JP2011134691A - Electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, method for manufacturing the same, and non-aqueous secondary battery - Google Patents
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Abstract
【課題】電解質の浸透性および保持性に優れ、低温での充電レート特性が良好なリチウムイオン二次電池用電極の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の非水電解質二次電池用電極の製造方法は、(1)活物質およびバインダーを含むスラリーを調製する工程と、(2)スラリーを、集電体の表面に付着させ、乾燥させて、合剤層を形成する工程と、(3)合剤層を圧縮する工程と、(4)工程(3)の後、合剤層を加熱し、バインダーの一部を熱分解させて、合剤層内に空孔を形成する工程と、を含む。
【選択図】なしThe present invention provides a method for producing an electrode for a lithium ion secondary battery that is excellent in electrolyte permeability and retention and has good charge rate characteristics at low temperatures.
The method for producing an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes (1) a step of preparing a slurry containing an active material and a binder, and (2) attaching the slurry to the surface of a current collector. After drying, forming the mixture layer, (3) compressing the mixture layer, and (4) heating the mixture layer after step (3), and thermally decomposing part of the binder And forming pores in the mixture layer.
[Selection figure] None
Description
本発明は、主に、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池に好適な電極の製造方法の改良に関する。 The present invention mainly relates to an improvement in a method for producing an electrode suitable for a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery.
近年、携帯電話やノートパソコンなどのポータブル機器の発展に伴い、その電源に用いられるリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池の需要が増大している。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が大きく起電力も高いことから、ポータブル機器の電源への搭載のみならず、電気自動車やハイブリッド自動車用の二次電池としての開発が進められている。 In recent years, with the development of portable devices such as mobile phones and notebook computers, the demand for non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries used for the power source is increasing. Since lithium ion secondary batteries have high energy density and high electromotive force, they are being developed not only as a power source for portable devices but also as secondary batteries for electric vehicles and hybrid vehicles.
非水電解質二次電池は、一対の電極、前記一対の電極の間に配されたセパレータ、および非水電解質を備える。電極は、集電体、および前記集電体の表面に形成された合剤層を有する。合剤層は、活物質およびバインダーを含む。合剤層は、一般的に、活物質およびバインダーを分散媒に分散させたスラリーを、集電体に塗布して塗膜を形成し、前記塗膜を乾燥することにより得られる。
正極活物質には、例えば、LixCoO2およびLixNiO2(但し、xは電池の充放電により変化)のようなリチウム含有複合酸化物が用いられる。負極活物質には、難黒鉛化炭素のような炭素材料が用いられる。
The non-aqueous electrolyte secondary battery includes a pair of electrodes, a separator disposed between the pair of electrodes, and a non-aqueous electrolyte. The electrode has a current collector and a mixture layer formed on the surface of the current collector. The mixture layer includes an active material and a binder. The mixture layer is generally obtained by applying a slurry in which an active material and a binder are dispersed in a dispersion medium to a current collector to form a coating film, and then drying the coating film.
As the positive electrode active material, for example, a lithium-containing composite oxide such as Li x CoO 2 and Li x NiO 2 (where x varies depending on charge / discharge of the battery) is used. A carbon material such as non-graphitizable carbon is used for the negative electrode active material.
非水電解質二次電池では、高い電流密度(ハイレート)での充放電特性(充放電レート特性)の改善が要求されている。
電流密度が高くなると、正極および負極の間を単位時間あたりに移動するリチウムイオン量が増える。しかし、負極では、充電電流密度が高くなると、リチウムイオンの一部は負極活物質と反応しきれずに、負極表面に析出する可能性がある。負極表面に析出したリチウムは電池反応には関与しない。このため、負極特性が劣化し、電池の安全性が低下する場合がある。この負極特性の劣化は低温環境下で起こり易い。
よって、非水電解質二次電池の性能向上に関しては、特に、低温環境下での負極の充電レート特性を改善することが非常に重要である。
Non-aqueous electrolyte secondary batteries are required to improve charge / discharge characteristics (charge / discharge rate characteristics) at a high current density (high rate).
As the current density increases, the amount of lithium ions that move between the positive electrode and the negative electrode per unit time increases. However, in the negative electrode, when the charging current density increases, a part of the lithium ions may not react with the negative electrode active material and may be deposited on the negative electrode surface. Lithium deposited on the negative electrode surface does not participate in the battery reaction. For this reason, the negative electrode characteristics may deteriorate, and the safety of the battery may decrease. The deterioration of the negative electrode characteristics is likely to occur in a low temperature environment.
Therefore, in terms of improving the performance of the nonaqueous electrolyte secondary battery, it is very important to improve the charge rate characteristics of the negative electrode particularly in a low temperature environment.
例えば、特許文献1では、負極集電体の表面に負極合剤層が形成された負極において、負極合剤層を複数の層で構成することが提案されている。具体的には、負極集電体側に第1の負極合剤層を配置し、正極側に第1の負極合剤層と比べて充電レート特性が高い第2の負極合剤層を配置することが提案されている。第1の負極合剤層の負極活物質には人造黒鉛を用い、第2の負極合剤層の負極活物質には天然黒鉛を用い、(第1の負極合剤層の塗布量)/(第2の負極合剤層の塗布量)を10/90〜70/30とすることが記載されている。 For example, Patent Document 1 proposes that the negative electrode mixture layer is composed of a plurality of layers in the negative electrode in which the negative electrode mixture layer is formed on the surface of the negative electrode current collector. Specifically, the first negative electrode mixture layer is disposed on the negative electrode current collector side, and the second negative electrode mixture layer having higher charge rate characteristics than the first negative electrode mixture layer is disposed on the positive electrode side. Has been proposed. Artificial graphite is used for the negative electrode active material of the first negative electrode mixture layer, natural graphite is used for the negative electrode active material of the second negative electrode mixture layer, and (the coating amount of the first negative electrode mixture layer) / ( It is described that the coating amount of the second negative electrode mixture layer is 10/90 to 70/30.
また、特許文献2には、負極の非水電解質の保持性を改善する目的で、負極集電体の表面に形成された負極合剤層において、正極側の多孔度を、集電体側の多孔度よりも高くすることが記載されている。 In Patent Document 2, for the purpose of improving the retention of the nonaqueous electrolyte of the negative electrode, in the negative electrode mixture layer formed on the surface of the negative electrode current collector, the porosity on the positive electrode side is set to the porosity on the current collector side. It is described that it is higher than the degree.
しかしながら、特許文献1では、複数の負極合剤層を形成するために、2種類以上の負極スラリーを用いる必要があり、電極の製造工程が複雑化する。 However, in patent document 1, in order to form a some negative mix layer, it is necessary to use two or more types of negative electrode slurries, and the manufacturing process of an electrode becomes complicated.
また、特許文献2の方法では、空孔を形成するための物質(以下、空孔形成物質)を用いて、合剤層の厚み方向の多孔度を変えている。活物質を含む第1スラリーを集電体に塗布して、第1合剤層を形成する。その後、活物質および空孔形成物質を含む第2スラリーを第1合剤層に塗布して、第2合剤層を形成する。
このように、2種のスラリーを用いて2層の合剤層を形成する必要があるため、電極の製造工程が複雑化する。また、空孔形成物質を用いており、コスト面で不利である。第1合剤層は空孔形成物質を含まないため、多孔度が低く、電極全体の充放電レート特性を改善するには不十分である。
In the method of Patent Document 2, the porosity in the thickness direction of the mixture layer is changed using a substance for forming pores (hereinafter referred to as a pore-forming substance). A first slurry containing an active material is applied to a current collector to form a first mixture layer. Then, the 2nd slurry containing an active material and a pore formation material is applied to the 1st mixture layer, and the 2nd mixture layer is formed.
Thus, since it is necessary to form two mixture layers using two types of slurries, the electrode manufacturing process becomes complicated. Further, since a pore forming material is used, it is disadvantageous in terms of cost. Since the first mixture layer does not contain a pore-forming substance, the porosity is low and it is insufficient for improving the charge / discharge rate characteristics of the entire electrode.
そこで、本発明は、充放電レート特性に優れた非水電解質二次電池を簡易な製造工程により提供することを目的とする。 Then, this invention aims at providing the nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in the charge / discharge rate characteristic with a simple manufacturing process.
本発明の非水電解質二次電池用電極の製造方法の一局面は、
(1)活物質およびバインダーに分散媒を加えてスラリーを調製する工程と、
(2)前記スラリーを、集電体の表面に付着させ、乾燥させて、合剤層を形成する工程と、
(3)前記合剤層を圧縮する工程と、
(4)前記工程(3)の後、前記合剤層を加熱し、前記バインダーの一部を熱分解させて、前記合剤層内に空孔を形成する工程と、を含む。
One aspect of the method for producing an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is:
(1) adding a dispersion medium to the active material and the binder to prepare a slurry;
(2) attaching the slurry to the surface of the current collector and drying to form a mixture layer;
(3) compressing the mixture layer;
(4) After the step (3), heating the mixture layer to thermally decompose a part of the binder to form pores in the mixture layer.
前記スラリー中にて前記分散媒が占める比率は50〜70重量%であるのが好ましい。
前記工程(4)の加熱温度は、200〜350℃であるのが好ましい。
前記工程(1)における前記バインダーは、第1バインダーおよび第2バインダーを含み、
前記工程(4)における加熱温度は、前記第1バインダーの熱分解温度より高く、前記第2バインダーの熱分解温度よりも低いのが好ましい。
The ratio of the dispersion medium in the slurry is preferably 50 to 70% by weight.
The heating temperature in the step (4) is preferably 200 to 350 ° C.
The binder in the step (1) includes a first binder and a second binder,
The heating temperature in the step (4) is preferably higher than the thermal decomposition temperature of the first binder and lower than the thermal decomposition temperature of the second binder.
前記第1バインダーは、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、およびポリアクリル酸塩からなる群より選択される少なくとも1種であるのが好ましい。
前記第2バインダーは、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン、およびスチレンブタジエンゴムからなる群より選択される少なくとも1種であるのが好ましい。
The first binder is preferably at least one selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose, polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, and polyacrylate.
The second binder is preferably at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and styrene butadiene rubber.
また、本発明の非水電解質二次電池用電極の一局面は、上記の製造方法により得られた電極である。
すなわち、本発明の非水電解質二次電池用電極の一局面は、集電体、および前記集電体の表面に形成された多孔質な合剤層を有し、前記合剤層は、集電体側から表面側に向かうにつれて、多孔度が連続的に増大する。
Moreover, one aspect of the electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is an electrode obtained by the above production method.
That is, one aspect of the electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a current collector and a porous mixture layer formed on the surface of the current collector. The porosity increases continuously from the electrical side to the surface side.
前記合剤層は、前記集電体の表面から所定深さまでの領域からなる内層、前記合剤層の表面から所定深さまでの領域からなる表面層を含み、前記内層の多孔度Aは25〜40%であり、前記表面層の多孔度Bは40〜60%であり、前記内層の多孔度Aと前記表面層の多孔度Bとの比:B/Aは、1.05以上2.40以下であるのが好ましい。 The mixture layer includes an inner layer composed of a region from the surface of the current collector to a predetermined depth, a surface layer composed of a region from the surface of the mixture layer to a predetermined depth, and the porosity A of the inner layer is 25 to 25. 40%, the porosity B of the surface layer is 40 to 60%, and the ratio of the porosity A of the inner layer to the porosity B of the surface layer: B / A is 1.05 or more and 2.40. It is preferable that:
本発明の非水電解質二次電池の一局面は、一対の電極、前記一対の電極の間に配されたセパレータ、および非水電解質を備えた非水電解質二次電池であって、前記一対の電極の少なくとも一方は、上記の電極であることを特徴とする。 One aspect of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a pair of electrodes, a separator disposed between the pair of electrodes, and a nonaqueous electrolyte, wherein the pair of electrodes At least one of the electrodes is the electrode described above.
本発明によれば、集電体に1種のみのスラリーを塗布して、合剤層において表面側の多孔度が集電体側の多孔度よりも大きい電極を容易に作製することができる。本発明では、複数のスラリーを用いる必要がないため、製造コスト面で有利であり、製造工程を簡素化できる。よって、工程管理の負荷が軽減され、製造に対する信頼性が向上する。
本発明では、電解質の浸透性および保持性に優れた電極を低コストで提供することができる。電極の充放電レート特性が向上し、特に、低温環境下での充放電レート特性が向上する。
本発明の電極を用いることにより、低温環境下での充放電レート特性に優れた、高容量の非水電解質二次電池が得られる。
According to the present invention, it is possible to easily produce an electrode in which only one type of slurry is applied to the current collector, and the porosity on the surface side is larger than the porosity on the current collector side in the mixture layer. In the present invention, since it is not necessary to use a plurality of slurries, it is advantageous in terms of manufacturing cost, and the manufacturing process can be simplified. Therefore, the load of process management is reduced and the reliability for manufacturing is improved.
In the present invention, an electrode excellent in electrolyte permeability and retention can be provided at low cost. The charge / discharge rate characteristics of the electrode are improved, and in particular, the charge / discharge rate characteristics in a low temperature environment are improved.
By using the electrode of the present invention, a high-capacity nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in charge / discharge rate characteristics in a low temperature environment can be obtained.
本発明の非水電解質二次電池用電極の製造方法の一局面は、
(1)活物質およびバインダーを含むスラリーを調製する工程と、
(2)前記スラリーを、集電体の表面に付着させ、乾燥させて、合剤層を形成する工程と、
(3)前記合剤層を圧縮する工程と、
(4)前記工程(3)の後、前記合剤層を加熱し、前記バインダーの一部を熱分解させて、前記合剤層内に空孔を形成する工程と、を含む。
合剤層内に形成された空孔に非水電解質を保持することができるため、電極の充放電レート特性を改善することができる。
One aspect of the method for producing an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is:
(1) preparing a slurry containing an active material and a binder;
(2) attaching the slurry to the surface of the current collector and drying to form a mixture layer;
(3) compressing the mixture layer;
(4) After the step (3), heating the mixture layer to thermally decompose a part of the binder to form pores in the mixture layer.
Since the nonaqueous electrolyte can be held in the pores formed in the mixture layer, the charge / discharge rate characteristics of the electrode can be improved.
工程(2)において、前記バインダーのマイグレーションにより、前記合剤層中に含まれる前記バインダーの量を、集電体側から表面側に向かうにつれて連続的に増大させることができる。よって、工程(4)において、前記バインダーの一部を熱分解させて、前記合剤層内にて空孔が占める割合、すなわち、前記合剤層の多孔度を、集電体側から表面側に向かうにつれて連続的に増大させることができる。すなわち、工程(4)において、前記合剤層の前記表面側に前記集電体側よりも多孔度の高い表面層を形成することができる。 In the step (2), due to the migration of the binder, the amount of the binder contained in the mixture layer can be continuously increased from the current collector side toward the surface side. Therefore, in the step (4), a part of the binder is thermally decomposed, and the ratio of the pores in the mixture layer, that is, the porosity of the mixture layer is changed from the current collector side to the surface side. It can be increased continuously as it goes. That is, in the step (4), a surface layer having a higher porosity than the current collector side can be formed on the surface side of the mixture layer.
電極(合剤層)の表面付近に空孔を多く形成することにより、合剤層の表面積が増加するとともに、合剤層内に非水電解質を円滑に浸透させることができる。リチウムイオンの電荷移動抵抗の小さい電極を得ることができる。すなわち、活物質と非水電解質との間でリチウムイオンが移動し易くなる。このため、室温環境下だけでなく低温環境下においても、充放電レート特性を大幅に改善することができる。
1種のスラリーを用いて電極を作製することができるため、製造工程を簡素化することができ、製造コストの面で有利である。
By forming many pores near the surface of the electrode (mixture layer), the surface area of the mixture layer is increased, and the nonaqueous electrolyte can be smoothly permeated into the mixture layer. An electrode having a small charge transfer resistance of lithium ions can be obtained. That is, lithium ions easily move between the active material and the nonaqueous electrolyte. For this reason, the charge / discharge rate characteristics can be greatly improved not only in a room temperature environment but also in a low temperature environment.
Since an electrode can be produced using one type of slurry, the production process can be simplified, which is advantageous in terms of production cost.
工程(1)では、活物質およびバインダーに、水、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMP)等の分散媒を加えてスラリーを得る。 In step (1), a slurry is obtained by adding a dispersion medium such as water, N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter, NMP) to the active material and the binder.
工程(2)では、活物質およびバインダーを含むスラリーを集電体に塗布し、塗膜を形成する。その後、塗膜を乾燥させて(分散媒を除去して)合剤層を形成し、電極の前駆体を得る。この時、マイグレーション現象により、塗膜中の集電体付近に存在するバインダーの一部を、塗膜の表面側に移動させる。よって、合剤層の表面側にバインダーを多く存在させることができる。
バインダーのマイグレーション現象は、塗膜の乾燥速度を調整することにより制御することができる。乾燥速度が遅いほど、すなわち乾燥初期にて粘度が低い状態が継続する時間が長いほど、マイグレーションが起こり易い。
In step (2), a slurry containing an active material and a binder is applied to a current collector to form a coating film. Thereafter, the coating film is dried (the dispersion medium is removed) to form a mixture layer, and an electrode precursor is obtained. At this time, a part of the binder existing near the current collector in the coating film is moved to the surface side of the coating film due to the migration phenomenon. Therefore, a large amount of binder can be present on the surface side of the mixture layer.
The binder migration phenomenon can be controlled by adjusting the drying speed of the coating film. The slower the drying speed, that is, the longer the time during which the state of low viscosity continues in the initial stage of drying is more likely to cause migration.
マイグレーション現象を起こし易くするためには、工程(1)にて、分散媒が占める比率(以下、比率A)が50〜70重量%のスラリーを調製するのが好ましい。比率Aが70重量%超であると、スラリー中の分散媒の量が過度に多くなり、集電体にスラリーを安定して塗布し難い場合がある。比率Aが50重量%未満であると、スラリー中のバインダーが占める割合が過度に多くなり、乾燥時にバインダーが移動し難くなり、マイグレーションが不十分となる場合がある。 In order to easily cause the migration phenomenon, it is preferable to prepare a slurry in which the ratio of the dispersion medium (hereinafter, ratio A) is 50 to 70% by weight in the step (1). When the ratio A is more than 70% by weight, the amount of the dispersion medium in the slurry becomes excessively large, and it may be difficult to stably apply the slurry to the current collector. When the ratio A is less than 50% by weight, the ratio of the binder in the slurry becomes excessively large, the binder becomes difficult to move during drying, and migration may be insufficient.
乾燥温度は、20〜80℃が好ましく、20〜60℃がより好ましい。乾燥時間は、0.5〜2時間が好ましく、0.5〜1時間がより好ましい。乾燥は大気中で実施してもよく、非酸化性雰囲気(例えば、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気)中で実施してもよい。 The drying temperature is preferably 20 to 80 ° C, and more preferably 20 to 60 ° C. The drying time is preferably 0.5 to 2 hours, and more preferably 0.5 to 1 hour. Drying may be performed in the air or in a non-oxidizing atmosphere (for example, an inert gas atmosphere such as argon gas).
工程(4)の加熱は、非酸化性雰囲気(例えば、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気)下で長時間(例えば、5〜10時間)実施するのが好ましい。
加熱時間が過度に短いと(例えば、2時間未満であると)、非水電解質の合剤層への浸透速度の向上が十分でない場合がある。また、詳細な理由は不明であるが、合剤層が非水電解質を含むことにより、合剤層が過度に膨潤し、インピーダンスが高くなり、充放電レート特性および充放電サイクル特性が低下する場合がある。
The heating in the step (4) is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere (for example, an inert gas atmosphere such as argon gas) for a long time (for example, 5 to 10 hours).
When the heating time is excessively short (for example, less than 2 hours), the penetration rate of the nonaqueous electrolyte into the mixture layer may not be sufficiently improved. Moreover, although a detailed reason is unknown, when a mixture layer contains a nonaqueous electrolyte, a mixture layer will swell excessively, impedance will become high, and a charge / discharge rate characteristic and charge / discharge cycle characteristic will fall. There is.
工程(4)の加熱温度は、200〜350℃であるのが好ましい。加熱温度が200℃未満であると、加熱時間が長くなり、生産性が低下する場合がある。加熱温度が350℃超であると、合剤層と集電体との密着強度が低下するという不具合を生じる場合がある。 It is preferable that the heating temperature of a process (4) is 200-350 degreeC. When the heating temperature is less than 200 ° C., the heating time becomes long and the productivity may be lowered. When the heating temperature is higher than 350 ° C., there may be a problem that the adhesion strength between the mixture layer and the current collector is lowered.
バインダーには、スラリー中で分散媒に分散または溶解する材料を用いるのが好ましい。
バインダーとしては、非水電解質に対して安定であり良好なサイクル特性を実現可能なセルロース誘導体のような親水性バインダーと、リチウムイオン伝導性に優れたポリエーテル構造を有する親電解質性バインダーとの2種を併用することもできる。これにより、活物質粒子同士の間の結着性に優れ、かつリチウムイオン伝導性が高い領域(表面層)を形成することができる。
As the binder, a material that is dispersed or dissolved in a dispersion medium in a slurry is preferably used.
The binder is a hydrophilic binder such as a cellulose derivative that is stable with respect to the nonaqueous electrolyte and can realize good cycle characteristics, and a parent electrolyte binder having a polyether structure excellent in lithium ion conductivity. Seeds can also be used in combination. Thereby, the area | region (surface layer) excellent in the binding property between active material particles and having high lithium ion conductivity can be formed.
親水性バインダーとしては、非水電解質に溶解しないセルロース誘導体が用いられる。セルロース誘導体としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、酢酸フタル酸セルロース(CAP)が挙げられる。これらのなかでも、CMCが好ましい。
また、親水性バインダーには、疎水性のバインダーを親水化処理したものを用いてもよい。疎水性のバインダーとしては、例えば、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)が挙げられる。
As the hydrophilic binder, a cellulose derivative that does not dissolve in the non-aqueous electrolyte is used. Examples of the cellulose derivative include carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose (MC), and cellulose acetate phthalate (CAP). Among these, CMC is preferable.
In addition, a hydrophilic binder obtained by hydrophilizing a hydrophobic binder may be used. Examples of the hydrophobic binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), and styrene butadiene rubber (SBR).
親電解質性バインダーとしては、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸塩(PAA)、ポリエチレンオキシド(PEO)が挙げられる。これらのなかでも、PVBが好ましい。 Examples of the electrophilic binder include polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylate (PAA), and polyethylene oxide (PEO). Among these, PVB is preferable.
さらに、電極に可とう性を付与するため、非水電解質と反応し難いフッ素樹脂を併用してもよい。フッ素樹脂としては、例えば、PVDF、PTFE、FEP、(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、PFA(テトラフルオロエチレン−パーフルアルキルビニルエーテル共重合体)が挙げられる。 Furthermore, in order to impart flexibility to the electrode, a fluororesin that does not easily react with the nonaqueous electrolyte may be used in combination. Examples of the fluororesin include PVDF, PTFE, FEP, (tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer), and PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer).
工程(1)におけるバインダーは、異なる熱分解温度を有する第1バインダーおよび第2バインダーを含み、工程(4)における加熱温度は、第1バインダーの熱分解温度より高く、第2バインダーの熱分解温度よりも低いのが好ましい。工程(4)において、第1バインダーの一部を熱分解させることにより、合剤層の表面側に集電体側よりも多孔度の高い表面層を形成することができる。このようにすることで、合剤層内に少なくとも第2バインダーが残留するため、合剤層内の活物質粒子間、および合剤層と集電体との間の良好な結着性を確保することができる。 The binder in step (1) includes a first binder and a second binder having different thermal decomposition temperatures, and the heating temperature in step (4) is higher than the thermal decomposition temperature of the first binder, and the thermal decomposition temperature of the second binder. Is preferably lower. In the step (4), a part of the first binder is thermally decomposed, whereby a surface layer having a higher porosity than the current collector side can be formed on the surface side of the mixture layer. By doing so, at least the second binder remains in the mixture layer, so that good binding between the active material particles in the mixture layer and between the mixture layer and the current collector is ensured. can do.
第1バインダーには、例えば、上記の親水性および親電解質性のバインダーの少なくとも一方が用いられる。第1バインダーは、CMC、PVB、PVA、PEO、およびPAAからなる群より選択される少なくとも1種であるのが好ましい。
第2バインダーには、例えば、上記の疎水性のバインダーが用いられる。第2バインダーは、PVDF、PTFE、およびSBRからなる群より選択される少なくとも1種であるのが好ましい。
As the first binder, for example, at least one of the above hydrophilic and electrophilic binders is used. The first binder is preferably at least one selected from the group consisting of CMC, PVB, PVA, PEO, and PAA.
For example, the hydrophobic binder is used as the second binder. The second binder is preferably at least one selected from the group consisting of PVDF, PTFE, and SBR.
第1バインダーの添加量は、活物質100重量部あたり0.2〜4.0重量部が好ましい。
第2バインダーの添加量は、活物質100重量部あたり0.5〜1.0重量部が好ましい。
第1バインダーおよび第2バインダーの添加量の合計は、好ましくは0.7〜5.0重量部、より好ましくは1.5〜5重量部である。
スラリーへの第1バインダーおよび第2バインダーの添加方法としては、例えば、活物質とともに、第1バインダーおよび第2バインダーをNMP等の溶媒に分散または溶解させてスラリーを得る方法が挙げられる。
The amount of the first binder added is preferably 0.2 to 4.0 parts by weight per 100 parts by weight of the active material.
The amount of the second binder added is preferably 0.5 to 1.0 part by weight per 100 parts by weight of the active material.
The total addition amount of the first binder and the second binder is preferably 0.7 to 5.0 parts by weight, more preferably 1.5 to 5 parts by weight.
Examples of the method of adding the first binder and the second binder to the slurry include a method of obtaining a slurry by dispersing or dissolving the first binder and the second binder in a solvent such as NMP together with the active material.
スラリーとしては、活物質粒子を第1バインダーおよび第2バインダーの一方で被覆処理した複合材料を得た後、この複合材料と第1バインダーおよび第2バインダーの他方とをNMP等の分散媒に分散させたスラリーを用いるのが好ましい。
活物質粒子の表面を予めバインダーで被覆した複合材料を用いる場合、スラリーに含まれる活物質粒子間の滑り性が高められる。合剤層を圧縮する際、圧縮力が合剤層の厚み方向に対して均一に加えられる。このため、合剤層全体において、活物質粒子の充填性や活物質粒子同士の密着性が高められ、活物質粒子間の接着強度が向上する。よって、活物質粒子間の電子伝導性が高められ、充放電サイクル特性が向上する。
従来では、合剤層の密度を低下させることなく、充放電レート特性を改善することは困難であったが、本発明では、電極の充放電レート特性の改善と、合剤層の高密度化とを両立することができる。例えば、活物質として黒鉛を含む負極の場合、低温環境下での充電レート特性に優れ、かつ黒鉛密度が1.3〜1.7g/cm3程度の高容量を有する負極合剤層を含む負極を得ることができる。
活物質粒子表面の非水電解質との接触(リチウムイオンの移動経路)を確保し易いという観点から、活物質粒子を被覆するバインダーは、第1バインダーであるのが好ましい。
As the slurry, after obtaining a composite material in which the active material particles are coated with one of the first binder and the second binder, the composite material and the other of the first binder and the second binder are dispersed in a dispersion medium such as NMP. It is preferable to use the prepared slurry.
When a composite material in which the surface of the active material particles is previously coated with a binder is used, the slipping property between the active material particles contained in the slurry is improved. When compressing a mixture layer, a compressive force is uniformly applied with respect to the thickness direction of a mixture layer. For this reason, in the whole mixture layer, the filling property of the active material particles and the adhesion between the active material particles are enhanced, and the adhesive strength between the active material particles is improved. Therefore, the electronic conductivity between the active material particles is increased, and the charge / discharge cycle characteristics are improved.
Conventionally, it has been difficult to improve the charge / discharge rate characteristics without reducing the density of the mixture layer. However, in the present invention, the charge / discharge rate characteristics of the electrode are improved and the density of the mixture layer is increased. And both. For example, in the case of a negative electrode including graphite as an active material, a negative electrode including a negative electrode mixture layer having excellent charge rate characteristics in a low temperature environment and a high capacity of about 1.3 to 1.7 g / cm 3 of graphite density Can be obtained.
From the viewpoint that it is easy to ensure contact with the nonaqueous electrolyte on the surface of the active material particles (migration path of lithium ions), the binder covering the active material particles is preferably the first binder.
複合材料における活物質を覆うバインダーの存在は、X線光電子分光分析法(XPS)により、確認することができる。例えば、黒鉛をX線光電子分光分析すると、C1SおよびO1Sの表面原子濃度比率はC1Sが95〜100原子%、O1Sが0〜5原子%である。これに対して、バインダーを被覆させた黒鉛では、C1Sが85〜95原子%、O1Sが5〜15原子%となる。この違いは、黒鉛表面を覆うバインダーに含まれるカルボキシル基、カルボン酸基、エステル基、水酸基などの官能基の存在によるものである。 The presence of the binder covering the active material in the composite material can be confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). For example, when X-ray photoelectron spectroscopic analysis is performed on graphite, the surface atomic concentration ratio of C1S and O1S is 95 to 100 atomic% for C1S and 0 to 5 atomic% for O1S. In contrast, in graphite coated with a binder, C1S is 85 to 95 atomic% and O1S is 5 to 15 atomic%. This difference is due to the presence of a functional group such as a carboxyl group, a carboxylic acid group, an ester group or a hydroxyl group contained in the binder covering the graphite surface.
以下、本発明に係る非水電解質二次電池用電極の一実施形態を、図1を参照しながら説明する。
本発明の電極は、上記の本発明の製造方法により得られる電極である。図1に示すように、本発明の非水電解質二次電池用電極40は、層状の集電体41、および集電体41の表面に形成された多孔質な合剤層42を有する。合剤層42は、集電体側から表面側に向かうにつれて、多孔度が連続的に増大する。合剤層42は1種のスラリー(活物質)を用いて形成され、多孔度や活物質が異なる複数の層で構成した場合のような界面が存在しない。よって、充放電時に伴い、この界面に沿って密着性が低下するような不具合を生じることがない。
Hereinafter, an embodiment of an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention will be described with reference to FIG.
The electrode of the present invention is an electrode obtained by the production method of the present invention. As shown in FIG. 1, the electrode 40 for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a layered current collector 41 and a porous mixture layer 42 formed on the surface of the current collector 41. The mixture layer 42 continuously increases in porosity as it goes from the current collector side to the surface side. The mixture layer 42 is formed by using one kind of slurry (active material), and there is no interface as in the case where it is composed of a plurality of layers having different porosities and active materials. Therefore, there is no problem that the adhesiveness decreases along this interface during charging and discharging.
合剤層42は、集電体41側に形成された内層42a、および内層42aよりも多孔度の高い表面層42bを有する。これにより、電極表面からの非水電解質の浸透性、および電極の非水電解質の保持性が改善される。リチウムイオンの電荷移動抵抗が低く、レート特性に優れた電極が得られる。
なお、ここでいう、内層42aとは、合剤層42における、集電体41の表面から所定深さP1(例えば、合剤層の厚みの1/5〜1/4に相当する深さ)までの領域Aを指す。
表面層42bとは、合剤層42における、合剤層42の表面から所定深さP2(例えば、合剤層の厚みの1/5〜1/4に相当する深さ)までの領域Bを指す。領域AおよびBは、それぞれ同じ活物質粒子および同じバインダーを含む。
The mixture layer 42 has an inner layer 42a formed on the current collector 41 side, and a surface layer 42b having a higher porosity than the inner layer 42a. This improves the permeability of the nonaqueous electrolyte from the electrode surface and the nonaqueous electrolyte retention of the electrode. An electrode having low charge transfer resistance of lithium ions and excellent rate characteristics can be obtained.
Here, the inner layer 42a is a predetermined depth P1 from the surface of the current collector 41 in the mixture layer 42 (for example, a depth corresponding to 1/5 to 1/4 of the thickness of the mixture layer). The region A is shown.
The surface layer 42b is a region B from the surface of the mixture layer 42 to a predetermined depth P2 (for example, a depth corresponding to 1/5 to 1/4 of the thickness of the mixture layer) in the mixture layer 42. Point to. Regions A and B contain the same active material particles and the same binder, respectively.
内層および表面層の多孔度は、以下の方法により求められる。
活物質粒子を400個程度観察できる領域の合剤層の断面像(SEM像)を得る。
SEM像における所定深さP1(例えば、合剤層の厚みの1/5〜1/4に相当する深さ)において、集電体の面方向に沿って長さX1の線分Q1を引き、線分Q1のうち空孔を横切る部分の長さの合計Y1を求める。Y1/X1×100を、内層の多孔度とする。
SEM像における所定深さP2(例えば、合剤層の厚みの1/5〜1/4に相当する深さ)において、集電体の面方向に沿って長さX2の線分Q2を引き、線分Q2のうち空孔を横切る部分の長さの合計Y2を求める。Y2/X2×100を、表面層の多孔度とする。
線分Q1の長さX1および線分Q2の長さX2は、例えば、活物質粒子が10〜20個程度横切る長さ(例えば、150〜250μm)である。
The porosity of the inner layer and the surface layer is determined by the following method.
A cross-sectional image (SEM image) of the mixture layer in a region where about 400 active material particles can be observed is obtained.
At a predetermined depth P1 in the SEM image (for example, a depth corresponding to 1/5 to 1/4 of the thickness of the mixture layer), a line segment Q1 having a length X1 is drawn along the surface direction of the current collector, A total Y1 of the lengths of the portions across the holes in the line segment Q1 is obtained. Let Y1 / X1 × 100 be the porosity of the inner layer.
At a predetermined depth P2 in the SEM image (for example, a depth corresponding to 1/5 to 1/4 of the thickness of the mixture layer), a line segment Q2 having a length X2 is drawn along the surface direction of the current collector, A total Y2 of the lengths of the portions crossing the holes in the line segment Q2 is obtained. Let Y2 / X2 × 100 be the porosity of the surface layer.
The length X1 of the line segment Q1 and the length X2 of the line segment Q2 are, for example, a length (for example, 150 to 250 μm) that the active material particles cross about 10 to 20 pieces.
合剤層42の厚みは、20〜60μmが好ましい。
電極容量の観点から、内層42aの多孔度Aは、25〜40%であるのが好ましい。
レート特性の観点から、表面層42bの多孔度Bは、40〜60%であるのが好ましい。
レート特性および電極容量の観点から、内層42aの多孔度Aと表面層42bの多孔度Bとの比:B/Aは、1.05以上2.40以下が好ましく、より好ましくは、1.15以上2.40以下である。
As for the thickness of the mixture layer 42, 20-60 micrometers is preferable.
From the viewpoint of electrode capacity, the porosity A of the inner layer 42a is preferably 25 to 40%.
From the viewpoint of rate characteristics, the porosity B of the surface layer 42b is preferably 40 to 60%.
From the viewpoint of rate characteristics and electrode capacity, the ratio of the porosity A of the inner layer 42a to the porosity B of the surface layer 42b: B / A is preferably 1.05 or more and 2.40 or less, more preferably 1.15. This is 2.40 or less.
電極40において、合剤層42中のバインダー含有量(総量)は、活物質100重量部あたり2.5重量部以下が好ましく、活物質100重量部あたり0.5重量部以上1.5重量部以下がより好ましい。 In the electrode 40, the binder content (total amount) in the mixture layer 42 is preferably 2.5 parts by weight or less per 100 parts by weight of the active material, and 0.5 parts by weight or more and 1.5 parts by weight per 100 parts by weight of the active material. The following is more preferable.
以下、本発明に係るリチウムイオン二次電池の一実施形態を、図2を参照しながら説明する。
図2に示すように、リチウムイオン二次電池1は、正極活物質を含む正極10、負極活物質を含む負極11、正極10と負極11との間に配されたセパレータ13、および非水電解質を備える。負極11には、上記の本発明の電極40が用いられる。負極11は、負極集電体22および、負極集電体22の一方の面に形成された負極合剤層23を有する。負極合剤層23は、内層12aおよび表面層12bを有する。内層12aおよび表面層12bは、それぞれ上記内層42aおよび表面層42bである。
Hereinafter, an embodiment of a lithium ion secondary battery according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the lithium ion secondary battery 1 includes a positive electrode 10 including a positive electrode active material, a negative electrode 11 including a negative electrode active material, a separator 13 disposed between the positive electrode 10 and the negative electrode 11, and a nonaqueous electrolyte. Is provided. For the negative electrode 11, the electrode 40 of the present invention is used. The negative electrode 11 includes a negative electrode current collector 22 and a negative electrode mixture layer 23 formed on one surface of the negative electrode current collector 22. The negative electrode mixture layer 23 has an inner layer 12a and a surface layer 12b. The inner layer 12a and the surface layer 12b are the inner layer 42a and the surface layer 42b, respectively.
負極合剤層23は、少なくとも、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質およびバインダーを含む。バインダーとしては、例えば、上記の第1バインダーおよび第2バインダーを含む。
負極活物質には、例えば、リチウム金属、リチウム合金、金属酸化物、または炭素材料が用いられる。負極活物質の平均粒径(D50)は、例えば、1〜30μmである。
リチウム合金は、ケイ素、スズ、アルミニウム、亜鉛、およびマグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むのが好ましい。リチウム合金中のリチウム以外の元素の占める割合は、3〜50重量%が好ましい。
金属酸化物は、シリコンを含有する酸化物および錫を含有する酸化物の少なくとも1種が好ましい。
The negative electrode mixture layer 23 includes at least a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions and a binder. Examples of the binder include the first binder and the second binder described above.
As the negative electrode active material, for example, lithium metal, lithium alloy, metal oxide, or carbon material is used. The average particle diameter (D50) of the negative electrode active material is, for example, 1 to 30 μm.
The lithium alloy preferably contains at least one selected from the group consisting of silicon, tin, aluminum, zinc, and magnesium. The proportion of elements other than lithium in the lithium alloy is preferably 3 to 50% by weight.
The metal oxide is preferably at least one of an oxide containing silicon and an oxide containing tin.
炭素材料には、例えば、黒鉛、難黒鉛化性炭素材料が用いられる。黒鉛としては、例えば、天然黒鉛および人造黒鉛が挙げられる。
炭素材料の平均粒径(D50)は1.5〜40μmが好ましい。炭素材料の平均粒径(D50)が1.5μm未満であると、比表面積が極めて大きくなり、電解質の分解が促進されるため、充放電効率が低下する。また、結晶性が低下する。よって、放電容量が低下する場合がある。炭素材料の平均粒径(D50)が40μmを超えると、電子伝導性が低下し、電極の抵抗が増大するため、放電特性が低下する場合がある。
負極集電体22には、金属箔が用いられる。負極集電体22には、銅箔を用いるのが好ましい。負極集電体22の厚みは5〜30μmが好ましい。
For the carbon material, for example, graphite or non-graphitizable carbon material is used. Examples of graphite include natural graphite and artificial graphite.
The average particle diameter (D50) of the carbon material is preferably 1.5 to 40 μm. When the average particle diameter (D50) of the carbon material is less than 1.5 μm, the specific surface area becomes extremely large and the decomposition of the electrolyte is promoted, so that the charge / discharge efficiency is lowered. Moreover, crystallinity falls. Therefore, the discharge capacity may be reduced. When the average particle diameter (D50) of the carbon material exceeds 40 μm, the electron conductivity is lowered and the resistance of the electrode is increased, so that the discharge characteristics may be lowered.
A metal foil is used for the negative electrode current collector 22. The negative electrode current collector 22 is preferably made of copper foil. The thickness of the negative electrode current collector 22 is preferably 5 to 30 μm.
正極10は、正極集電体20および正極集電体の表面に形成された正極合剤層21からなる。正極合剤層21は、少なくとも、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質を含む。正極活物質の平均粒径(D50)は、例えば、5〜20μmである。正極合剤層21は、必要に応じて、バインダーおよび炭素材料等の導電剤を含んでもよい。 The positive electrode 10 includes a positive electrode current collector 20 and a positive electrode mixture layer 21 formed on the surface of the positive electrode current collector. The positive electrode mixture layer 21 includes at least a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions. The average particle diameter (D50) of the positive electrode active material is, for example, 5 to 20 μm. The positive electrode mixture layer 21 may include a conductive agent such as a binder and a carbon material as necessary.
正極活物質には、例えば、層状構造またはスピネル構造のリチウム含有金属酸化物が用いられる。リチウム含有金属複合酸化物としては、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4が用いられる。これらを単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて混合物または複合物として用いてもよい。
正極集電体には、金属箔が用いられる。正極集電体には、アルミニウム箔を用いるのが好ましい。正極集電体の厚みは5〜30μmが好ましい。
For the positive electrode active material, for example, a lithium-containing metal oxide having a layered structure or a spinel structure is used. As the lithium-containing metal composite oxide, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , and LiFePO 4 are used. These may be used alone or in combination of two or more as a mixture or composite.
A metal foil is used for the positive electrode current collector. An aluminum foil is preferably used for the positive electrode current collector. The thickness of the positive electrode current collector is preferably 5 to 30 μm.
正極10、負極11、およびセパレータ13は、外装ケース17の内部に収納されている。外装ケース17内には、電解質2が充填されている。電解質2の一部は、セパレータ13内に含まれる。外装ケース17の開口17aおよび17bは、樹脂材料16を介して熱融着により密閉されている。 The positive electrode 10, the negative electrode 11, and the separator 13 are accommodated in the exterior case 17. The exterior case 17 is filled with the electrolyte 2. A part of the electrolyte 2 is contained in the separator 13. The openings 17a and 17b of the outer case 17 are hermetically sealed by heat fusion through the resin material 16.
負極リード15の一端は、負極集電体22に接続されている。これにより、負極リード15は負極11と電気的に接続されている。負極リード15の他端は、外装ケース17の開口17bより電池1の外部へ引き出されている。
正極リード14の一端は、正極集電体20に接続されている。これにより、正極リード14は正極10と電気的に接続されている。正極リード14の他端は、外装ケース17の開口17aより電池1の外部へ引き出されている。
One end of the negative electrode lead 15 is connected to the negative electrode current collector 22. Thereby, the negative electrode lead 15 is electrically connected to the negative electrode 11. The other end of the negative electrode lead 15 is drawn out of the battery 1 from the opening 17 b of the outer case 17.
One end of the positive electrode lead 14 is connected to the positive electrode current collector 20. Thereby, the positive electrode lead 14 is electrically connected to the positive electrode 10. The other end of the positive electrode lead 14 is drawn out of the battery 1 from the opening 17 a of the outer case 17.
セパレータ13は、所定のイオン透過度および機械的強度を有する、絶縁性の微多孔性薄膜であることが好ましい。微多孔性薄膜の材質としては、耐電解質性に優れ、かつ疎水性を有するポリプロピレンおよびポリエチレンのようなポリオレフィンが好ましい。セパレータ13の孔径は、例えば、0.01μm以上1μm以下である。セパレータ13の厚みは、例えば、10μm以上300μm以下である。セパレータ13の空孔率は、例えば、30%以上80%以下である。 The separator 13 is preferably an insulating microporous thin film having a predetermined ion permeability and mechanical strength. As the material for the microporous thin film, polyolefin such as polypropylene and polyethylene having excellent electrolyte resistance and hydrophobicity is preferable. The pore diameter of the separator 13 is, for example, not less than 0.01 μm and not more than 1 μm. The thickness of the separator 13 is, for example, 10 μm or more and 300 μm or less. The porosity of the separator 13 is, for example, 30% or more and 80% or less.
非水電解質2は、例えば、非水溶媒および前記非水溶媒中に溶解するリチウム塩を含む。
非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネ−ト(EC)、プロピレンカ−ボネ−ト(PC)、およびブチレンカーボネート(BC)のような環状カーボネート類;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)、およびジプロピルカーボネート(DPC)のような鎖状カーボネート類;または1,2−ジメトキシエタン(DME)および1,2−ジエトキシエタン(DEE)のような鎖状エーテル類が用いられる。これらを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。これらのなかでも、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの混合溶媒、または環状カーボネートと鎖状カーボネートと脂肪族カルボン酸エステルとの混合溶媒を用いることが好ましい。
The nonaqueous electrolyte 2 includes, for example, a nonaqueous solvent and a lithium salt that dissolves in the nonaqueous solvent.
Non-aqueous solvents include, for example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC); dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC) ), Chain carbonates such as ethyl methyl carbonate (EMC), and dipropyl carbonate (DPC); or chain chains such as 1,2-dimethoxyethane (DME) and 1,2-diethoxyethane (DEE) Ethers are used. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use a mixed solvent of a cyclic carbonate and a chain carbonate, or a mixed solvent of a cyclic carbonate, a chain carbonate, and an aliphatic carboxylic acid ester.
リチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAlCl4、LiCl、またはリチウムイミド塩が用いられる。これらを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。これらのなかでも、LiPF6を用いるのが特に好ましい。電解質中のリチウム塩の濃度は特に限定されないが、電解質中のリチウム塩の濃度は0.2mol/L以上2mol/L以下が好ましく、0.5mol/L以上1.5mol/L以下がより好ましい。 As the lithium salt, for example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAlCl 4 , LiCl, or a lithium imide salt is used. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is particularly preferable to use LiPF 6 . The concentration of the lithium salt in the electrolyte is not particularly limited, but the concentration of the lithium salt in the electrolyte is preferably 0.2 mol / L or more and 2 mol / L or less, and more preferably 0.5 mol / L or more and 1.5 mol / L or less.
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
《実施例1》
負極活物質として黒鉛粉末(三菱化学(株)製、平均粒径16μm)100重量部に、表1に示す種類および量の第1バインダーおよび第2バインダーと、分散媒としてN−メチル−2−ピロリドン(試薬特級)(以下、NMP)150重量部とを加えて、スラリーを得た(工程(1))。
スラリー中にて固形成分(活物質およびバインダー)が占める割合は、約40重量%であった。すなわち、スラリー中にて分散媒が占める割合は、約60重量%であった。
Examples of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to these examples.
Example 1
As a negative electrode active material, 100 parts by weight of graphite powder (Mitsubishi Chemical Co., Ltd., average particle size 16 μm), first and second binders of the types and amounts shown in Table 1, and N-methyl-2- A slurry was obtained by adding 150 parts by weight of pyrrolidone (special reagent grade) (hereinafter, NMP) (step (1)).
The proportion of solid components (active material and binder) in the slurry was about 40% by weight. That is, the proportion of the dispersion medium in the slurry was about 60% by weight.
第1バインダーには、CMC(日本ゼオン(株)製)、PVB(積水化学工業(株)製)、PVA((株)クラレ製)、PEO、またはPAA(東亞合成(株)製)を用いた。
第2バインダーには、PVDF((株)クレハ製)、PTFE(信越化学工業(株)製)、またはSBR(日本ゼオン(株)製)を用いた。
For the first binder, CMC (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), PVB (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.), PVA (manufactured by Kuraray Co., Ltd.), PEO, or PAA (manufactured by Toagosei Co., Ltd.) is used. It was.
As the second binder, PVDF (manufactured by Kureha Co., Ltd.), PTFE (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), or SBR (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) was used.
表2に、各種バインダーの熱分解温度を示す。なお、表2の各種バインダーの熱分解温度は、DSC(示差走査熱量測定法)により測定した。ここでいう熱分解温度とは、窒素気流下、昇温速度10℃/分で測定した際に、重量減少が開始する温度である。 Table 2 shows the thermal decomposition temperatures of various binders. The thermal decomposition temperatures of various binders in Table 2 were measured by DSC (differential scanning calorimetry). The thermal decomposition temperature referred to here is a temperature at which weight reduction starts when measured at a temperature elevation rate of 10 ° C./min under a nitrogen stream.
ギャップ80μmのドクターブレードを用いて、これらのスラリーを、厚み10μmの銅箔からなる負極集電体の表面に塗布し、塗膜を形成した。この塗膜を60℃で2時間乾燥し、負極合剤層を形成した(工程(2))。
負極合剤層をロールプレス(線圧:400kgf/cm)により圧縮した(工程(3))。
その後、負極合剤層を不活性雰囲気中にて表1に示す温度で8時間加熱した(工程(4))。
このようにして、負極集電体の表面に負極合剤層(密度:1.4g/cm3、厚み:50μm)を形成し、No.1〜8の負極を得た。
Using a doctor blade with a gap of 80 μm, these slurries were applied to the surface of a negative electrode current collector made of a copper foil having a thickness of 10 μm to form a coating film. This coating film was dried at 60 ° C. for 2 hours to form a negative electrode mixture layer (step (2)).
The negative electrode mixture layer was compressed by a roll press (linear pressure: 400 kgf / cm) (step (3)).
Thereafter, the negative electrode mixture layer was heated in an inert atmosphere at the temperature shown in Table 1 for 8 hours (step (4)).
In this way, a negative electrode mixture layer (density: 1.4 g / cm 3 , thickness: 50 μm) was formed on the surface of the negative electrode current collector, and No. 1 to 8 negative electrodes were obtained.
《比較例1》
負極活物質として黒鉛粉末(三菱化学(株)製、平均粒径16μm)100重量部に、バインダーとしてPVDF0.6重量部と、分散媒としてNMP150重量部とを加えて、スラリーを得た(工程(1))。
<< Comparative Example 1 >>
A slurry was obtained by adding 0.6 parts by weight of PVDF as a binder and 150 parts by weight of NMP as a dispersion medium to 100 parts by weight of graphite powder (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, average particle size 16 μm) as a negative electrode active material (process) (1)).
ギャップ80μmのドクターブレードを用いて、このスラリーを、銅箔からなる負極集電体の表面に塗布し、塗膜を形成した。この塗膜を80℃で2時間乾燥し、負極合剤層を形成した(工程(2))。
負極合剤層をロールプレス(線圧:400kgf/cm)により圧縮した(工程(4))。
このようにして、負極集電体の表面に負極合剤層(密度:1.4g/cm3、厚み:50μm)を形成し、No.9の負極を得た。
Using a doctor blade with a gap of 80 μm, this slurry was applied to the surface of a negative electrode current collector made of copper foil to form a coating film. This coating film was dried at 80 ° C. for 2 hours to form a negative electrode mixture layer (step (2)).
The negative electrode mixture layer was compressed by a roll press (linear pressure: 400 kgf / cm) (step (4)).
In this way, a negative electrode mixture layer (density: 1.4 g / cm 3 , thickness: 50 μm) was formed on the surface of the negative electrode current collector to obtain a No. 9 negative electrode.
[評価]
上記得られた各負極について、以下の評価を実施した。
(1)非水電解質の浸透速度の測定
常温(25℃)環境下にて、非水電解質を合剤層の表面に、その上方よりマイクロシリンジで0.02ml滴下した。このとき、非水電解質が合剤層の内部へ浸透し、合剤層表面から消えるまでの時間を測定した。非水電解質には、ECとEMCとの混合溶媒(体積比1:3)にLiPF6が1.0mol/Lの濃度で溶解した非水電解質(三菱化学(株)製)を用いた。
[Evaluation]
The following evaluation was performed about each obtained said negative electrode.
(1) Measurement of penetration rate of non-aqueous electrolyte Under a normal temperature (25 ° C.) environment, 0.02 ml of the non-aqueous electrolyte was dropped on the surface of the mixture layer with a micro syringe from above. At this time, the time until the non-aqueous electrolyte penetrates into the mixture layer and disappears from the mixture layer surface was measured. As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of EC and EMC (volume ratio 1: 3) at a concentration of 1.0 mol / L was used.
(2)合剤層の内層および表面層の多孔度の測定
活物質粒子を400個程度観察できる領域の合剤層の断面像(SEM像)における集電体の表面から10μmの深さP1において、集電体の面方向に沿って長さX1の線分Q1を引き、線分Q1のうち空孔を横切る部分の長さの合計Y1を求めた。ここで、線分Q1の長さX1を200μmとした。そして、Y1/X1×100=Z1を、内層の多孔度として求めた。
(2) Measurement of porosity of inner layer and surface layer of mixture layer At depth P1 of 10 μm from the surface of the current collector in a cross-sectional image (SEM image) of the mixture layer in a region where about 400 active material particles can be observed Then, a line segment Q1 having a length X1 was drawn along the surface direction of the current collector, and the total length Y1 of the portions of the line segment Q1 that crossed the holes was obtained. Here, the length X1 of the line segment Q1 was set to 200 μm. And Y1 / X1 × 100 = Z1 was determined as the porosity of the inner layer.
活物質粒子を400個程度観察できる領域の合剤層の断面像(SEM像)における合剤層の表面から10μmの深さP2において、集電体の面方向に沿って長さX2の線分Q2を引き、線分Q2のうち空孔を横切る部分の長さの合計Y2を求めた。ここで、線分Q2の長さX2を200μmとした。そして、Y2/X2×100=Z2を、表面層の多孔度として求めた。
この作業を10回実施し、内層の多孔度Z1および表面層の多孔度Z2の平均値を求めた。
A line segment having a length X2 along the surface direction of the current collector at a depth P2 of 10 μm from the surface of the mixture layer in the cross-sectional image (SEM image) of the mixture layer in a region where about 400 active material particles can be observed. Q2 was subtracted to determine the total length Y2 of the portion of the line segment Q2 that crosses the holes. Here, the length X2 of the line segment Q2 was set to 200 μm. And Y2 / X2 * 100 = Z2 was calculated | required as the porosity of a surface layer.
This operation was carried out 10 times, and the average value of the porosity Z1 of the inner layer and the porosity Z2 of the surface layer was determined.
(3)電極特性の評価
a)試験セルの作製
上記で得られた負極を所定形状に打ち抜き、リードを付け、対極に金属リチウム(厚み:150μm)を用いて試験セルを構成した。電解質には、ECおよびEMCの混合溶媒(体積比1:3)中にLiPF6が1.0mol/Lの濃度で溶解した非水電解質を用いた。
(3) Evaluation of electrode characteristics a) Preparation of test cell The negative electrode obtained above was punched into a predetermined shape, a lead was attached, and a test cell was constructed using metallic lithium (thickness: 150 μm) as the counter electrode. As the electrolyte, a nonaqueous electrolyte in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of EC and EMC (volume ratio 1: 3) at a concentration of 1.0 mol / L was used.
b)0.5mA/cm2の放電容量(容量A)の測定
0.5mA/cm2の定電流で、0.01V(vs.Li/Li+)までリチウムを負極内に吸蔵(充電)させ充電処理した。その後、0.5mA/cm2の定電流で1.1V(vs.Li/Li+)まで放電し、このときの容量Aを求めた。
at a constant current of measurement 0.5 mA / cm 2 of b) 0.5 mA / cm 2 of the discharge capacity (capacity A), was occluded (charged) to 0.01V (vs.Li/Li +) anode in a lithium to Charged. Thereafter, the battery was discharged to 1.1 V (vs. Li / Li + ) at a constant current of 0.5 mA / cm 2 , and the capacity A at this time was determined.
c)6mA/cm2の放電容量(容量B)の測定
上記b)の放電後、さらに、0.5mA/cm2の定電流で終止電圧0.01Vまで充電した。その後、6mA/cm2の定電流で1.1V(vs.Li/Li+)まで放電し、このときの容量Bを求めた。そして、下記式(A)より負極の放電レートを求めた。
放電レート(%)=容量B/容量A×100 (A)
容量Aおよび容量Bの測定を、25℃および−10℃の環境下で実施した。
After discharge of c) 6mA / cm 2 discharge capacity (Measurement of b the capacitive B)), was further charged to the final voltage of 0.01V with a constant current of 0.5 mA / cm 2. Thereafter, the battery was discharged to 1.1 V (vs. Li / Li + ) at a constant current of 6 mA / cm 2 , and the capacity B at this time was determined. And the discharge rate of the negative electrode was calculated | required from the following formula (A).
Discharge rate (%) = capacity B / capacity A × 100 (A)
The measurement of the capacity | capacitance A and the capacity | capacitance B was implemented in the environment of 25 degreeC and -10 degreeC.
(4)評価の結果
評価結果を表3に示す。
(4) Evaluation results Table 3 shows the evaluation results.
表3に示すように、本発明の実施例1の電極1〜8では、電解質の浸透時間が短く、優れた放電レート特性が得られた。
一方、バインダーにPVDFのみを用い、加熱を実施しなかった比較例1の電極9では、電解質の浸透時間が108秒と長くなり、第2バインダーにPVDFを用い、第2バインダーにCMCを用い、加熱を実施した実施例1の電極1と比べて、放電レート特性が低下した。
As shown in Table 3, in the electrodes 1 to 8 of Example 1 of the present invention, the electrolyte permeation time was short, and excellent discharge rate characteristics were obtained.
On the other hand, in the electrode 9 of Comparative Example 1 in which only PVDF was used as the binder and heating was not performed, the electrolyte permeation time was as long as 108 seconds, PVDF was used as the second binder, and CMC was used as the second binder. Compared with the electrode 1 of Example 1 which implemented heating, the discharge rate characteristic fell.
《実施例2》
負極活物質として黒鉛粉末(三菱化学(株)製、平均粒径16μm)100重量部に、第1バインダーとして表4に示す種類および量のPVBまたはPEOと、分散媒としてNMP150重量部とを加えて、薄膜せん断式の攪拌機(PRIMICS社製、FILMICS)で3分間攪拌した後、攪拌物を80℃で6時間乾燥した。このようにして、黒鉛粒子表面を第1バインダーで被覆した複合粒子を得た。
複合粒子に、表3に示す種類および量の第2バインダーを加え、分散媒としてNMPを黒鉛粒子100重量部あたり150重量部加えて、スラリーを得た(工程(1))。
Example 2
As a negative electrode active material, graphite powder (Mitsubishi Chemical Co., Ltd., average particle size 16 μm) 100 parts by weight, PVB or PEO of the type and amount shown in Table 4 as a first binder and NMP 150 parts by weight as a dispersion medium are added. Then, after stirring for 3 minutes with a thin-film shear type stirrer (manufactured by PRIMICS, FILMICS), the stirred product was dried at 80 ° C. for 6 hours. In this way, composite particles having the graphite particle surface coated with the first binder were obtained.
A second binder having the type and amount shown in Table 3 was added to the composite particles, and NMP was added as a dispersion medium in an amount of 150 parts by weight per 100 parts by weight of the graphite particles to obtain a slurry (step (1)).
ギャップ80μmのドクターブレードを用いて、このスラリーを、銅箔からなる負極集電体の表面に塗布し、塗膜を形成した。この塗膜を80℃で2時間乾燥し、負極合剤層を形成した(工程(2))。
負極合剤層をロールプレス(線圧:400kgf/cm)により圧縮した(工程(3))。
その後、負極合剤層を不活性雰囲気中にて、表3に示す温度で8時間加熱した(工程(4))。
このようにして、負極集電体の表面に負極合剤層(密度:1.4g/cm3、厚み:50μm)を形成し、No.10〜18の負極を得た。
この負極を用いて、上記と同様の評価を行った。評価結果を表5に示す。
Using a doctor blade with a gap of 80 μm, this slurry was applied to the surface of a negative electrode current collector made of copper foil to form a coating film. This coating film was dried at 80 ° C. for 2 hours to form a negative electrode mixture layer (step (2)).
The negative electrode mixture layer was compressed by a roll press (linear pressure: 400 kgf / cm) (step (3)).
Thereafter, the negative electrode mixture layer was heated in an inert atmosphere at a temperature shown in Table 3 for 8 hours (step (4)).
In this way, a negative electrode mixture layer (density: 1.4 g / cm 3 , thickness: 50 μm) was formed on the surface of the negative electrode current collector, and No. 10 to 18 negative electrodes were obtained.
Evaluation similar to the above was performed using this negative electrode. The evaluation results are shown in Table 5.
《比較例2》
負極活物質として黒鉛粉末(三菱化学(株)製、平均粒径16μm)100重量部に、第2バインダーとしてSBR2重量部と、分散媒としてNMP150重量部とを加えて、スラリーを得た(工程(1))。
<< Comparative Example 2 >>
A slurry was obtained by adding 2 parts by weight of SBR as a second binder and 150 parts by weight of NMP as a dispersion medium to 100 parts by weight of graphite powder (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, average particle size 16 μm) as a negative electrode active material (process) (1)).
ギャップ80μmのドクターブレードを用いて、このスラリーを、銅箔からなる負極集電体の表面に塗布し、塗膜を形成した。この塗膜を80℃で2時間乾燥し、負極合剤層を形成した(工程(2))。
負極合剤層をロールプレス(線圧:400kgf/cm)により圧縮した(工程(4))。
このようにして、負極集電体の表面に負極合剤層(密度:1.4g/cm3、厚み:50μm)を形成し、No.19の負極を得た。
この負極を用いて、上記と同様の評価を行った。評価結果を表4に示す。
Using a doctor blade with a gap of 80 μm, this slurry was applied to the surface of a negative electrode current collector made of copper foil to form a coating film. This coating film was dried at 80 ° C. for 2 hours to form a negative electrode mixture layer (step (2)).
The negative electrode mixture layer was compressed by a roll press (linear pressure: 400 kgf / cm) (step (4)).
In this way, a negative electrode mixture layer (density: 1.4 g / cm 3 , thickness: 50 μm) was formed on the surface of the negative electrode current collector to obtain a No. 19 negative electrode.
Evaluation similar to the above was performed using this negative electrode. The evaluation results are shown in Table 4.
加熱を実施したNo.10〜18の負極では、加熱を実施しなかったNo.19の負極と比べて、低温での放電レート特性が改善された。
No.10〜19の負極では、負極合剤層内の第1バインダーの熱分解により形成された空孔により、電解質の浸透性および保持性が向上した。
負極活物質粒子に予め第1バインダーを被覆した複合材料を用いたため、スラリーに含まれる負極活物質粒子間の滑り性が高められた。よって、負極合剤層形成時において、負極活物質粒子の充填性が高められた。負極合剤層の圧縮時において、圧縮力が負極合剤層の厚み方向に対して均一に加えられた。よって、負極合剤層全体が高密度化し、負極活物質粒子間の電子伝導性が向上した。
In the negative electrodes of No. 10 to 18 that were heated, the discharge rate characteristics at low temperature were improved as compared with the negative electrode of No. 19 that was not heated.
In the negative electrodes No. 10 to 19, the electrolyte permeability and retention were improved by the pores formed by the thermal decomposition of the first binder in the negative electrode mixture layer.
Since the composite material in which the first binder was previously coated on the negative electrode active material particles was used, the slipperiness between the negative electrode active material particles contained in the slurry was improved. Therefore, the filling property of the negative electrode active material particles was improved when forming the negative electrode mixture layer. When the negative electrode mixture layer was compressed, a compressive force was uniformly applied in the thickness direction of the negative electrode mixture layer. Therefore, the density of the entire negative electrode mixture layer was increased, and the electronic conductivity between the negative electrode active material particles was improved.
《実施例3》
正極活物質としてLiFePO4粉末(韓華化学(株)製、平均粒径12μm)100重量部に、表6に示す量のCMC(第1バインダー)と、導電剤としてアセチレンブラック5重量部と、および分散媒としてNMP150重量部とを加え、薄膜せん断式の攪拌機(PRIMICS社製、FILMICS)にて3分間攪拌した後、80℃で6時間乾燥した。このようにして、LiFePO4粒子表面をCMCで被覆した複合粒子を得た。
Example 3
100 parts by weight of LiFePO 4 powder (produced by Hanwha Chemical Co., Ltd., average particle size 12 μm) as a positive electrode active material, CMC (first binder) in the amount shown in Table 6, 5 parts by weight of acetylene black as a conductive agent, and 150 parts by weight of NMP was added as a dispersion medium, stirred for 3 minutes with a thin film shear type stirrer (manufactured by PRIMICS, FILMICS), and then dried at 80 ° C. for 6 hours. In this way, composite particles having the LiFePO 4 particle surface coated with CMC were obtained.
正極活物質100重量部を含む複合粒子に、表6に示す量のPVDF(信越化学(株)製)(第2バインダー)と、分散媒としてNMP150重量部とを加えて、スラリーを得た。
ギャップ80μmのドクターブレードを用いて、このスラリーを、アルミニウム箔からなる正極集電体の表面に塗布し、塗膜を形成した。この塗膜を80℃で2時間乾燥し、正極合剤層を形成した(工程(2))。
To composite particles containing 100 parts by weight of the positive electrode active material, PVDF (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) (second binder) in an amount shown in Table 6 and 150 parts by weight of NMP as a dispersion medium were added to obtain a slurry.
Using a doctor blade with a gap of 80 μm, this slurry was applied to the surface of a positive electrode current collector made of an aluminum foil to form a coating film. This coating film was dried at 80 ° C. for 2 hours to form a positive electrode mixture layer (step (2)).
工程(2)の後における、No.21の正極前駆体の断面のSEM写真を図3に示す。その合剤層中のバインダー(PVDF)の分散状態を示すフッ素元素のマッピング状態を図4に示す。図3および4中の正極前駆体33は、正極集電体31および正極合剤層32を有する。図4に示すように、工程(2)の後では、バインダー(PVDF)が正極合剤層32の表面側(正極集電体31と反対側)に偏析している。このことから、CMCおよびPVDFを含むバインダー全体が正極合剤層32の表面側に偏析していることが推察される。 The SEM photograph of the cross section of the No. 21 positive electrode precursor after the step (2) is shown in FIG. FIG. 4 shows the mapping state of the fluorine element indicating the dispersion state of the binder (PVDF) in the mixture layer. The positive electrode precursor 33 in FIGS. 3 and 4 includes a positive electrode current collector 31 and a positive electrode mixture layer 32. As shown in FIG. 4, after the step (2), the binder (PVDF) is segregated on the surface side of the positive electrode mixture layer 32 (on the side opposite to the positive electrode current collector 31). From this, it is inferred that the entire binder containing CMC and PVDF is segregated on the surface side of the positive electrode mixture layer 32.
正極合剤層をロールプレス(線圧:400kgf/cm)により圧縮した(工程(3))。
その後、正極合剤層を不活性雰囲気中にて250℃で8時間加熱した(工程(4))。
このようにして、正極集電体の表面に正極合剤層(密度:1.8g/cm3、厚み:45μm)を形成し、No.20〜22の正極を得た。
この正極と、No.9の負極とを用いて、図2の電池を構成した。
具体的には、正極10と負極11との間に、セパレータ13を配置し、電極群を得た。セパレータ13には、ポリエチレン製の微多孔質膜(旭化成(株)製)を用いた。アルミニウム製の正極リード14の一端を正極10に溶接した。ニッケル製の負極リード15の一端を負極11に溶接した。電極群を、アルミニウムラミネートフィルムからなる外装ケース17に電極群を収納した後、電極群に非水電解質を注入した。非水電解質には、ECおよびEMCの混合溶媒(体積比1:1)に、LiPF6を1.0mol/Lの濃度で溶解させた非水電解質を用いた。正極リード14および負極リード15を、それぞれ外装ケース17の開口17aおよび17bから外部に導出し、外装ケース17の開口17aおよび17bを、樹脂材料16を介して溶着した。
The positive electrode mixture layer was compressed by a roll press (linear pressure: 400 kgf / cm) (step (3)).
Thereafter, the positive electrode mixture layer was heated in an inert atmosphere at 250 ° C. for 8 hours (step (4)).
In this way, a positive electrode mixture layer (density: 1.8 g / cm 3 , thickness: 45 μm) was formed on the surface of the positive electrode current collector to obtain Nos. 20 to 22 positive electrodes.
The battery of FIG. 2 was constructed using this positive electrode and the No. 9 negative electrode.
Specifically, the separator 13 was arrange | positioned between the positive electrode 10 and the negative electrode 11, and the electrode group was obtained. As the separator 13, a microporous membrane made of polyethylene (manufactured by Asahi Kasei Corporation) was used. One end of an aluminum positive electrode lead 14 was welded to the positive electrode 10. One end of a negative electrode lead 15 made of nickel was welded to the negative electrode 11. After the electrode group was housed in an outer case 17 made of an aluminum laminate film, a nonaqueous electrolyte was injected into the electrode group. As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.0 mol / L in a mixed solvent of EC and EMC (volume ratio 1: 1) was used. The positive electrode lead 14 and the negative electrode lead 15 were led out from the openings 17 a and 17 b of the outer case 17, respectively, and the openings 17 a and 17 b of the outer case 17 were welded via the resin material 16.
この正極について、上記と同様に、電解質の浸透速度を測定した。
さらに、下記方法により、電池特性の評価として、放電レート特性の評価を行った。
[放電レート特性の評価]
電池電圧が4.2Vに達するまで、0.5mA/cm2の定電流で充電した。その後、電池電圧が2.5Vに達するまで、0.5mA/cm2の定電流で放電し、このときの放電容量Aを求めた。次に、電池電圧が4.2Vに達するまで、0.5mA/cm2の定電流で充電した後、電池電圧が2.5Vに達するまで、6mA/cm2の定電流で放電し、このときの放電容量Bを求めた。これらの値から下記式(B)により正極の放電レートを求めた。
放電レート(%)=容量B/容量A×100 (B)
容量Aおよび容量Bの測定を、25℃および−10℃の環境下で実施した。
評価結果を表7に示す。
For this positive electrode, the permeation rate of the electrolyte was measured in the same manner as described above.
Further, discharge rate characteristics were evaluated as battery characteristics by the following method.
[Evaluation of discharge rate characteristics]
The battery was charged at a constant current of 0.5 mA / cm 2 until the battery voltage reached 4.2V. Thereafter, the battery was discharged at a constant current of 0.5 mA / cm 2 until the battery voltage reached 2.5 V, and the discharge capacity A at this time was determined. Then, until the battery voltage reached 4.2 V, after charging at a constant current of 0.5 mA / cm 2 until the battery voltage reached 2.5V, and discharged at a constant current of 6 mA / cm 2, the time The discharge capacity B was determined. From these values, the discharge rate of the positive electrode was determined by the following formula (B).
Discharge rate (%) = capacity B / capacity A × 100 (B)
The measurement of the capacity | capacitance A and the capacity | capacitance B was implemented in the environment of 25 degreeC and -10 degreeC.
Table 7 shows the evaluation results.
《比較例3》
正極活物質としてLiFePO4粉末(韓華化学(株)製、平均粒径12μm)100重量部に、導電剤としてアセチレンブラック5重量部と、表6に示す量のPVDF(信越化学(株)製)と、分散媒としてNMP150重量部とを加えて、スラリーを得た。
ギャップ80μmのドクターブレードを用いて、このスラリーを、アルミニウム箔からなる正極集電体の表面に塗布し、塗膜を形成した。この塗膜を80℃で2時間乾燥し、正極合剤層を形成した(工程(2))。
<< Comparative Example 3 >>
100 parts by weight of LiFePO 4 powder (manufactured by Hanwha Chemical Co., Ltd., average particle size 12 μm) as a positive electrode active material, 5 parts by weight of acetylene black as a conductive agent, and PVDF in an amount shown in Table 6 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) And 150 parts by weight of NMP as a dispersion medium were added to obtain a slurry.
Using a doctor blade with a gap of 80 μm, this slurry was applied to the surface of a positive electrode current collector made of an aluminum foil to form a coating film. This coating film was dried at 80 ° C. for 2 hours to form a positive electrode mixture layer (step (2)).
正極合剤層をロールプレス(線圧:400kgf/cm)により圧縮した(工程(4))。
このようにして、正極集電体の表面に正極合剤層(密度:1.8g/cm3、厚み:45μm)を形成し、No.23の正極を得た。
No.23の正極と、No.9の負極とを用いて、図2の電池を構成し、実施例3と同じ評価を行った。
The positive electrode mixture layer was compressed by a roll press (linear pressure: 400 kgf / cm) (step (4)).
In this way, a positive electrode mixture layer (density: 1.8 g / cm 3 , thickness: 45 μm) was formed on the surface of the positive electrode current collector to obtain a No. 23 positive electrode.
The battery of FIG. 2 was constructed using the No. 23 positive electrode and the No. 9 negative electrode, and the same evaluation as in Example 3 was performed.
加熱を実施したNo.20〜22の正極を用いた実施例3の電池では、加熱を実施しなかったNo.23の正極を用いた比較例3の電池と比べて、低温での放電レート特性が改善した。
No.20〜22の正極では、正極合剤層内の第1バインダーの熱分解により形成された空孔により、電解質の浸透性および保持性が向上した。
正極活物質粒子に予め第1バインダーを被覆した複合材料を用いたため、スラリーに含まれる正極活物質粒子間の滑り性が高められた。よって、正極合剤層形成時において、正極活物質粒子の充填性が高められた。正極合剤層の圧縮時において、圧縮力が正極合剤層の厚み方向に対して均一に加えられた。よって、正極合剤層全体が高密度化し、活物質粒子間の電子伝導性が向上した。
In the battery of Example 3 using the positive electrodes of No. 20 to 22 that were heated, the discharge rate characteristics at a low temperature were compared with the battery of Comparative Example 3 using the positive electrode of No. 23 that was not heated. Improved.
In the positive electrodes of Nos. 20 to 22, the permeability and retention of the electrolyte were improved by the pores formed by the thermal decomposition of the first binder in the positive electrode mixture layer.
Since the composite material in which the positive electrode active material particles were previously coated with the first binder was used, the slipperiness between the positive electrode active material particles contained in the slurry was improved. Therefore, the filling property of the positive electrode active material particles was improved when forming the positive electrode mixture layer. When the positive electrode mixture layer was compressed, a compressive force was uniformly applied in the thickness direction of the positive electrode mixture layer. Therefore, the whole positive electrode mixture layer was densified, and the electronic conductivity between the active material particles was improved.
本発明の非水電解質二次電池は、低温特性が要求される機器の電源として好適に用いられる。 The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is suitably used as a power source for equipment that requires low temperature characteristics.
1 リチウムイオン二次電池
2 電解質
10 正極
11 負極
12a 内層
12b 表面層
13 セパレータ
20 正極集電体
21 正極合剤層
22 負極集電体
23 負極合剤層
14 正極リード
15 負極リード
16 樹脂材料
17 外装ケース
17a、17b 開口
31 正極集電体
32 正極合剤層
33 正極前駆体
40 電極
41 集電体
42 合剤層
42a 内層
42b 表面層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion secondary battery 2 Electrolyte 10 Positive electrode 11 Negative electrode 12a Inner layer 12b Surface layer 13 Separator 20 Positive electrode collector 21 Positive electrode mixture layer 22 Negative electrode collector 23 Negative electrode mixture layer 14 Positive electrode lead 15 Negative electrode lead 16 Resin material 17 Exterior Case 17a, 17b Opening 31 Positive electrode current collector 32 Positive electrode mixture layer 33 Positive electrode precursor 40 Electrode 41 Current collector 42 Mixture layer 42a Inner layer 42b Surface layer
Claims (10)
(2)前記スラリーを、集電体の表面に付着させ、乾燥させて、合剤層を形成する工程と、
(3)前記合剤層を圧縮する工程と、
(4)前記工程(3)の後、前記合剤層を加熱し、前記バインダーの一部を熱分解させて、前記合剤層内に空孔を形成する工程と、
を含む非水電解質二次電池用電極の製造方法。 (1) adding a dispersion medium to the active material and the binder to prepare a slurry;
(2) attaching the slurry to the surface of the current collector and drying to form a mixture layer;
(3) compressing the mixture layer;
(4) After the step (3), heating the mixture layer, thermally decomposing a part of the binder, and forming pores in the mixture layer;
The manufacturing method of the electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing.
前記工程(4)における加熱温度は、前記第1バインダーの熱分解温度より高く、前記第2バインダーの熱分解温度よりも低い、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池用電極の製造方法。 The binder in the step (1) includes a first binder and a second binder,
The heating temperature in the step (4) is higher than the thermal decomposition temperature of the first binder and lower than the thermal decomposition temperature of the second binder, The electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2. Production method.
前記合剤層は、集電体側から表面側に向かうにつれて、多孔度が連続的に増大する非水電解質二次電池用電極。 A current collector, and a porous mixture layer formed on the surface of the current collector,
The mixture layer is an electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery in which the porosity continuously increases from the current collector side toward the surface side.
前記内層の多孔度Aは25〜40%であり、
前記表面層の多孔度Bは40〜60%であり、
前記内層の多孔度Aと前記表面層の多孔度Bとの比:B/Aは、1.05以上2.40以下である請求項8記載の非水電解質二次電池用電極。 The mixture layer includes an inner layer composed of a region from the surface of the current collector to a predetermined depth, a surface layer composed of a region from the surface of the mixture layer to a predetermined depth,
The porosity A of the inner layer is 25-40%,
The porosity B of the surface layer is 40-60%,
The ratio of the porosity A of the inner layer to the porosity B of the surface layer: B / A is 1.05 or more and 2.40 or less, The electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 8.
前記一対の電極の少なくとも一方は、請求項7〜9のいずれかに記載の電極であることを特徴とする非水電解質二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a pair of electrodes, a separator disposed between the pair of electrodes, and a non-aqueous electrolyte,
At least one of said pair of electrodes is an electrode in any one of Claims 7-9, The nonaqueous electrolyte secondary battery characterized by the above-mentioned.
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