO 2 ), or Co And those substituted with Al (for example, LiNiCoAlO 2 or the like), or those substituted with other transition metals (for example, LiNiCoAlMO 2 or the like). Examples of the ternary system include LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 in which the ratio of Ni, Mn, and Co is 1: 1: 1. Examples of the olivine system include LiMPO 4 (M = Fe, Mn, Co, Ni) represented by LiFePO 4 .
負極活物質層は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、上述したようなリチウム−遷移金属化合物、金属材料、リチウム−金属合金材料などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material. Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite, soft carbon, and hard carbon, lithium-transition metal compounds, metal materials, and lithium-metal alloy materials as described above. These may be used alone or in combination of two or more.
各活物質層に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は特に制限されないが、好ましくは0.01〜100μmであり、より好ましくは1〜50μmである。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、粒子の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味するものとし、「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。 The average particle size of each active material contained in each active material layer is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 100 μm, more preferably 1 to 50 μm. In the present specification, “particle diameter” means the maximum distance L among the distances between any two points on the particle outline, and the value of “average particle diameter” Using observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM), a value calculated as an average value of particle diameters of particles observed in several to several tens of fields is adopted. .
正極活物質層および負極活物質層に含まれうるバインダー以外の添加剤としては、例えば、導電助剤、電解質塩(リチウム塩)、電解質等が挙げられる。 Examples of additives other than the binder that can be included in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer include a conductive additive, an electrolyte salt (lithium salt), and an electrolyte.
導電助剤とは、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。 The conductive assistant refers to an additive that is blended in order to improve the conductivity of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. Examples of the conductive assistant include carbon materials such as carbon black such as acetylene black, graphite, and vapor grown carbon fiber. When the active material layer contains a conductive additive, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.
電解質塩(リチウム塩)としては、Li(C2F5SO2)2N、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3等が挙げられる。電解質は、下記「電解質」の項で詳述する。 Examples of the electrolyte salt (lithium salt) include Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like. The electrolyte is described in detail in the section “Electrolyte” below.
正極活物質層および負極活物質層中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、非水電解質二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。 The compounding ratio of the components contained in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about the nonaqueous electrolyte secondary battery.
本実施形態において、各活物質層の厚さは、30μm以上300μm以下である。活物質層は、単電池当りの容量を増加させる場合は、厚いほうが好ましいが、活物質層が厚くなると、従来のバインダーを用いた場合、活物質層の物質間の密着性が低下する虞があり、バインダーの配合量を増加させなければならない場合があった。これに対し、本実施形態のバインダーを用いることによって、活物質層の厚さが30μm以上と厚い場合であっても、バインダーの配合量を増加させることなく、活物質層の物質間の密着性を確保できる。活物質層の厚さは、エネルギー密度の低下を抑える、好ましくは50μm以上200μm以下である。 In the present embodiment, the thickness of each active material layer is not less than 30 μm and not more than 300 μm. When the capacity per unit cell is increased, the active material layer is preferably thicker. However, when the active material layer is thicker, there is a possibility that the adhesion between the materials of the active material layer may be reduced when a conventional binder is used. In some cases, the blending amount of the binder had to be increased. In contrast, by using the binder of the present embodiment, even when the thickness of the active material layer is as thick as 30 μm or more, the adhesion between the materials of the active material layer without increasing the blending amount of the binder. Can be secured. The thickness of the active material layer suppresses a decrease in energy density, and is preferably 50 μm or more and 200 μm or less.
活物質層中のバインダーの配合量は、特に制限されないが、5〜50%であることが好ましく、より好ましくは5〜20%である。この範囲にあれば、エネルギー密度の低下を防止できるであるため、好ましい。 The blending amount of the binder in the active material layer is not particularly limited, but is preferably 5 to 50%, and more preferably 5 to 20%. If it exists in this range, since the fall of an energy density can be prevented, it is preferable.
[集電体(最外層集電体を含む)]
集電体および最外層集電体は、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス(SUS)箔など、導電性の材料から構成される。集電体の一般的な厚さは、1〜30μmである。
[Current collector (including outermost layer current collector)]
The current collector and the outermost layer current collector are made of a conductive material such as an aluminum foil, a copper foil, or a stainless steel (SUS) foil. The general thickness of the current collector is 1 to 30 μm.
集電体の大きさは、非水電解質二次電池の使用用途に応じて決定される。大型の電池に用いられる大型の電極を作製するのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。小型の電極を作製するのであれば、面積の小さな集電体が用いられる。 The size of the current collector is determined according to the intended use of the nonaqueous electrolyte secondary battery. If a large electrode used for a large battery is manufactured, a current collector having a large area is used. If a small electrode is produced, a current collector with a small area is used.
[製造方法]
本実施形態の電極は、従来公知の非水電解質二次電池用電極の製造方法により製造されうる。例えば、活物質および熱硬化性樹脂を有機溶媒に添加して活物質スラリーを調製し、当該活物質スラリーを集電体の表面に塗布して、塗膜を形成することにより、製造されうる。具体的には、所望の活物質および熱硬化性樹脂、さらに必要に応じて他の成分(例えば、導電助剤、支持塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマーなど)を、溶媒中で混合して、活物質スラリーを調製する。溶媒の種類や混合手段は特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。溶媒の一例を挙げると、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミドなどが用いられうる。続いて、上記で調製した活物質スラリーを、上記で準備した集電体の表面に塗布し、塗膜を形成する。その後、乾燥、プレス処理を施す。また、活物質スラリーを塗布するための塗布手段も特に限定されない。例えば、コーターなどの一般的に用いられている手段が採用されうる。
[Production method]
The electrode of the present embodiment can be manufactured by a conventionally known method for manufacturing an electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery. For example, it can be manufactured by preparing an active material slurry by adding an active material and a thermosetting resin to an organic solvent, and applying the active material slurry to the surface of a current collector to form a coating film. Specifically, a desired active material and a thermosetting resin, and other components (for example, a conductive assistant, a supporting salt (lithium salt), an ion conductive polymer, etc.) are mixed in a solvent as necessary. To prepare an active material slurry. The kind of solvent and the mixing means are not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. As an example of the solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide and the like can be used. Subsequently, the active material slurry prepared above is applied to the surface of the current collector prepared above to form a coating film. Thereafter, drying and pressing are performed. Also, the application means for applying the active material slurry is not particularly limited. For example, a commonly used means such as a coater can be adopted.
(第2実施形態)
第2実施形態は、第1実施形態の電極を用いた非水電解質二次電池である。このような非水電解質二次電池は、高温耐久性が良好であり、電池の長寿命化が期待される。なお、第1実施形態の電極は、正極、負極の少なくともどちらか一方に用いられていればよいが、本発明の効果が顕著に得られるので、少なくとも正極に用いることが好ましく、正極、負極の双方に用いることがより好ましい。
(Second Embodiment)
The second embodiment is a nonaqueous electrolyte secondary battery using the electrode of the first embodiment. Such a non-aqueous electrolyte secondary battery has good high-temperature durability and is expected to extend the life of the battery. The electrode of the first embodiment may be used for at least one of the positive electrode and the negative electrode. However, since the effect of the present invention is remarkably obtained, it is preferably used at least for the positive electrode. It is more preferable to use both.
本発明の非水二次電池においては、上記第1実施形態の電極要素の他は、通常公知の電極の構成要素が用いられる。以下、本実施形態の電池を構成する部材について、説明する。 In the nonaqueous secondary battery of the present invention, in addition to the electrode elements of the first embodiment, generally known electrode components are used. Hereinafter, members constituting the battery of this embodiment will be described.
[セパレータ]
本発明に用いられるセパレータは、特に制限されず、不織布セパレータ、微多孔膜セパレータのいずれであってもよい。
[Separator]
The separator used in the present invention is not particularly limited, and may be a nonwoven fabric separator or a microporous membrane separator.
不織布セパレータとしては、例えば、繊維を絡めてシート化したものを用いることができる。また、加熱によって繊維同士を融着することにより得られるスパンボンドなども用いることができる。すなわち、繊維を適当な方法でウェブ(薄綿)状またはマット状に配列させ、適当な接着剤あるいは繊維自身の融着力により接合して作ったシート状のものであればよい。使用する繊維としては、特に制限されるものではなく、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル、セルロース、レーヨン、アセテート、ナイロン(登録商標)、ポリイミド、アラミド、セラミックスなど従来公知のものを用いることができる。 As the nonwoven fabric separator, for example, a sheet in which fibers are entangled can be used. In addition, a spunbond obtained by fusing fibers together by heating can also be used. In other words, it may be in the form of a sheet formed by arranging fibers in a web (thin cotton) shape or mat shape by an appropriate method, and joining them using an appropriate adhesive or the fusing force of the fibers themselves. The fiber to be used is not particularly limited, and examples thereof include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), cellulose, rayon, acetate, nylon (registered trademark), polyimide, aramid, ceramics, and the like. A conventionally well-known thing can be used.
微多孔膜セパレータとしては、例えば、電解質を吸収保持するポリマーからなる多孔性シート(例えば、ポリオレフィン系微多孔膜セパレータなど)などを用いることができる。有機溶媒に対して化学的に安定であるという性質を持つ上記ポリオレフィン系微多孔膜セパレータは、電解質(電解液)との反応性を低く抑えることができるという優れた効果を有するものである。ポリオレフィン系微多孔膜セパレータの材質としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、PP/PE/PPの3層構造からなる積層体などが挙げられる。その他、微多孔膜セパレータの材質としては、ポリイミド、アラミド、ポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。 As the microporous membrane separator, for example, a porous sheet (for example, a polyolefin microporous membrane separator) made of a polymer that absorbs and holds an electrolyte can be used. The polyolefin microporous membrane separator having the property of being chemically stable with respect to an organic solvent has an excellent effect that the reactivity with the electrolyte (electrolytic solution) can be kept low. Examples of the material of the polyolefin microporous membrane separator include a laminate having a three-layer structure of polyethylene (PE), polypropylene (PP), and PP / PE / PP. In addition, examples of the material of the microporous membrane separator include polyimide, aramid, polyethylene terephthalate, and the like.
本実施形態に用いられるセパレータを構成する材料は、好ましくは、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、アラミド、セルロースおよびセラミックスからなる群から選ばれる1種以上の材料を含む。このような材料を用いることで、電池の高温耐久性がさらに向上するため、好ましい。電池の高温耐久性を向上させるために、上記好ましい材料は、セパレータを構成する材料100%中に、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは100%含まれる。また、上記好ましい材料は1種単独で用いても、2種以上併用してもよいが、生産性の点から1種単独で用いることが好ましい。 The material constituting the separator used in the present embodiment preferably includes one or more materials selected from the group consisting of polypropylene, polyimide, polyethylene terephthalate (PET), aramid, cellulose, and ceramics. It is preferable to use such a material because the high temperature durability of the battery is further improved. In order to improve the high temperature durability of the battery, the preferable material is contained in 100% of the material constituting the separator, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and further preferably 100%. Moreover, although the said preferable material may be used individually by 1 type or may be used together 2 or more types, it is preferable to use individually by 1 type from the point of productivity.
以上説明したセパレータは電極間に狭持され、後ほど説明する電解質として電解液を用いた場合に電解液を含浸させて電解質として使用されうる。よって上記電極を用い、この電極間に電解液を含浸させたセパレータを電解質として狭持した場合にこれらの組み合わせは1組の電池要素を形成することになる。必要に応じてこの1組を外装材で包んでそのまま非水電解質二次電池と使用しても良いし、複数組を積層して外装材で包んで非水電解質二次電池として使用しても良い。 The separator described above is sandwiched between the electrodes, and can be used as an electrolyte by impregnating the electrolyte when an electrolyte is used as the electrolyte described later. Therefore, when the above electrodes are used and a separator impregnated with an electrolyte solution is sandwiched between the electrodes as an electrolyte, these combinations form one set of battery elements. If necessary, this one set may be wrapped with an exterior material and used as it is as a non-aqueous electrolyte secondary battery, or a plurality of sets may be laminated and wrapped with an exterior material to be used as a non-aqueous electrolyte secondary battery. good.
なお、上記好ましい材料を用いた場合、活物質層中に用いられる特定のバインダーとの組合わせによって、さらに高温耐久性が向上する。具体的には、(1)セパレータを構成する材料にポリイミドを含み、バインダーに熱硬化性ポリイミドを含む形態;(2)セパレータを構成する材料にPETまたはアラミドを少なくとも1種含み、バインダーにフェノール樹脂、またはエポキシ樹脂を少なくとも1種含む形態;(3)セパレータを構成する材料にポリプロピレンを含み、バインダーにフェノール樹脂、またはエポキシ樹脂を少なくとも1種含む形態などが好ましく例示される。(1)〜(3)の形態は、正極、負極の少なくともどちらか一方のバインダーとセパレータとの組み合わせであればよいが、本発明の効果が顕著に得られるので、正極、負極の双方のバインダーとセパレータとの組み合わせであることがより好ましい。 In addition, when the said preferable material is used, high temperature durability improves further by the combination with the specific binder used in an active material layer. Specifically, (1) the material constituting the separator includes polyimide and the binder includes thermosetting polyimide; (2) the material constituting the separator includes at least one kind of PET or aramid, and the binder includes a phenol resin. Or a form containing at least one epoxy resin; (3) a form in which polypropylene is contained in the material constituting the separator and at least one phenol resin or epoxy resin is contained in the binder. The form of (1) to (3) may be a combination of at least one of a positive electrode and a negative electrode binder and a separator, but since the effects of the present invention are remarkably obtained, both the positive electrode and negative electrode binders are used. More preferred is a combination of a separator and a separator.
[絶縁性微粒子混合材料]
本実施形態においては、活物質層とセパレータとの間に、熱硬化性の接着剤と絶縁性微粒子とを含む絶縁性微粒子混合材料が、上記活物質層とセパレータとの間に配置されていることが好ましい。絶縁性微粒子混合材料が配置されることにより、耐熱性がより向上し、高温耐久性がより向上する。また、熱硬化性のバインダーを用いることにより、高温時においても、絶縁性微粒子の接着が良好である。
[Insulating fine particle mixed material]
In the present embodiment, an insulating fine particle mixed material containing a thermosetting adhesive and insulating fine particles is disposed between the active material layer and the separator between the active material layer and the separator. It is preferable. By disposing the insulating fine particle mixed material, the heat resistance is further improved and the high temperature durability is further improved. Further, by using a thermosetting binder, the adhesion of the insulating fine particles is good even at high temperatures.
「絶縁性微粒子」とは、電気絶縁性を示す粒子を意味する。絶縁性微粒子を構成する材料は、電気絶縁性を示す材料であれば特に制限されず、従来公知の材料が適宜用いられうる。具体的には、セラミックス材料または有機高分子材料が絶縁性微粒子を構成する材料として用いられうる。これらの材料を用いて絶縁性微粒子を構成することで、セパレータに必要とされる正負極間の短絡防止機能が十分に発揮されうる。 “Insulating fine particles” mean particles having electrical insulating properties. The material constituting the insulating fine particles is not particularly limited as long as it is a material exhibiting electrical insulation, and a conventionally known material can be appropriately used. Specifically, a ceramic material or an organic polymer material can be used as a material constituting the insulating fine particles. By forming the insulating fine particles using these materials, the function of preventing the short circuit between the positive and negative electrodes required for the separator can be sufficiently exhibited.
これらの絶縁性微粒子としては、例えば、リチウムフェライト(LiFeO2)、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、ジルコニア、マグネシア、チタニア、シリカアルミナ、酸化クロム、酸化ルテニウムなどの酸化物や、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物、LiFePO4、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル系材料、フッ化イミドなどのポリイミド系材料、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリスルフォン、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。これらの材料の中でも、電子伝導性(絶縁性)および機械的強度(より高い短絡防止機能を有する)の点で、LiFeO2、SiO2、Al2O3が好適に用いられる。これらの材料は1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 Examples of these insulating fine particles include oxides such as lithium ferrite (LiFeO 2 ), silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia, magnesia, titania, silica alumina, chromium oxide, and ruthenium oxide. , Nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, acrylic materials such as LiFePO 4 , polymethyl acrylate and polymethyl methacrylate, polyimide materials such as fluorinated imide, polystyrene, polypropylene, polysulfone, phenolic resin, unsaturated A polyester resin etc. are mentioned. Among these materials, LiFeO 2 , SiO 2 , and Al 2 O 3 are preferably used in terms of electronic conductivity (insulating properties) and mechanical strength (having a higher short-circuit prevention function). Only 1 type of these materials may be used independently, and 2 or more types may be used together.
絶縁性微粒子は、全てがセラミックス材料からなる粒子(セラミックス粒子)であってもよいし、全てが有機高分子材料からなる粒子(有機高分子粒子)であってもよいし、これらの粒子の混合物であってもよい。混合物の形態が採用される場合、セラミックス粒子と有機高分子粒子との混合比は特に制限されないが、セラミックス粒子:有機高分子粒子の比(体積比)で、好ましくは10〜20:1〜10であり、より好ましくは10〜15:3〜10である。 The insulating fine particles may be all particles made of a ceramic material (ceramic particles), all particles made of an organic polymer material (organic polymer particles), or a mixture of these particles. It may be. When the form of the mixture is adopted, the mixing ratio of the ceramic particles and the organic polymer particles is not particularly limited, but is preferably a ratio of ceramic particles: organic polymer particles (volume ratio), preferably 10-20: 1-10. More preferably, it is 10-15: 3-10.
本実施形態において、絶縁性微粒子の平均粒子径は、10nm〜30μmであることが好ましく、より好ましくは50nm〜25μmであり、さらに好ましくは100nm〜20μmであり、最も好ましくは1000nm〜10μmである。この範囲の絶縁性微粒子であれば、電池の体積エネルギー密度が適当であり、また、仮に電池の使用時などにおける振動によって絶縁性微粒子が脱落したとしても、このように比較的小さいサイズの絶縁性微粒子を用いることにより、正負極間の短絡(ショート)の発生が十分に抑制されうる。 In the present embodiment, the average particle size of the insulating fine particles is preferably 10 nm to 30 μm, more preferably 50 nm to 25 μm, still more preferably 100 nm to 20 μm, and most preferably 1000 nm to 10 μm. If the insulating fine particles are within this range, the volume energy density of the battery is appropriate, and even if the insulating fine particles fall off due to vibration during use of the battery, the insulating properties of such a relatively small size. By using the fine particles, occurrence of a short circuit between the positive and negative electrodes (short circuit) can be sufficiently suppressed.
本実施形態において、上記絶縁性微粒子混合材料に含まれる熱硬化性の接着剤により、絶縁性微粒子どうしが結着され、かつ、セパレータまたは活物質層との間の密着性もまた、向上しうる。その結果、非水電解質二次電池の耐振動性などの信頼性が向上しうる。熱硬化性接着剤としては、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ケイ素樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。 In the present embodiment, the insulating fine particles are bound together by the thermosetting adhesive contained in the insulating fine particle mixed material, and the adhesion between the separator and the active material layer can also be improved. . As a result, reliability such as vibration resistance of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be improved. Examples of the thermosetting adhesive include urea resin, epoxy resin, polyurethane resin, silicon resin, phenol resin, and unsaturated polyester resin.
絶縁性微粒子混合材料における熱硬化性の接着剤の配合量は特に制限されないが、絶縁性微粒子混合材料の全量を100%とした場合に、好ましくは1〜80%であり、より好ましくは3〜50%である。接着剤の添加量がこのような範囲内の値であると、結着性や密着性および体積エネルギー密度のバランスに優れる電池が提供されうる。 The blending amount of the thermosetting adhesive in the insulating fine particle mixed material is not particularly limited, but is preferably 1 to 80%, more preferably 3 to 100% when the total amount of the insulating fine particle mixed material is 100%. 50%. When the added amount of the adhesive is within such a range, a battery having an excellent balance of binding property, adhesion, and volume energy density can be provided.
絶縁性微粒子混合材料の配置方法としては、活物質層表面に塗布する方法などが挙げられる。活物質層表面に絶縁性微粒子混合材料を塗布する場合、活物質層の面積100%に対して70%以上塗布することが好ましい。また、具体的な塗布方法としては、絶縁性粒子を含むスラリー(絶縁性粒子スラリー)を別途調製し、活物質層の少なくとも一方の面(好ましくは両面)に塗布する方法などが挙げられる。 Examples of the arrangement method of the insulating fine particle mixed material include a method of applying to the surface of the active material layer. When applying the insulating fine particle mixed material to the surface of the active material layer, it is preferable to apply 70% or more with respect to 100% of the active material layer area. Specific examples of the application method include a method in which a slurry containing insulating particles (insulating particle slurry) is separately prepared and applied to at least one surface (preferably both surfaces) of the active material layer.
絶縁性粒子スラリーを調製する際に用いられる溶媒は特に制限されず、具体的には、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミドなどの極性溶媒が挙げられる。 The solvent used in preparing the insulating particle slurry is not particularly limited, and specific examples include polar solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, and methylformamide.
絶縁性粒子スラリーにおける絶縁性粒子やバインダーの濃度、およびスラリーの粘度も特に制限されず、活物質層への塗布手法などを考慮して適宜決定すればよい。具体的には、絶縁性粒子スラリーの粘度は、好ましくは0.5〜8.0Pa・sであり、より好ましくは1.0〜4.0Pa・sである。 The concentration of the insulating particles and the binder in the insulating particle slurry and the viscosity of the slurry are not particularly limited, and may be appropriately determined in consideration of the application method to the active material layer. Specifically, the viscosity of the insulating particle slurry is preferably 0.5 to 8.0 Pa · s, more preferably 1.0 to 4.0 Pa · s.
絶縁性粒子スラリーを活物質層の表面に塗布するための塗布手段も特に制限されず、電池の製造分野において従来公知の手法が適宜採用されうる。一例を挙げると、ドクターブレード方式、インクジェット方式、スクリーン印刷方式、ダイコータ方式などの手法が例示される。 The application means for applying the insulating particle slurry to the surface of the active material layer is not particularly limited, and a conventionally known technique can be appropriately employed in the battery manufacturing field. For example, methods such as a doctor blade method, an ink jet method, a screen printing method, and a die coater method are exemplified.
また、活物質層の表面に塗布された絶縁性粒子スラリーを乾燥、加熱してもよい。加熱は、絶縁性粒子スラリーの塗布後、電極の積層の前に行われてもよいし、積層後に行われてもよい。好ましい形態においては、電極の積層後に加熱が行われる。かような形態によれば、絶縁性粒子どうしの結着性の向上に加えて、活物質層、セパレータ、絶縁性粒子混合材料の密着性の向上といった効果もまた、得られる。 Further, the insulating particle slurry applied to the surface of the active material layer may be dried and heated. The heating may be performed after the application of the insulating particle slurry and before the lamination of the electrodes, or may be performed after the lamination. In a preferred embodiment, heating is performed after the electrodes are stacked. According to such a form, in addition to the improvement of the binding property between the insulating particles, the effect of improving the adhesion of the active material layer, the separator, and the insulating particle mixed material is also obtained.
[電解質]
電解質としては、従来公知の電解質を使用することができ、例えば、液体電解質(電解液)、固体電解質、ポリマー電解質(真性ポリマー電解質、およびゲルポリマー電解質など)などが挙げられる。電解液に用いられる電解質塩としては、例えば、LiBETI、LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2などのリチウム塩が挙げられる。また、溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)などのカーボネート類などが挙げられる。これら電解液を非水二次電池用電解質として用いる場合は上記セパレータ中に含有させて用いることになる。
[Electrolytes]
As the electrolyte, conventionally known electrolytes can be used, and examples thereof include liquid electrolytes (electrolytic solutions), solid electrolytes, polymer electrolytes (intrinsic polymer electrolytes, gel polymer electrolytes, and the like). Examples of the electrolyte salt used in the electrolytic solution include lithium salts such as LiBETI, LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , and LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 . Examples of the solvent include carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate (EMC). When these electrolytic solutions are used as electrolytes for non-aqueous secondary batteries, they are used in the separator.
ポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーから構成され、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。優れた機械的強度を発現させることが可能である点で、重合性のイオン伝導性ポリマーが、熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合などにより架橋されてなるものが好適に用いられる。 The polymer electrolyte is composed of an ion conductive polymer, and the material is not limited as long as it exhibits ion conductivity. In view of the fact that excellent mechanical strength can be expressed, a polymerized ion conductive polymer that is crosslinked by thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, or the like is preferably used.
ポリマー電解質としては、真性ポリマー電解質、およびゲルポリマー電解質が挙げられる。真性ポリマー電解質としては、特に限定されないが、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体などが挙げられる。 Examples of the polymer electrolyte include an intrinsic polymer electrolyte and a gel polymer electrolyte. The intrinsic polymer electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof.
また、ゲルポリマー電解質とは、一般的に、イオン伝導性を有する全固体高分子電解質に、電解液を保持させたものをいう。なお、本願では、イオン伝導性を有しない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも、ゲルポリマー電解質に含まれるものとする。これらポリマー電解質を非水二次電池用電解質として用いる場合にはここで述べた状態で電極間に狭持して用いることになる。 The gel polymer electrolyte generally refers to an electrolyte solution held in an all-solid polymer electrolyte having ion conductivity. In the present application, a gel polymer electrolyte also includes a polymer skeleton having no ion conductivity and a similar electrolyte solution held therein. When these polymer electrolytes are used as electrolytes for non-aqueous secondary batteries, they are used by being sandwiched between electrodes in the state described here.
[電極端子]
電極端子の材質は、特に制限されず、二次電池用の電極端子として従来用いられている公知の材質が用いられうる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等が例示される。
[Electrode terminal]
The material of the electrode terminal is not particularly limited, and a known material conventionally used as an electrode terminal for a secondary battery can be used. Examples thereof include aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof.
[外装材]
外装材としては特に制限されず、従来公知の外装材が用いられうる。自動車の熱源による熱、あるいは高負荷による電池の自己発熱による熱を容易に冷却可能な点、および低温始動時に自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を迅速に電池動作温度まで加熱しうる点で、好ましくは、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートシート等が用いられうる。また、ラミネート内部を大気圧よりも減圧下におくことで、前記電池要素間あるいは電池要素−電極端子間の接触を大気圧により行うことが可能になり、さらに接触抵抗を下げることが可能になる。
[Exterior material]
The exterior material is not particularly limited, and a conventionally known exterior material can be used. Easily cool the heat from the heat source of the car or the self-heating of the battery due to high load, and efficiently transfer the heat from the car's heat source at the time of cold start, and can quickly heat the inside of the battery to the battery operating temperature In this respect, preferably, a polymer-metal composite laminate sheet having excellent thermal conductivity can be used. Further, by placing the inside of the laminate at a pressure lower than the atmospheric pressure, it becomes possible to make contact between the battery elements or between the battery elements and the electrode terminals at atmospheric pressure, and further to reduce the contact resistance. .
本実施形態の非水電解質二次電池は、特別な手法を用いることなく、従来公知の知見を適宜参照することにより製造可能である。 The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment can be manufactured by appropriately referring to conventionally known knowledge without using a special technique.
本発明の非水電解質二次電池としては、非水電解質を用いる電池であれば、特に制限されるものではないが、実用性の観点から、リチウムイオン二次電池であることが好ましい。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited as long as it uses a non-aqueous electrolyte, but is preferably a lithium ion secondary battery from the viewpoint of practicality.
本発明の非水電解質二次電池は、構造や接続形態等、特に制限されるものではなく、従来公知の形態を用いることができる。例えば、電池の構造としては、積層型(扁平型)電池、捲回型(円筒型)電池など、が挙げられる。また、電池内の電気的な接続形態(電極構造)としては、内部直列接続(双極型)、内部並列接続が挙げられる。 The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited in terms of structure and connection form, and conventionally known forms can be used. For example, examples of the battery structure include a stacked (flat) battery, a wound (cylindrical) battery, and the like. Examples of the electrical connection form (electrode structure) in the battery include internal series connection (bipolar type) and internal parallel connection.
(第3実施形態)
第3実施形態では、上記の第2実施形態の非水電解質二次電池を複数個、並列および/または直列に接続して、組電池を構成する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, a plurality of the nonaqueous electrolyte secondary batteries of the second embodiment are connected in parallel and / or in series to constitute an assembled battery.
組電池を構成する複数個の非水電解質二次電池を接続する際の接続方法は特に制限されず、従来公知の手法が適宜採用されうる。例えば、超音波溶接、スポット溶接などの溶接を用いる手法や、リベット、カシメなどを用いて固定する手法が採用されうる。かような接続方法によれば、組電池の長期信頼性が向上しうる。 The connection method in particular when connecting the some nonaqueous electrolyte secondary battery which comprises an assembled battery is not restrict | limited, A conventionally well-known method can be employ | adopted suitably. For example, a technique using welding such as ultrasonic welding or spot welding, or a technique of fixing using rivets, caulking, or the like can be employed. According to such a connection method, the long-term reliability of the assembled battery can be improved.
本実施形態の組電池によれば、上記の第2実施形態の非水電解質二次電池を用いて組電池化することで、容量特性が充分に確保されつつ、高出力条件下においても充分な出力を発揮しうる組電池が提供されうる。 According to the assembled battery of the present embodiment, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the second embodiment is used to form an assembled battery, so that sufficient capacity characteristics are ensured and sufficient even under high output conditions. An assembled battery capable of exhibiting output can be provided.
なお、組電池を構成する非水電解質二次電池の接続は、複数個全て並列に接続してもよく、また、複数個全て直列に接続してもよく、さらに、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。 In addition, the connection of the nonaqueous electrolyte secondary batteries constituting the assembled battery may be all connected in parallel, or all may be connected in series. You may combine.
(第4実施形態)
第4実施形態では、上記の第2実施形態の非水電解質二次電池、または上記の第3実施形態の組電池をモータ駆動用電源として搭載して、車両を構成する。非水電解質二次電池または組電池をモータ用電源として用いる車両としては、例えば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などの、車輪をモータによって駆動する自動車が挙げられる。第2実施形態の非水電解質二次電池、または第3実施形態の組電池は、高温耐久性に優れるため、高温になりやすい部品の近辺であっても、電池を配置することが可能となり、車両の車載性という観点からも、車両に本発明の非水電解質二次電池または組電池を用いることは好ましい。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, a vehicle is configured by mounting the nonaqueous electrolyte secondary battery of the second embodiment or the assembled battery of the third embodiment as a motor driving power source. As a vehicle using a nonaqueous electrolyte secondary battery or a battery pack as a power source for a motor, for example, a wheel such as a complete electric vehicle not using gasoline, a hybrid vehicle such as a series hybrid vehicle or a parallel hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle is used. An automobile driven by a motor can be mentioned. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the second embodiment or the assembled battery according to the third embodiment is excellent in high-temperature durability, so that it is possible to place the battery even in the vicinity of components that are likely to become high temperature. Also from the viewpoint of vehicle mounting properties, it is preferable to use the nonaqueous electrolyte secondary battery or the assembled battery of the present invention for the vehicle.
以上のように、本発明の幾つかの好適な実施形態について示したが、本発明は、以上の実施形態に限られるものではなく、当業者によって種々の変更、省略、および追加が可能である。 As described above, some preferred embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications, omissions, and additions can be made by those skilled in the art. .
本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。なお、特に記載がない限り、質量%を単に「%」とする。 The effects of the present invention will be described using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples. Unless otherwise specified, mass% is simply “%”.
<実施例1>
電極中の全バインダー質量100%に対する熱硬化性樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)の割合が50%となるように以下のようにスラリーを作製した。
<Example 1>
A slurry was prepared as follows so that the ratio of the thermosetting resin (bisphenol A type epoxy resin) to 100% of the total binder mass in the electrode was 50%.
(1)正極インク作成
正極インクの作成を次のように行った。70%のLiMn2O4(Liイオンを吸蔵、脱離できる正極活物質、平均粒径10μm)と、20%のアセチレンブラックと、バインダーである5%のPVdFおよび5%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して溶媒としてNMP(N−メチル−2−ピロリドン)を41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(1) Preparation of positive electrode ink Preparation of positive electrode ink was performed as follows. 70% LiMn 2 O 4 (positive electrode active material capable of absorbing and desorbing Li ions, average particle size 10 μm), 20% acetylene black, 5% PVdF as a binder and 5% one-component epoxy resin (Bisphenol A type epoxy resin) was mixed, 41% of NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) was added as a solvent to 100% of the mixture, and the mixture was sufficiently stirred to prepare a slurry.
(2)負極インク作成
負極インクの作製を次のように行った。85%の非晶質系炭素(Liイオンを吸蔵・脱離できる負極活物質、平均粒径10μm)と、バインダーである7.5%のPVdFおよび7.5%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(2) Preparation of negative electrode ink The negative electrode ink was prepared as follows. 85% amorphous carbon (negative electrode active material capable of absorbing and desorbing Li ions, average particle size 10 μm), 7.5% PVdF as binder and 7.5% one-part epoxy resin (bisphenol) A type epoxy resin) was mixed, 41% of NMP was added as a solvent to 100% of the mixture, and the mixture was sufficiently stirred to prepare a slurry.
(3)塗布(電極作製)
正負極:集電体に約10μmのアルミ箔を用い、このアルミ箔の両面に正極インクを塗布したものを正極とした。集電体に約10μmの銅箔を用い、この銅箔の両面に負極インクを塗布したものを負極とした。その後、120℃で乾燥し、プレスを行った。プレス後の活物質層の厚さが、正極が60μm、負極が65μmとなるようにプレスを行った。
(3) Application (electrode preparation)
Positive and negative electrodes: An aluminum foil having a thickness of about 10 μm was used as a current collector, and positive electrode ink was applied to both surfaces of the aluminum foil as a positive electrode. A copper foil having a thickness of about 10 μm was used as a current collector, and a negative electrode was prepared by applying negative electrode ink on both sides of the copper foil. Then, it dried at 120 degreeC and pressed. Pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 60 μm for the positive electrode and 65 μm for the negative electrode.
(4)端子リード
正極端子リードには厚さ150μm、幅40mm、長さ50mmのAl板を用い、負極端子リードには厚さ150μm、幅40mm、長さ50mmのCu板にNiメッキを施した端子リードを用いた。
(4) Terminal Lead An Al plate having a thickness of 150 μm, a width of 40 mm, and a length of 50 mm was used for the positive electrode terminal lead, and a Ni plate was applied to a Cu plate having a thickness of 150 μm, a width of 40 mm, and a length of 50 mm for the negative electrode terminal lead. A terminal lead was used.
(5)組み立て
正極と、負極とをポリプロピレン製の微多孔膜セパレータを介して積層し、正極11枚、負極11枚を積層した物を、電池外装材であるラミネートフィルム(最外層に表面保護用のPETフィルム、金属フィルム層としてAl箔、熱融着絶縁性フィルム層がポリプロピレンであるラミネートフィルム)の中に収納し、正極集電体、負極集電体をそれぞれセパレータの対向する辺から突出させ、Al製の電極端子、Ni製の端子リードを溶接し、外装のラミネートフィルムに挟み込み正極端子、負極端子をそれぞれ電池の対向する辺から突出させて、周縁部を加熱溶着し、電解液を注液し、幅100mm×長さ150mm×厚さ約3mmのラミネート外装扁平型電池を作製した。
(5) Assembling The positive electrode and the negative electrode are laminated via a microporous membrane separator made of polypropylene, and a laminate of 11 positive electrodes and 11 negative electrodes is laminated to a laminate film (outermost layer for surface protection). PET film, a metal film layer made of Al foil, and a heat-fusing insulating film layer made of polypropylene, and a positive electrode current collector and a negative electrode current collector are projected from opposite sides of the separator. The electrode terminal made of Al and the terminal lead made of Ni are welded, sandwiched between the laminate films of the exterior, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are respectively protruded from the opposite sides of the battery, the peripheral part is heated and welded, and the electrolyte is injected. Then, a laminated exterior flat battery having a width of 100 mm, a length of 150 mm, and a thickness of about 3 mm was produced.
<実施例2>
電極中の全バインダー質量に対する熱硬化性樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)の割合が70%となるように以下のようにスラリーを作製した。
<Example 2>
A slurry was prepared as follows so that the ratio of the thermosetting resin (bisphenol A type epoxy resin) to the total binder mass in the electrode was 70%.
(1)正極インク作成
正極インクの作成を次のように行った。70%のLiMn2O4(平均粒径10μm)と、20%のアセチレンブラックと、バインダーである3%のPVdFおよび7%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(1) Preparation of positive electrode ink Preparation of positive electrode ink was performed as follows. 70% LiMn 2 O 4 (average particle size 10 μm), 20% acetylene black, 3% PVdF as a binder and 7% one-part epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin) were mixed. A slurry was prepared by adding 41% of NMP as a solvent to 100% of the mixture and stirring sufficiently.
(2)負極インク作成
負極インクの作製を次のように行った。85%の平均粒径10μmの非晶質系炭素と、バインダーである4.5%のPVdFおよび10.5%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(2) Preparation of negative electrode ink The negative electrode ink was prepared as follows. A mixture of 85% amorphous carbon having an average particle size of 10 μm, 4.5% PVdF as a binder and 10.5% one-component epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin), and the mixture To 100%, 41% of NMP was added as a solvent and sufficiently stirred to prepare a slurry.
(3)電池の作製
実施例1の(3)〜(5)と同様にラミネート外装扁平型電池を作製した。なお、セパレータは、実施例1と同様にポリプロピレン製の微多孔膜セパレータを用いた。
(3) Production of Battery A laminated exterior flat type battery was produced in the same manner as in (3) to (5) of Example 1. The separator used was a polypropylene microporous membrane separator as in Example 1.
<実施例3>
電極中の全バインダー質量に対する熱硬化性樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)の割合が100%となるように以下のようにスラリーを作製した。
<Example 3>
A slurry was prepared as follows so that the ratio of the thermosetting resin (bisphenol A type epoxy resin) to the total binder mass in the electrode was 100%.
(1)正極インク作成
正極インクの作成を次のように行った。70%のLiMn2O4(平均粒径10μm)と、20%のアセチレンブラックと、バインダーである10%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(1) Preparation of positive electrode ink Preparation of positive electrode ink was performed as follows. 70% LiMn 2 O 4 (average particle size 10 μm), 20% acetylene black, and 10% one-component epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin) as a binder are mixed, and the mixture is 100%. On the other hand, 41% of NMP was added as a solvent and sufficiently stirred to prepare a slurry.
(2)負極インク作成
負極インクの作製を次のように行った。85%の非晶質系炭素(平均粒径10μm)と、バインダーである15%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(2) Preparation of negative electrode ink The negative electrode ink was prepared as follows. 85% amorphous carbon (average particle size 10 μm) and 15% one-component epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin) as a binder are mixed, and 100% of the mixture is used as a solvent. A slurry was prepared by adding 41% NMP and stirring well.
(3)電池の作製
実施例1の(3)〜(5)と同様にラミネート外装扁平型電池を作製した。なお、セパレータは、実施例1と同様にポリプロピレン製の微多孔膜セパレータを用いた。
(3) Production of Battery A laminated exterior flat type battery was produced in the same manner as in (3) to (5) of Example 1. The separator used was a polypropylene microporous membrane separator as in Example 1.
<実施例4>
電極中の全バインダー質量に対する熱硬化性樹脂(ポリイミドまたはビスフェノールA型エポキシ樹脂)の割合が70%となるように以下のようにスラリーを作製した。
<Example 4>
A slurry was prepared as follows so that the ratio of the thermosetting resin (polyimide or bisphenol A type epoxy resin) to the total binder mass in the electrode was 70%.
(1)正極インク作成
正極インクの作成を次のように行った。70%のLiMn2O4(平均粒径10μm)と、20%のアセチレンブラックと、バインダーである3%のPVdFおよび7%のポリイミド樹脂と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(1) Preparation of positive electrode ink Preparation of positive electrode ink was performed as follows. 70% LiMn 2 O 4 (average particle size 10 μm), 20% acetylene black, 3% PVdF as a binder and 7% polyimide resin were mixed, and 100% of the mixture was mixed with a solvent. As a slurry, 41% NMP was added and sufficiently stirred.
(2)負極インク作成
負極インクの作製を次のように行った。85%の非晶質系炭素(平均粒径10μm)と、バインダーである4.5%のPVdFおよび10.5%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(2) Preparation of negative electrode ink The negative electrode ink was prepared as follows. 85% amorphous carbon (average particle size 10 μm), 4.5% PVdF as binder and 10.5% one-component epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin) are mixed, To 100% of the mixture, 41% of NMP was added as a solvent and sufficiently stirred to prepare a slurry.
(3)電池の作製
実施例1(3)〜(5)と同様にラミネート外装扁平型電池を作製した。ただし、セパレータはポリイミド製の微多孔膜セパレータを用いた。
(3) Production of Battery A laminated exterior flat battery was produced in the same manner as in Examples 1 (3) to (5). However, a polyimide microporous membrane separator was used as the separator.
<実施例5>
(1)インクの作製
実施例4の(1)〜(2)と同様にして、正極および負極インクを作製した。
<Example 5>
(1) Preparation of ink In the same manner as in Example 4 (1) and (2), positive and negative electrode inks were prepared.
(2)電池の作製
実施例1の(3)〜(5)と同様にラミネート外装扁平型電池を作製した。ただし、セパレータはPET製の微多孔膜セパレータを用いた。
(2) Production of Battery A laminated exterior flat type battery was produced in the same manner as in (3) to (5) of Example 1. However, a PET microporous membrane separator was used as the separator.
<実施例6>
(1)インクの作製
実施例4の(1)〜(2)と同様にして、正極および負極インクを作製した。
<Example 6>
(1) Preparation of ink In the same manner as in Example 4 (1) and (2), positive and negative electrode inks were prepared.
(2)電池の作製
実施例1の(3)〜(5)と同様にラミネート外装扁平型電池を作製した。ただし、セパレータはアラミド樹脂製の微多孔膜セパレータを用いた。
(2) Production of Battery A laminated exterior flat type battery was produced in the same manner as in (3) to (5) of Example 1. However, the separator used was a microporous membrane separator made of aramid resin.
<実施例7>
電極中の全バインダー量に対する熱硬化性樹脂(フェノール樹脂)の割合が70%となるように以下のようにスラリーを作製した。
<Example 7>
A slurry was prepared as follows so that the ratio of the thermosetting resin (phenol resin) to the total binder amount in the electrode was 70%.
(1)正極インク作成
正極インクの作成を次のように行った。70%のLiMn2O4(平均粒径10μm)と、20%のアセチレンブラックと、バインダーである3%のPVdFおよび7%のフェノール樹脂と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(1) Preparation of positive electrode ink Preparation of positive electrode ink was performed as follows. 70% LiMn 2 O 4 (average particle size 10 μm), 20% acetylene black, 3% PVdF as a binder and 7% phenol resin were mixed, and 100% of the mixture was mixed with a solvent. As a slurry, 41% NMP was added and sufficiently stirred.
(2)負極インク作成
負極インクの作製を次のように行った。85%の非晶質系炭素(平均粒径10μm)と、バインダーである4.5%のPVdFおよび10.5%のフェノール樹脂と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(2) Preparation of negative electrode ink The negative electrode ink was prepared as follows. 85% amorphous carbon (average particle size 10 μm), 4.5% PVdF as binder and 10.5% phenol resin are mixed, and NMP is used as a solvent with respect to 100% of the mixture. 41% was added and stirred well to prepare a slurry.
(3)電池の作製
実施例1の(3)〜(5)と同様にラミネート外装扁平型電池を作製した。ただし、セパレータはPET製の微多孔膜セパレータを用いた。
(3) Production of Battery A laminated exterior flat type battery was produced in the same manner as in (3) to (5) of Example 1. However, a PET microporous membrane separator was used as the separator.
<実施例8>
(1)インク作製
実施例7の(1)〜(2)と同様にして、正極および負極インクを作製した。
<Example 8>
(1) Ink Preparation Positive and negative inks were prepared in the same manner as in Example 7 (1) and (2).
(2)電池の作製
実施例1の(3)〜(5)と同様にラミネート外装扁平型電池を作製した。ただし、セパレータはアラミド樹脂製の微多孔膜セパレータを用いた。
(2) Production of Battery A laminated exterior flat type battery was produced in the same manner as in (3) to (5) of Example 1. However, the separator used was a microporous membrane separator made of aramid resin.
<実施例9>
活物質層と、セパレータとの間に、熱硬化性の接着剤と絶縁性微粒子とを含む絶縁性微粒子混合材料を配置した電池を以下のように作製した。
<Example 9>
A battery in which an insulating fine particle mixed material containing a thermosetting adhesive and insulating fine particles was disposed between the active material layer and the separator was produced as follows.
(1)正極インク作成
正極インクの作成を次のように行った。70%のLiMn2O4(平均粒径10μm)と、20%のアセチレンブラックと、バインダーである3%のPVdFおよび7%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(1) Preparation of positive electrode ink Preparation of positive electrode ink was performed as follows. 70% LiMn 2 O 4 (average particle size 10 μm), 20% acetylene black, 3% PVdF as a binder and 7% one-part epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin) were mixed. A slurry was prepared by adding 41% of NMP as a solvent to 100% of the mixture and stirring sufficiently.
(2)負極インク作成
負極インクの作製を次のように行った。85%の非晶質系炭素(平均粒径10μm)と、バインダーである4.5%のPVdFおよび10.5%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(2) Preparation of negative electrode ink The negative electrode ink was prepared as follows. 85% amorphous carbon (average particle size 10 μm), 4.5% PVdF as binder and 10.5% one-component epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin) are mixed, To 100% of the mixture, 41% of NMP was added as a solvent and sufficiently stirred to prepare a slurry.
(3)塗布(電極作製)
正極は集電体に約10μmのアルミ箔を用い、このアルミ箔の両面に正極インクを塗布したものを正極とした。負極は、集電体に約10μmの銅箔を用い、この銅箔の両面に、負極インクを塗布したものを負極とした。セラミックス微粒子として粒径1μmのアルミナ粒子を70%、熱硬化性接着剤として一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)を10%量り取り、溶剤としてNMPを加えた混合物を、正極活物質上に、ダイコータ方式、厚さ5μmで塗布した。その後、120℃で乾燥し、プレスを行った。プレス後の活物質層の厚さが、正極が60μm、負極が65μmとなるようにプレスを行った。
(3) Application (electrode preparation)
As the positive electrode, an aluminum foil having a thickness of about 10 μm was used as a current collector, and the positive electrode was coated with positive ink on both sides of the aluminum foil. As the negative electrode, a copper foil having a thickness of about 10 μm was used as a current collector, and a negative electrode was prepared by applying negative electrode ink on both sides of the copper foil. A mixture of 70% alumina particles having a particle size of 1 μm as ceramic fine particles, 10% of a one-part epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin) as a thermosetting adhesive, and NMP as a solvent is added to the positive electrode active material. In addition, it was applied with a die coater method and a thickness of 5 μm. Then, it dried at 120 degreeC and pressed. Pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 60 μm for the positive electrode and 65 μm for the negative electrode.
(4)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にラミネート外装扁平型電池を作製した。
<実施例10>
(1)インク作成
実施例1の(1)〜(2)と同様にして、正極および負極のインクを作成した。
(4) Production of Battery A laminated exterior flat type battery was produced in the same manner as in (4) to (5) of Example 1.
<Example 10>
(1) Preparation of ink In the same manner as in (1) and (2) of Example 1, positive and negative inks were prepared.
(2)塗布(電極作製)
プレス後の活物質層の厚さが正極30μm、負極33μmとなるようにプレスを行った以外は、実施例1と同様に行った。
(2) Application (electrode preparation)
The same operation as in Example 1 was performed except that the pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 30 μm for the positive electrode and 33 μm for the negative electrode.
(3)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にラミネート外装扁平型電池を作製した。
<実施例11>
(1)インク作成
実施例1の(1)〜(2)と同様にして、正極および負極のインクを作成した。
(3) Production of Battery A laminated exterior flat battery was produced in the same manner as in (4) to (5) of Example 1.
<Example 11>
(1) Preparation of ink In the same manner as in (1) and (2) of Example 1, positive and negative inks were prepared.
(2)塗布(電極作製)
プレス後の活物質層の厚さが正極100μm、負極110μmとなるようにプレスを行った以外は、実施例1と同様に行った。
(2) Application (electrode preparation)
The same operation as in Example 1 was performed except that the pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 100 μm for the positive electrode and 110 μm for the negative electrode.
(3)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にして作製した。
(3) Manufacture of battery It manufactured similarly to (4)-(5) of Example 1. FIG.
<実施例12>
(1)インク作成
実施例1の(1)〜(2)と同様にして、正極および負極のインクを作成した。
<Example 12>
(1) Preparation of ink In the same manner as in (1) and (2) of Example 1, positive and negative inks were prepared.
(2)塗布(電極作製)
プレス後の活物質層の厚さが正極150μm、負極165μmとなるようにプレスを行った以外は、実施例1と同様に行った。
(2) Application (electrode preparation)
The same operation as in Example 1 was performed except that the pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 150 μm for the positive electrode and 165 μm for the negative electrode.
(3)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にして作製した。
(3) Manufacture of battery It manufactured similarly to (4)-(5) of Example 1. FIG.
<実施例13>
(1)インク作成
実施例1の(1)〜(2)と同様にして、正極および負極のインクを作成した。
<Example 13>
(1) Ink Preparation In the same manner as in Example 1 (1) and (2), positive and negative inks were prepared.
(2)塗布(電極作製)
プレス後の活物質層の厚さが正極200μm、負極220μmとなるようにプレスを行った以外は、実施例1と同様に行った。
(2) Application (electrode preparation)
The same operation as in Example 1 was performed except that the pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 200 μm for the positive electrode and 220 μm for the negative electrode.
(3)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にして作製した。
(3) Production of Battery The battery was produced in the same manner as (4) to (5) in Example 1.
<実施例14>
(1)正極インク作成
正極インクの作成を次のように行った。70%のLiMn2O4(Liイオンを吸蔵、脱離できる正極活物質、平均粒径10μm)と、15%のアセチレンブラックと、バインダーである7.5%のPVdFおよび7.5%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して溶媒としてNMP(N−メチル−2−ピロリドン)を41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
<Example 14>
(1) Preparation of positive electrode ink Preparation of positive electrode ink was performed as follows. 70% LiMn 2 O 4 (positive electrode active material capable of inserting and extracting Li ions, average particle size 10 μm), 15% acetylene black, 7.5% PVdF and 7.5% of binder Liquid epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin) was mixed, and 41% of NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) was added as a solvent to 100% of the mixture, and the mixture was sufficiently stirred to prepare a slurry. .
(2)負極インク作成
負極インクの作製を次のように行った。80%の非晶質系炭素(Liイオンを吸蔵・脱離できる負極活物質、平均粒径10μm)と、バインダーである10%のPVdFおよび10%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(2) Preparation of negative electrode ink The negative electrode ink was prepared as follows. 80% amorphous carbon (negative electrode active material capable of inserting and extracting Li ions, average particle size 10 μm), 10% PVdF as binder and 10% one-part epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin) And 41% of NMP as a solvent was added to 100% of the mixture, and the mixture was sufficiently stirred to prepare a slurry.
(3)塗布(電極作製)
集電体に約10μmのアルミ箔を用い、このアルミ箔の両面に正極インクを塗布したものを正極とした。集電体に約10μmの銅箔を用い、この銅箔の両面に負極インクを塗布したものを負極とした。その後、120℃で乾燥し、プレスを行った。プレス後の厚さが正極300μm、負極280μmとなるようにプレスを行った。
(3) Application (electrode preparation)
An aluminum foil having a thickness of about 10 μm was used as a current collector, and a positive electrode was formed by applying positive electrode ink on both sides of the aluminum foil. A copper foil having a thickness of about 10 μm was used as a current collector, and a negative electrode was prepared by applying negative electrode ink on both sides of the copper foil. Then, it dried at 120 degreeC and pressed. Pressing was performed so that the thickness after pressing was 300 μm for the positive electrode and 280 μm for the negative electrode.
(4)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にして作製した。
(4) Production of Battery The battery was produced in the same manner as (4) to (5) in Example 1.
<実施例15>
(1)インク作成
実施例2の(1)〜(2)と同様にして、正極および負極のインクを作成した。
<Example 15>
(1) Preparation of ink In the same manner as in (2) of Example 2, positive and negative inks were prepared.
(2)塗布(電極作製)
プレス後の活物質層の厚さが正極30μm、負極33μmとなるようにプレスを行った以外は、実施例1と同様に行った。
(2) Application (electrode preparation)
The same operation as in Example 1 was performed except that the pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 30 μm for the positive electrode and 33 μm for the negative electrode.
(3)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にして作製した。
(3) Manufacture of battery It manufactured similarly to (4)-(5) of Example 1. FIG.
<実施例16>
(1)インク作成
実施例2の(1)〜(2)と同様にして、正極および負極のインクを作成した。
<Example 16>
(1) Preparation of ink In the same manner as in (2) of Example 2, positive and negative inks were prepared.
(2)塗布(電極作製)
プレス後の活物質層の厚さが正極100μm、負極110μmとなるようにプレスを行った以外は、実施例1と同様に行った。
(2) Application (electrode preparation)
The same operation as in Example 1 was performed except that the pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 100 μm for the positive electrode and 110 μm for the negative electrode.
(3)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にして作製した。
(3) Manufacture of battery It manufactured similarly to (4)-(5) of Example 1. FIG.
<実施例17>
(1)インク作成
実施例2の(1)〜(2)と同様にして、正極および負極のインクを作成した。
<Example 17>
(1) Preparation of ink In the same manner as in (2) of Example 2, positive and negative inks were prepared.
(2)塗布(電極作製)
プレス後の活物質層の厚さが正極150μm、負極165μmとなるようにプレスを行った以外は、実施例1と同様に行った。
(2) Application (electrode preparation)
The same operation as in Example 1 was performed except that the pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 150 μm for the positive electrode and 165 μm for the negative electrode.
(3)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にして作製した。
(3) Manufacture of battery It manufactured similarly to (4)-(5) of Example 1. FIG.
<実施例18>
(1)インク作成
実施例2の(1)〜(2)と同様にして、正極および負極のインクを作成した。
<Example 18>
(1) Preparation of ink In the same manner as in (2) of Example 2, positive and negative inks were prepared.
(2)塗布(電極作製)
プレス後の活物質層の厚さが正極200μm、負極220μmとなるようにプレスを行った以外は、実施例1と同様に行った。
(2) Application (electrode preparation)
The same operation as in Example 1 was performed except that the pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 200 μm for the positive electrode and 220 μm for the negative electrode.
(3)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にして作製した。
(3) Manufacture of battery It manufactured similarly to (4)-(5) of Example 1. FIG.
<実施例19>
(1)正極インク作成
正極インクの作成を次のように行った。70%のLiMn2O4(Liイオンを吸蔵、脱離できる正極活物質、平均粒径10μm)と、15%のアセチレンブラックと、バインダーである4.5%のPVdFおよび10.5%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して溶媒としてNMP(N−メチル−2−ピロリドン)を41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(2)負極インク作成
負極インクの作製を次のように行った。80%の非晶質系炭素(Liイオンを吸蔵・脱離できる負極活物質、平均粒径10μm)と、バインダーである6%のPVdFおよび14%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
<Example 19>
(1) Preparation of positive electrode ink Preparation of positive electrode ink was performed as follows. 70% LiMn 2 O 4 (positive electrode active material capable of absorbing and desorbing Li ions, average particle size 10 μm), 15% acetylene black, 4.5% PVdF as a binder and 10.5% Liquid epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin) was mixed, and 41% of NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) was added as a solvent to 100% of the mixture, and the mixture was sufficiently stirred to prepare a slurry. .
(2) Preparation of negative electrode ink The negative electrode ink was prepared as follows. 80% amorphous carbon (negative electrode active material capable of absorbing and desorbing Li ions, average particle size 10 μm), 6% PVdF as binder and 14% one-part epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin) And 41% of NMP as a solvent was added to 100% of the mixture, and the mixture was sufficiently stirred to prepare a slurry.
(3)塗布(電極作製)
プレス後の活物質層の厚さが正極300μm、負極280μmとなるようにプレスを行った以外は、実施例1と同様に行った。
(3) Application (electrode preparation)
The same operation as in Example 1 was performed except that the pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 300 μm for the positive electrode and 280 μm for the negative electrode.
(4)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にして作製した。
(4) Preparation of battery It manufactured similarly to (4)-(5) of Example 1. FIG.
<実施例20>
(1)正極インク作成
実施例3の(1)と同様にして、正極インクを作成した。
<Example 20>
(1) Preparation of positive electrode ink In the same manner as in Example 3 (1), a positive electrode ink was prepared.
(2)負極インク作成
負極インクの作製を次のように行った。85%の平均粒径10μmの非晶質系炭素と、バインダーである4.5%のPVdFおよび10.5%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(2) Preparation of negative electrode ink The negative electrode ink was prepared as follows. A mixture of 85% amorphous carbon having an average particle size of 10 μm, 4.5% PVdF as a binder and 10.5% one-component epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin), and the mixture To 100%, 41% of NMP was added as a solvent and sufficiently stirred to prepare a slurry.
(3)塗布(電極作製)
プレス後の活物質層の厚さが正極30μm、負極33μmとなるようにプレスを行った以外は、実施例1と同様に行った。
(3) Application (electrode preparation)
The same operation as in Example 1 was performed except that the pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 30 μm for the positive electrode and 33 μm for the negative electrode.
(4)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にして作製した。
(4) Preparation of battery It manufactured similarly to (4)-(5) of Example 1. FIG.
<実施例21>
(1)インク作成
実施例20の(1)〜(2)と同様にして、正極および負極のインクを作成した。
<Example 21>
(1) Preparation of ink In the same manner as in Examples 20 (1) and (2), positive and negative inks were prepared.
(2)塗布(電極作製)
プレス後の活物質層の厚さが正極100μm、負極110μmとなるようにプレスを行った以外は、実施例1と同様に行った。
(2) Application (electrode preparation)
The same operation as in Example 1 was performed except that the pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 100 μm for the positive electrode and 110 μm for the negative electrode.
(3)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にして作製した。
(3) Manufacture of battery It manufactured similarly to (4)-(5) of Example 1. FIG.
<実施例22>
(1)インク作成
実施例20の(1)〜(2)と同様にして、正極および負極のインクを作成した。
<Example 22>
(1) Preparation of ink In the same manner as in Examples 20 (1) and (2), positive and negative inks were prepared.
(2)塗布(電極作製)
プレス後の活物質層の厚さが正極150μm、負極165μmとなるようにプレスを行った以外は、実施例1と同様に行った。
(2) Application (electrode preparation)
The same operation as in Example 1 was performed except that the pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 150 μm for the positive electrode and 165 μm for the negative electrode.
(3)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にして作製した。
(3) Manufacture of battery It manufactured similarly to (4)-(5) of Example 1. FIG.
<実施例23>
(1)インク作成
実施例20の(1)〜(2)と同様にして、正極および負極のインクを作成した。
<Example 23>
(1) Preparation of ink In the same manner as in Examples 20 (1) and (2), positive and negative inks were prepared.
(2)塗布(電極作製)
プレス後の活物質層の厚さが正極200μm、負極220μmとなるようにプレスを行った以外は、実施例20と同様に行った。
(2) Application (electrode preparation)
The same operation as in Example 20 was performed except that the pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 200 μm for the positive electrode and 220 μm for the negative electrode.
(3)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にして作製した。
(3) Manufacture of battery It manufactured similarly to (4)-(5) of Example 1. FIG.
<実施例24>
(1)インク作成
正極インクの作成を次のように行った。70%のLiMn2O4(平均粒径10μm)と、15%のアセチレンブラックと、バインダーである15%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
<Example 24>
(1) Ink preparation The positive electrode ink was prepared as follows. 70% LiMn 2 O 4 (average particle size 10 μm), 15% acetylene black, and 15% one-component epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin) as a binder are mixed, and the mixture is 100%. On the other hand, 41% of NMP was added as a solvent and sufficiently stirred to prepare a slurry.
(2)負極インク作成
負極インクの作製を次のように行った。80%の非晶質系炭素(Liイオンを吸蔵・脱離できる負極活物質、平均粒径10μm)と、バインダーである6%のPVdFおよび14%の一液性エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)と、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(2) Preparation of negative electrode ink The negative electrode ink was prepared as follows. 80% amorphous carbon (negative electrode active material capable of absorbing and desorbing Li ions, average particle size 10 μm), 6% PVdF as binder and 14% one-part epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin) And 41% of NMP as a solvent was added to 100% of the mixture, and the mixture was sufficiently stirred to prepare a slurry.
(3)塗布
正負極:集電体に約10μmのアルミ箔を用い、このアルミ箔の両面に正極インクを塗布したものを正極とした。集電体に約10μmの銅箔を用い、この銅箔の両面に負極インクを塗布したものを負極とした。その後、120℃で乾燥し、プレスを行った。プレス後の活物質層の厚さが正極270μm、負極300μmとなるようにプレスを行った。
(3) Application Positive and negative electrodes: An aluminum foil of about 10 μm was used as a current collector, and positive electrode ink was applied to both sides of the aluminum foil as a positive electrode. A copper foil having a thickness of about 10 μm was used as a current collector, and a negative electrode was prepared by applying negative electrode ink on both sides of the copper foil. Then, it dried at 120 degreeC and pressed. Pressing was performed so that the thickness of the active material layer after pressing was 270 μm for the positive electrode and 300 μm for the negative electrode.
(4)電池の作製
実施例1の(4)〜(5)と同様にして作製した。
(4) Preparation of battery It manufactured similarly to (4)-(5) of Example 1. FIG.
<比較例1>
(1)正極インク作成
正極インクの作成を次のように行った。70%のLiMn2O4(平均粒径10μm)と、20質量%のアセチレンブラックと、バインダーである10%のPVdFと、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
<Comparative Example 1>
(1) Preparation of positive electrode ink Preparation of positive electrode ink was performed as follows. 70% LiMn 2 O 4 (average particle size 10 μm), 20% by mass of acetylene black, and 10% PVdF as a binder were mixed, and 41% of NMP was used as a solvent with respect to 100% of the mixture. In addition, the slurry was prepared by sufficiently stirring.
(2)負極インク作成
負極インクの作製を次のように行った。85%の非晶質系炭素(平均粒径10μm)と、バインダーである15%のPVdFと、を混合し、前記混合物100%に対して、溶媒としてNMPを41%加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。
(2) Preparation of negative electrode ink The negative electrode ink was prepared as follows. 85% amorphous carbon (average particle size 10 μm) and 15% PVdF as a binder are mixed, and 41% NMP is added as a solvent to 100% of the mixture, and the mixture is sufficiently stirred. A slurry was prepared.
(3)電池の作製
実施例1の(3)〜(5)と同様にラミネート外装扁平型電池を作製した。
(3) Production of Battery A laminated exterior flat type battery was produced in the same manner as in (3) to (5) of Example 1.
以下に実施例のバインダー中の熱硬化性樹脂の比率、種類、活物質層の厚さ、およびセパレータの材質をまとめたものを表1に示す。 Table 1 below summarizes the ratio, type, thickness of the active material layer, and separator material of the thermosetting resin in the binder of the examples.
<耐久評価>
評価は各実施例、比較例とも0.2Cの初充電(CCCV)と0.5Cの初放電後、60℃、1Cで100サイクル充放電を行なった。その後、IV測定により、100サイクル後の内部抵抗を測定した。比較例の100サイクル後の内部抵抗上昇を100%としたときの結果を表2および表3に示す。
<Durability evaluation>
In each of the examples and comparative examples, the first charge (CCCV) of 0.2 C and the initial discharge of 0.5 C were performed, and then 100 cycles of charge and discharge were performed at 60 ° C. and 1 C. Thereafter, the internal resistance after 100 cycles was measured by IV measurement. Tables 2 and 3 show the results when the internal resistance increase after 100 cycles of the comparative example is taken as 100%.
<剥離強度評価>
比較例および実施例で作製した電極を幅10mm、長さ50mmの試験片に切断し、電極(活物質)にテープを貼り付け、常温(25℃)、引張速度200mm/minでT剥離強度を測定した。比較例の強度を1としたときの、各実施例の結果を表4および表5に示す。
<Peel strength evaluation>
The electrode produced in the comparative example and the example was cut into a test piece having a width of 10 mm and a length of 50 mm, a tape was attached to the electrode (active material), and the T peel strength was obtained at room temperature (25 ° C.) and a tensile speed of 200 mm / min. It was measured. Tables 4 and 5 show the results of the examples when the strength of the comparative example is 1.
表1〜表5の結果から、実施例1〜24の電池は、高温耐久性に優れ、かつ電極層の剥離が少ない電池であることが示された。 From the results of Tables 1 to 5, it was shown that the batteries of Examples 1 to 24 were excellent in high temperature durability and had little peeling of the electrode layer.
Claims (11)
前記集電体の表面に配置された活物質およびバインダーを含む活物質層と、
を有する非水電解質二次電池用電極であって、
前記バインダーが、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびポリイミドからなる群から選ばれる1種以上の熱硬化性樹脂を前記バインダーの全質量に対して50〜100質量%含み、前記活物質層の厚さが、30μm以上300μm以下であることを特徴とする非水電解質二次電池用電極。 A current collector,
An active material layer including an active material and a binder disposed on the surface of the current collector;
A non-aqueous electrolyte secondary battery electrode comprising:
The binder contains 50 to 100% by mass of one or more thermosetting resins selected from the group consisting of epoxy resins, phenolic resins and polyimides with respect to the total mass of the binder, and the thickness of the active material layer is An electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the electrode is 30 μm or more and 300 μm or less.
前記セパレータを構成する材料が、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、アラミド、セルロース、およびセラミックスからなる群から選ばれる1種以上を含む請求項3に記載の非水電解質二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a separator sandwiched between the electrodes,
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 3, wherein the material constituting the separator includes one or more selected from the group consisting of polypropylene, polyimide, polyethylene terephthalate, aramid, cellulose, and ceramics.
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