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JP2013201124A - Method of manufacturing electrode for lithium secondary battery - Google Patents

Method of manufacturing electrode for lithium secondary battery Download PDF

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JP2013201124A
JP2013201124A JP2013031695A JP2013031695A JP2013201124A JP 2013201124 A JP2013201124 A JP 2013201124A JP 2013031695 A JP2013031695 A JP 2013031695A JP 2013031695 A JP2013031695 A JP 2013031695A JP 2013201124 A JP2013201124 A JP 2013201124A
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JP
Japan
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positive electrode
active material
lithium secondary
material particles
secondary battery
Prior art date
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Application number
JP2013031695A
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Japanese (ja)
Inventor
Shuichi Ozawa
修一 小澤
Natsuki Shimokawa
夏己 下河
Koji Kimura
浩二 木村
Tsutomu Nanataki
七瀧  努
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the degradation characteristics (cycle characteristics) of capacity incident to repeated charging and discharging, in a lithium secondary battery.SOLUTION: The electrode of a lithium secondary battery is manufactured by forming a joining layer by coating the surface of a collector with a conductive paste produced by mixing conductive particles, a binder resin and a solvent, forming a joined body by pressing a collector and multiple active material particles arranged two-dimensionally with the joining layer interposed therebetween, with a predetermined pressure, in such a state that the volume ratio of solvent in the joining layer is within a predetermined range, and then performing uniaxial pressurization of the joined body from the active material particles side with a predetermined pressure.

Description

本発明は、リチウム二次電池用電極の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an electrode for a lithium secondary battery.

例えば、リチウム二次電池の正極として、正極集電体と、この正極集電体の表面に沿って二次元的に配列された複数の正極活物質粒子と、前記正極集電体と前記正極活物質粒子との間に介在するように設けられた導電性の接合層と、を有するものが知られている(例えば、特許文献1等を参照。)。   For example, as a positive electrode of a lithium secondary battery, a positive electrode current collector, a plurality of positive electrode active material particles arranged two-dimensionally along the surface of the positive electrode current collector, the positive electrode current collector and the positive electrode active material A conductive bonding layer provided so as to be interposed between substance particles is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2012−009193号公報JP 2012-009193 A

リチウム二次電池において、充放電の繰り返しに伴う容量の低下特性(サイクル特性)を改善することが求められている。本発明は、かかる課題に対処するためになされたものである。   In a lithium secondary battery, it is required to improve capacity reduction characteristics (cycle characteristics) due to repeated charge and discharge. The present invention has been made to cope with such a problem.

本発明の対象となる製造方法は、集電体と、この集電体の表面に沿って二次元的に配列された複数の(典型的には板状の)活物質粒子と、前記集電体と前記活物質粒子との間に介在するように設けられた接合層と、を有する、リチウム二次電池用電極の製造方法である。   The production method which is an object of the present invention includes a current collector, a plurality of (typically plate-like) active material particles arranged two-dimensionally along the surface of the current collector, and the current collector. And a bonding layer provided so as to be interposed between the active material particles and the active material particles.

本発明の製造方法の特徴は、当該製造方法が、以下の工程を有することにある。
・前記集電体と二次元的に配列された複数の前記活物質粒子とを前記接合層を介して接合することによって得られた接合体を、前記活物質粒子側から一軸加圧する、加圧工程。
The manufacturing method of the present invention is characterized in that the manufacturing method includes the following steps.
-Pressurization in which a bonded body obtained by bonding the current collector and a plurality of the active material particles two-dimensionally arranged through the bonding layer is uniaxially pressed from the active material particle side Process.

前記加圧工程は、例えば、前記活物質粒子と対向する表面が平板状あるいはブロック状の加圧部材によって前記接合体を加圧する工程である。この場合、「一軸加圧」は、平面加圧とも称され得る。   The pressurizing step is, for example, a step of pressurizing the joined body with a pressurizing member whose surface facing the active material particles has a flat or block shape. In this case, “uniaxial pressing” may also be referred to as planar pressing.

本発明の製造方法によって製造された前記リチウム二次電池用電極においては、前記リチウム二次電池の充放電が繰り返されても、容量の低下が可及的に抑制される。すなわち、本発明の製造方法によって製造された前記リチウム二次電池用電極を用いることで、前記リチウム二次電池における優れたサイクル特性が実現される。この理由は、前記集電体と前記接合層との間の界面や、前記接合層と前記活物質粒子との間の界面における剥離の発生が抑制されることであると考えられる。以下、かかる理由について詳述する。   In the electrode for a lithium secondary battery manufactured by the manufacturing method of the present invention, a decrease in capacity is suppressed as much as possible even when charging and discharging of the lithium secondary battery are repeated. That is, by using the electrode for a lithium secondary battery manufactured by the manufacturing method of the present invention, excellent cycle characteristics in the lithium secondary battery are realized. The reason for this is considered to be that the occurrence of delamination at the interface between the current collector and the bonding layer and the interface between the bonding layer and the active material particles is suppressed. Hereinafter, the reason will be described in detail.

充放電に伴うリチウムイオンの出入りにより、前記活物質粒子にて寸法変化が生じる。このため、前記リチウム二次電池の充放電が繰り返されると、通常は、上述の各界面において次第に剥離が発生して容量低下が生じる(以下、これら「界面剥離」と称する。)。この点、本発明の製造方法によって製造された前記リチウム二次電池用電極においては、前記加圧工程を経ることで、上述のような界面剥離の発生が抑制されるとともに、万一界面剥離が発生した場合も当該剥離部分における電気的接続が良好に保持される、と考えられる。   Dimensional changes occur in the active material particles due to the entry and exit of lithium ions accompanying charging and discharging. For this reason, when charging / discharging of the lithium secondary battery is repeated, usually, peeling occurs gradually at each of the above-described interfaces, resulting in a decrease in capacity (hereinafter referred to as “interface peeling”). In this respect, in the electrode for a lithium secondary battery manufactured by the manufacturing method of the present invention, the occurrence of interface peeling as described above is suppressed through the pressurizing step, and in the unlikely event that the interface peeling occurs. Even when it occurs, it is considered that the electrical connection in the peeled portion is maintained well.

図1は、リチウム二次電池の概略構成の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of a lithium secondary battery. 図2は、図1に示されている正極板の一例の、拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of an example of the positive electrode plate shown in FIG. 図3は、図2に示されている正極板の製造方法の一例についての概略説明図である。FIG. 3 is a schematic explanatory view of an example of a method for manufacturing the positive electrode plate shown in FIG.

以下、本発明の好適な実施形態を、実施例及び比較例を用いつつ説明する。なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件(記述要件や実施可能要件等)を満たすために、一応出願時において最良と考えられる本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described using examples and comparative examples. It should be noted that the following description of the embodiment is merely an embodiment of the present invention considered to be the best at the time of filing in order to satisfy the description requirements (description requirements, feasibility requirements, etc.) of the specification required by law. An example is merely what is specifically described to the extent possible.

よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態や実施例の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態や実施例に対して施され得る各種の変更(変形例:modification)の例示は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、可能な限り末尾にまとめて記載されている。   Therefore, as will be described later, it is quite natural that the present invention is not limited to the specific configurations of the embodiments and examples described below. Since illustrations of various modifications (modifications) that can be made to the present embodiment and examples are inserted during the description of the embodiment, it is difficult to understand the description of the consistent embodiment. It is listed at the end as much as possible.

1.リチウム二次電池の概略構成
図1は、リチウム二次電池1の概略構成の一例を示す断面図である。図1を参照すると、このリチウム二次電池1は、いわゆる液体型であって、正極板2と、負極板3と、セパレータ4と、正極用タブ5と、負極用タブ6と、を備えている。
1. Schematic Configuration of Lithium Secondary Battery FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a schematic configuration of a lithium secondary battery 1. Referring to FIG. 1, the lithium secondary battery 1 is a so-called liquid type, and includes a positive electrode plate 2, a negative electrode plate 3, a separator 4, a positive electrode tab 5, and a negative electrode tab 6. Yes.

正極板2と負極板3との間には、セパレータ4が設けられている。すなわち、正極板2と、セパレータ4と、負極板3とは、この順に積層されている。正極板2には、正極用タブ5が電気的に接続されている。同様に、負極板3には、負極用タブ6が電気的に接続されている。   A separator 4 is provided between the positive electrode plate 2 and the negative electrode plate 3. That is, the positive electrode plate 2, the separator 4, and the negative electrode plate 3 are laminated in this order. A positive electrode tab 5 is electrically connected to the positive electrode plate 2. Similarly, the negative electrode tab 6 is electrically connected to the negative electrode plate 3.

図1に示されているリチウム二次電池1は、正極板2、セパレータ4、及び負極板3の積層体と、リチウム化合物を電解質として含む電解液とを、所定の電池ケース(図示せず)内に液密的に封入することによって構成されている。   A lithium secondary battery 1 shown in FIG. 1 includes a laminate of a positive electrode plate 2, a separator 4, and a negative electrode plate 3, and an electrolyte containing a lithium compound as an electrolyte, in a predetermined battery case (not shown). It is configured by being sealed in a liquid-tight manner.

2.正極の構成
図2は、図1に示されている正極板2の一例の、拡大断面図である。図2を参照すると、正極板2は、正極集電体21と、多数の正極活物質粒子22と、接合層23と、を備えている。
2. Configuration of Positive Electrode FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of an example of the positive electrode plate 2 shown in FIG. Referring to FIG. 2, the positive electrode plate 2 includes a positive electrode current collector 21, a large number of positive electrode active material particles 22, and a bonding layer 23.

正極集電体21は、良好な導電性を有する板状あるいはフィルム状の部材であって、例えばアルミニウム箔等によって形成されている。   The positive electrode current collector 21 is a plate-like or film-like member having good conductivity, and is formed of, for example, an aluminum foil.

正極活物質粒子22は、リチウム複合酸化物(リチウム遷移金属酸化物)からなる粒子であって、板状に形成されている。多数の正極活物質粒子22は、正極集電体21の表面(図中上面)に沿って二次元的に配列されている。具体的には、正極集電体21の上述の表面のうちの85〜98%が正極活物質粒子22によって覆われるように、多数の正極活物質粒子22が配置されている。また、「リチウム複合酸化物」とは、LiMO(0.05<x<1.10、Mは少なくとも1種類の遷移金属:典型的にはMはCo,Ni,Mnのうちの1種以上を含む。)で表される酸化物である。 The positive electrode active material particles 22 are particles made of a lithium composite oxide (lithium transition metal oxide) and are formed in a plate shape. A large number of positive electrode active material particles 22 are two-dimensionally arranged along the surface (upper surface in the drawing) of the positive electrode current collector 21. Specifically, a large number of positive electrode active material particles 22 are arranged so that 85 to 98% of the above-described surface of the positive electrode current collector 21 is covered with the positive electrode active material particles 22. The “lithium composite oxide” means Li x MO 2 (0.05 <x <1.10, M is at least one kind of transition metal: typically, M is one of Co, Ni, and Mn. Including oxides).

ところで、種々のリチウム複合酸化物のうち、例えば、コバルト酸リチウムは充電時(リチウムイオンが抜けるとき)に体積膨張するのに対し、ニッケル酸リチウムは放電時(リチウムイオンが入るとき)に体積膨張する。このため、組成比を適宜調整することにより充放電時の体積膨張収縮を見かけ上ゼロにすることは可能である。しかしながら、この場合においても、格子の長さは変化する。具体的には、Li(Co0.5Ni0.5)Oは、c軸方向には伸びる一方でa軸方向には縮む。 By the way, among various lithium composite oxides, for example, lithium cobaltate expands in volume during charging (when lithium ions are released), whereas lithium nickelate expands in volume during discharge (when lithium ions enter). To do. For this reason, it is possible to make the volume expansion / contraction apparently zero during charge / discharge by adjusting the composition ratio as appropriate. However, even in this case, the length of the grating changes. Specifically, Li (Co 0.5 Ni 0.5 ) O 2 extends in the c-axis direction but contracts in the a-axis direction.

よって、本発明は、層状岩塩構造を有するリチウム複合酸化物(例えば、コバルト酸リチウムLiCoO[一般式中1≦p≦1.1]、ニッケル酸リチウムLiNiO、マンガン酸リチウムLiMnO、ニッケルマンガン酸リチウムLi(Ni0.5,Mn0.5)O、一般式Li(Co,Ni,Mn)O[一般式中0.97≦p≦1.07,x+y+z=1]によって表されるこれらの固容体、Li(Co,Ni,Al)O[一般式中0.97≦p≦1.07,x+y+z=1、0<x≦0.25、0.6≦y≦0.9、0<z≦0.1]、LiMnOとLiMO(Mは、Co、Ni等の遷移金属)との固溶体、等)の組成を有する前記板状粒子に対して非常に有効である。なお、上記一般式を満たす範囲で、Mg,Al,Si,Ca,Ti,V,Cr,Fe,Cu,Zn,Ga,Ge,Sr,Y,Zr,Nb,Mo,Ag,Sn,Sb,Te,Ba,Bi等の元素が、1種以上含まれていてもよい。 Therefore, the present invention provides a lithium composite oxide having a layered rock salt structure (for example, lithium cobaltate Li p CoO 2 [general formula 1 ≦ p ≦ 1.1], lithium nickelate LiNiO 2 , lithium manganate Li 2 MnO 3, the lithium nickel manganese oxide Li p (Ni 0.5, Mn 0.5 ) O 2, the general formula Li p (Co x, Ni y , Mn z) O 2 [ in the formula 0.97 ≦ p ≦ 1. 07, x + y + z = 1] these solid solution represented by, Li p (Co x, Ni y, Al z) O 2 [ general formula 0.97 ≦ p ≦ 1.07, x + y + z = 1,0 <x ≦ 0.25, 0.6 ≦ y ≦ 0.9, 0 <z ≦ 0.1], a solid solution of Li 2 MnO 3 and LiMO 2 (M is a transition metal such as Co or Ni), etc. Very effective for the plate-like particles having the composition It is effective. As long as the above general formula is satisfied, Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, Sn, Sb, One or more elements such as Te, Ba, Bi and the like may be included.

また、大きい体積膨張収縮を発現する組成(例えば、Li(Co,Ni,Mn)Oにおいてニッケルのモル比率が0.75以上である場合又はコバルトのモル比率が0.9以上である場合、及びLi(Co,Ni,Al)Oにおいてニッケルのモル比率が0.7以上である場合)に対して、本発明の適用は特に有効である。 The composition expressing greater volumetric expansion and contraction (e.g., Li p (Co x, Ni y, Mn z) When the molar ratio of nickel in the O 2 is 0.75 or more, or the molar ratio of cobalt less than 0.9 If it is, and Li p relative to (Co x, Ni y, Al z) when the molar ratio of nickel in the O 2 is 0.7 or higher), the application of the present invention is particularly effective.

導電性を有する接合層23は、正極集電体21と正極活物質粒子22との間に介在するように設けられている。すなわち、正極板2は、正極集電体21と多数の正極活物質層22とを、導電性を有する接合層23を介して互いに接合(積層)した状態に形成されている。   The conductive bonding layer 23 is provided so as to be interposed between the positive electrode current collector 21 and the positive electrode active material particles 22. That is, the positive electrode plate 2 is formed in a state in which the positive electrode current collector 21 and a large number of positive electrode active material layers 22 are bonded (laminated) to each other via the conductive bonding layer 23.

接合層23は、正極集電体21の上述の表面(図中上面)上に、導電性ペーストを塗布することによって形成されている。この導電性ペーストは、導電性粒子と、バインダ樹脂と、溶剤と、を混合してペースト化したものである。導電性粒子としては、カーボン、金、白金、ニッケル、アルミニウム、等を用いることが可能であり、カーボンが好適である。バインダ樹脂としては、アクリル樹脂やフッ素樹脂等を用いることが可能であり、フッ素樹脂(特にポリフッ化ビニリデン)が好適である。   The bonding layer 23 is formed by applying a conductive paste on the above-described surface (upper surface in the drawing) of the positive electrode current collector 21. This conductive paste is a paste obtained by mixing conductive particles, a binder resin, and a solvent. As the conductive particles, carbon, gold, platinum, nickel, aluminum, or the like can be used, and carbon is preferable. As the binder resin, an acrylic resin, a fluororesin, or the like can be used, and a fluororesin (particularly, polyvinylidene fluoride) is preferable.

3.製造方法の概要
以下、図2に示されている正極板2の製造方法の概要について、図3を用いて説明する。本実施形態の製造方法は、以下のようにして行われる。
3. 2. Outline of Manufacturing Method Hereinafter, an outline of a manufacturing method of the positive electrode plate 2 shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. The manufacturing method of this embodiment is performed as follows.

(A)接合層ペースト塗布工程(図3における最上段参照)
正極集電体21の表面(図中上面)に、接合層23を構成する上述の導電性ペーストを、均一に塗布する。これにより、正極集電体21の表面に、導電性ペースト塗布層23’が形成される。
(A) Bonding layer paste application process (see the top row in FIG. 3)
The above-mentioned conductive paste constituting the bonding layer 23 is uniformly applied to the surface (upper surface in the drawing) of the positive electrode current collector 21. As a result, a conductive paste coating layer 23 ′ is formed on the surface of the positive electrode current collector 21.

(B)接合工程(図3における中段参照)
多数の正極活物質粒子22を二次元的に配列したものと、導電性ペースト塗布層23’と、を接合する。
(B) Joining process (refer to the middle stage in FIG. 3)
The two-dimensionally arrayed positive electrode active material particles 22 are joined to the conductive paste coating layer 23 '.

かかる接合工程は、具体的には、以下のようにして行われる:まず、高い平面度を有する定盤表面上に、多数の正極活物質粒子22を二次元的に配列する。次に、導電性ペースト塗布層23’が形成された正極集電体21を、定盤表面上に配列された多数の正極活物質粒子22上に、導電性ペースト塗布層23’が正極活物質粒子22側を向くように載置して軽く押圧し、接合する。その後80℃において加熱することにより導電性ペースト塗布層23’を十分に乾燥させる。   Specifically, the joining step is performed as follows: First, a large number of positive electrode active material particles 22 are two-dimensionally arranged on the surface of a platen having high flatness. Next, the positive electrode current collector 21 on which the conductive paste coating layer 23 ′ is formed is placed on the large number of positive electrode active material particles 22 arranged on the surface of the surface plate, and the conductive paste coating layer 23 ′ is formed on the positive electrode active material. It is placed so as to face the particle 22 side, lightly pressed and joined. Thereafter, the conductive paste coating layer 23 ′ is sufficiently dried by heating at 80 ° C.

この際、正極活物質粒子が高密度に配列された接合体を得るためには、押圧時の圧力は50g/cm以上であり、且つ500g/cm以下であることが望ましい。当該圧力が50g/cm未満であると、二次元的に配列された正極活物質粒子と導電性ペースト塗布層との密着が不十分となり、良好なサイクル特性を得ることができないので望ましくない。一方、当該圧力が500g/cmよりも大きいと、導電性ペースト塗布層における溶剤(例えばNMP等)の体積比率を適切な範囲に調整しても(詳しくは後述する)、例えば導電性ペーストが正極活物質粒子と定盤との界面に到達する等して、正極板の製造工程において正極板を定盤から剥がす際に正極活物質粒子の配列が乱れる虞が高まるので望ましくない。 At this time, in order to obtain a joined body in which the positive electrode active material particles are arranged at high density, the pressure during pressing is desirably 50 g / cm 2 or more and 500 g / cm 2 or less. When the pressure is less than 50 g / cm 2 , the two-dimensionally arranged positive electrode active material particles and the conductive paste coating layer are not sufficiently adhered, and good cycle characteristics cannot be obtained. On the other hand, if the pressure is greater than 500 g / cm 2 , even if the volume ratio of the solvent (for example, NMP) in the conductive paste coating layer is adjusted to an appropriate range (details will be described later), for example, the conductive paste When the positive electrode plate is peeled off from the surface plate in the manufacturing process of the positive electrode plate by reaching the interface between the positive electrode active material particles and the surface plate, the arrangement of the positive electrode active material particles is undesirably increased.

(C)加圧工程(図3における最下段参照)
上述の接合工程によって得られた接合体を、正極活物質粒子22側から、加圧部材70によって一軸加圧(平面加圧)する。ここで、加圧部材70は、正極活物質粒子22と対向する表面が平面状の部材である。すなわち、加圧部材70は、平面状の表面を有する板状又はブロック状の部材である。
(C) Pressurization step (see the bottom row in FIG. 3)
The joined body obtained by the joining process described above is uniaxially pressurized (planar pressure) by the pressing member 70 from the positive electrode active material particle 22 side. Here, the pressure member 70 is a member having a flat surface facing the positive electrode active material particles 22. That is, the pressure member 70 is a plate-like or block-like member having a planar surface.

加圧部材70が平面状の表面を有する板状又はブロック状の部材である場合、上述の接合体は、全体がほぼ同時に一様に加圧される。この際、正極活物質粒子が高密度に配列され且つ良好に密着した接合体を得るためには、加圧時の圧力は100kg/cm以上であり、且つ2000kg/cm以下であることが望ましい。当該圧力が100kg/cm未満であると、正極板を構成する正極集電体と正極活物質粒子を含む層(活物質層)と接合層との密着が不十分となり、サイクル特性が低下するので望ましくない。一方、当該圧力が2000kg/cmよりも大きいと、活物質層に亀裂(クラック)が多発し、活物質中のLiイオンの移動が困難となり、結果として、当該正極板を使用するリチウム二次電池の初期容量(1サイクル目の容量)が低下するので望ましくない。 When the pressurizing member 70 is a plate-like or block-like member having a flat surface, the entire joined body is uniformly pressurized almost simultaneously. At this time, in order to obtain a bonded body in which the positive electrode active material particles are arranged at a high density and are in close contact, the pressure during pressurization is 100 kg / cm 2 or more and 2000 kg / cm 2 or less. desirable. When the pressure is less than 100 kg / cm 2 , the adhesion between the positive electrode current collector constituting the positive electrode plate and the layer containing the positive electrode active material particles (active material layer) and the bonding layer becomes insufficient, and the cycle characteristics deteriorate. So undesirable. On the other hand, when the pressure is greater than 2000 kg / cm 2 , cracks occur frequently in the active material layer, making it difficult for Li ions in the active material to move, and as a result, the lithium secondary using the positive electrode plate This is not desirable because the initial capacity (capacity of the first cycle) of the battery decreases.

ところで、ローラ状の部材で加圧した場合(ロール加圧)、上述の接合体は、所定方向に搬送されつつ加圧ローラによって順次加圧される。この場合、上述の接合体における加圧部分は実質的に線状となる。よって、この場合、上述の接合体に対して不均一な力が加わることで不具合(界面剥離や正極活物質粒子22におけるクラックの発生等)が生じ得る。   By the way, when it pressurizes with a roller-shaped member (roll pressurization), the above-mentioned joined object is sequentially pressed by a pressure roller, being conveyed in a predetermined direction. In this case, the pressure part in the above-mentioned joined body is substantially linear. Therefore, in this case, a defect (such as interfacial peeling or generation of cracks in the positive electrode active material particles 22) may occur due to an uneven force applied to the above-described joined body.

但し、正極活物質粒子が高密度に配列された接合体を得るためには、接合工程における押圧時の導電性ペースト塗布層における溶剤(例えばNMP等)の体積比率は10%以上であり、且つ30%以下であることが望ましい。当該体積比率が10%未満であると、二次元的に配列された正極活物質粒子と導電性ペースト塗布層との密着が不十分となり、良好なサイクル特性を得ることができないので望ましくない。一方、当該体積比率が30%よりも大きいと、例えば導電性ペーストが正極活物質粒子と定盤との界面に到達する等して、正極板の製造工程において正極板を定盤から剥がす際に正極活物質粒子の配列が乱れる虞が高まるので望ましくない。   However, in order to obtain a joined body in which the positive electrode active material particles are arranged at high density, the volume ratio of the solvent (for example, NMP) in the conductive paste coating layer at the time of pressing in the joining process is 10% or more, and It is desirable that it is 30% or less. If the volume ratio is less than 10%, adhesion between the two-dimensionally arranged positive electrode active material particles and the conductive paste coating layer becomes insufficient, and it is not desirable because good cycle characteristics cannot be obtained. On the other hand, when the volume ratio is larger than 30%, for example, when the conductive paste reaches the interface between the positive electrode active material particles and the surface plate, the positive electrode plate is peeled off from the surface plate in the manufacturing process of the positive electrode plate. This is not desirable because the possibility of disturbing the arrangement of the positive electrode active material particles is increased.

また、接合工程において正極集電体と二次元的に配列された複数の活物質粒子とを導電性ペースト塗布層(接合層)を介して接合した後、接合層を乾燥させて、次の加圧工程に付される接合層における溶剤(例えばNMP等)の体積比率を5%以下、より好ましくは1%以下とすることが望ましい。当該体積比率が5%よりも大きいと、加圧工程において、例えば導電性ペーストが正極活物質粒子と定盤との界面に到達する等して、正極板の製造工程において正極板を定盤から剥がす際に正極活物質粒子の配列が乱れる虞が高まるので望ましくない。   In the bonding step, the positive electrode current collector and a plurality of two-dimensionally arranged active material particles are bonded through the conductive paste coating layer (bonding layer), and then the bonding layer is dried to perform the next addition. It is desirable that the volume ratio of the solvent (for example, NMP) in the bonding layer subjected to the pressing step is 5% or less, more preferably 1% or less. When the volume ratio is larger than 5%, in the pressurizing step, for example, the conductive paste reaches the interface between the positive electrode active material particles and the surface plate, so that the positive electrode plate is removed from the surface plate in the positive electrode plate manufacturing step. This is not desirable because the possibility that the arrangement of the positive electrode active material particles is disturbed during peeling is increased.

4.実施例
以下、図2に示されている正極板2の製造方法の具体例(実施例)及びその評価結果について説明する。
4). Example Hereinafter, a specific example (Example) of the manufacturing method of the positive electrode plate 2 shown in FIG. 2 and an evaluation result thereof will be described.

4−1.製造方法
(1)正極活物質粒子製造工程
まず、以下のようにして、正極活物質粒子22を得た。
4-1. Manufacturing Method (1) Positive Electrode Active Material Particle Manufacturing Process First, positive electrode active material particles 22 were obtained as follows.

(1−1)スラリー調製
Ni(OH)粉末(株式会社高純度化学研究所製)81.6重量部と、Co(OH)粉末(和光純薬工業株式会社製)15.0重量部と、Al・HO粉末(SASOL社製)3.4重量部と、を秤量した。次に、純水97.3重量部と、分散剤(日油株式会社製:品番AKM−0521)0.4重量部と、消泡剤としての1−オクタノール(片山化学株式会社製)0.2重量部と、バインダ(日本酢ビ・ポバール株式会社製:品番PV3)2.0重量部と、からなるビヒクルを作製した。
(1-1) Slurry preparation 81.6 parts by weight of Ni (OH) 2 powder (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) and 15.0 parts by weight of Co (OH) 2 powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) And 3.4 parts by weight of Al 2 O 3 .H 2 O powder (manufactured by SASOL) were weighed. Next, 97.3 parts by weight of pure water, 0.4 part by weight of a dispersant (manufactured by NOF Corporation: product number AKM-0521), and 1-octanol (manufactured by Katayama Chemical Co., Ltd.) as an antifoaming agent A vehicle consisting of 2 parts by weight and 2.0 parts by weight of a binder (manufactured by Nippon Vinegar Poval Co., Ltd .: product number PV3) was prepared.

続いて、かかるビヒクルと原料粉末(上述の秤量物)とを湿式で混合及び粉砕することで、スラリーを調製した。湿式の混合及び粉砕は、直径2mmのジルコニアボールを用いたボールミルで24時間処理した後、直径0.1mmのジルコニアビーズを用いたビーズミルで40分間処理することによって行った。   Subsequently, a slurry was prepared by mixing and pulverizing the vehicle and the raw material powder (the above-mentioned weighed product) in a wet manner. Wet mixing and pulverization were carried out by treating with a ball mill using zirconia balls having a diameter of 2 mm for 24 hours and then treating with a bead mill using zirconia beads having a diameter of 0.1 mm for 40 minutes.

(1−2)造粒
二流体ノズル方式のスプレードライヤーに上述のスラリーを投入することで、造粒体を形成した。スプレードライヤーの噴出圧力、ノズル径、循環風量、等のパラメータを適宜調整することで、種々の大きさの造粒体を形成することが可能である。
(1-2) Granulation A granulated body was formed by introducing the slurry described above into a two-fluid nozzle spray dryer. By appropriately adjusting parameters such as the spray pressure of the spray dryer, the nozzle diameter, the circulating air volume, etc., it is possible to form granules of various sizes.

(1−3)熱処理(仮焼成)
上述の造粒体を、1100℃で3時間(大気雰囲気)熱処理することで、ニッケル、コバルト、及びアルミニウムの複合酸化物((Ni0.8,Co0.15,Al0.05)O)の粒子である、正極活物質前駆体粒子を得た。
(1-3) Heat treatment (temporary firing)
The above-mentioned granulated body is heat-treated at 1100 ° C. for 3 hours (atmosphere), so that a composite oxide of nickel, cobalt, and aluminum ((Ni 0.8 , Co 0.15 , Al 0.05 ) O) The positive electrode active material precursor particle | grains which are this particle | grains were obtained.

(1−4)成形
得られた正極活物質前駆体粒子粉末100重量部と、分散媒(キシレン:ブタノール=1:1)50重量部と、バインダとしてのポリビニルブチラール(積水化学工業株式会社製:品番BM−2、)10重量部と、可塑剤としてのDOP(フタル酸ジオクチル:黒金化成株式会社製)4.5重量部と、分散剤(花王株式会社製 製品名「レオドールSPO−30」)3重量部と、を秤量し、乳鉢で予備混練した後、トリロールを用いて混練することで、2000〜3000cPの粘度の成形用スラリーを調製した(粘度はブルックフィールド社製LVT型粘度計を用いて測定した)。
(1-4) Molding 100 parts by weight of the obtained positive electrode active material precursor particle powder, 50 parts by weight of a dispersion medium (xylene: butanol = 1: 1), and polyvinyl butyral (made by Sekisui Chemical Co., Ltd.) as a binder: No. BM-2, 10 parts by weight, 4.5 parts by weight of DOP (dioctyl phthalate: manufactured by Kurokin Kasei Co., Ltd.) as a plasticizer, and a dispersant (product name “Reodol SPO-30” manufactured by Kao Corporation) ) Weighed 3 parts by weight, pre-kneaded in a mortar, and then kneaded using tri-roll to prepare a molding slurry having a viscosity of 2000 to 3000 cP (viscosity was measured using a Brookfield LVT viscometer). Measured).

得られた成形用スラリーを用いて、ドクターブレード法により、厚さ50μmのシートを形成した。乾燥後のシートに対して打ち抜き加工を施すことによって、1mm四方のグリーンシート成形体を得た。   A sheet having a thickness of 50 μm was formed by the doctor blade method using the obtained molding slurry. By punching the dried sheet, a 1 mm square green sheet molded body was obtained.

(1−5)焼成(リチウム導入)
上述のようにして得られた1mm四方のグリーンシート成形体を、大気雰囲気中で900℃にて熱処理することで、成形体の脱脂及び仮焼成を行った。かかる成形体仮焼成の温度は、上述の熱処理(造粒体仮焼成)温度よりも低い。これは、成形体の仮焼成時に内部の粒子間の焼結の進行を抑制することで、後続する本焼成時にリチウムが均一に拡散及び反応するようにするためである。
(1-5) Firing (Lithium introduction)
The 1 mm square green sheet molded body obtained as described above was heat-treated at 900 ° C. in an air atmosphere, whereby the molded body was degreased and pre-fired. The temperature of the green body preliminary firing is lower than the above-described heat treatment (granulated body preliminary firing) temperature. This is because lithium is uniformly diffused and reacted during the subsequent main firing by suppressing the progress of sintering between the internal particles during the temporary firing of the molded body.

得られた仮焼体と粉末状の水酸化リチウム一水和物(LiOH・HO)とを乳鉢で混合したものを、750℃で6時間(酸素雰囲気)熱処理することで、Li(Ni0.8,Co0.15,Al0.05)Oの組成を有する正極活物質の板状粒子を作製した。 A mixture of the obtained calcined body and powdered lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O) in a mortar is subjected to heat treatment at 750 ° C. for 6 hours (oxygen atmosphere), whereby Li (Ni Plate-like particles of a positive electrode active material having a composition of 0.8 , Co 0.15 , Al 0.05 ) O 2 were prepared.

(2)接合層ペースト塗布工程
アセチレンブラックとポリフッ化ビニリデン(PVDF)とNMP(N−メチルピロリドン)とを1:1:100重量部となるように混合することで、導電性ペーストを調製した。この導電ペーストを、正極集電体21となる厚さ20μmのアルミニウム箔の表面に、塗工機を用いて塗布後の厚さが80μmとなるように塗布した。その後、大気雰囲気中にて80℃において加熱することで、導電性ペーストの塗布層を乾燥させた。この際、導電性ペーストの塗布層における溶剤(NMP)の体積比率が20%となるように加熱時間を調整した。
(2) Bonding layer paste application step A conductive paste was prepared by mixing acetylene black, polyvinylidene fluoride (PVDF), and NMP (N-methylpyrrolidone) at 1: 1: 100 parts by weight. This conductive paste was applied to the surface of an aluminum foil having a thickness of 20 μm to be the positive electrode current collector 21 so that the thickness after application was 80 μm using a coating machine. Then, the application layer of the conductive paste was dried by heating at 80 ° C. in an air atmosphere. At this time, the heating time was adjusted so that the volume ratio of the solvent (NMP) in the coating layer of the conductive paste was 20%.

(3)接合工程
次に、上述のようにして得られた正極活物質粒子22を、定盤表面上に、互いの隙間が可及的に生じないように二次元的に配列した。続いて、上述のように、乾燥後の導電性ペースト層が形成された正極集電体21を、定盤表面上に配列された多数の正極活物質粒子22上に、導電性ペーストの塗布層が正極活物質粒子22側を向くように載置し、100g/mmの圧力にて押圧した。
(3) Joining Step Next, the positive electrode active material particles 22 obtained as described above were two-dimensionally arranged on the surface of the surface plate so that a gap between them was not generated as much as possible. Subsequently, as described above, the positive electrode current collector 21 on which the conductive paste layer after drying is formed is applied on the positive electrode active material particles 22 arranged on the surface of the surface plate, and the conductive paste coating layer is applied. Was placed so as to face the positive electrode active material particle 22 side, and pressed at a pressure of 100 g / mm 2 .

(4)加圧工程
上述の接合工程によって得られた接合体を、80℃において1時間に亘って加熱することにより、導電性ペースト塗布層における溶剤(NMP)の体積比率が1%以下となるように、導電性ペーストの塗布層を充分に乾燥させた。その後、一軸プレス機を用いて、正極活物質粒子22側から所定のプレス圧(下記の表1参照)にて加圧した。なお、加圧の際には、当該プレス圧にて60秒間保持した。
(4) Pressurization process By heating the joined body obtained by the joining process described above at 80 ° C. for 1 hour, the volume ratio of the solvent (NMP) in the conductive paste coating layer becomes 1% or less. As described above, the coating layer of the conductive paste was sufficiently dried. Then, it pressurized with the predetermined press pressure (refer the following Table 1) from the positive electrode active material particle 22 side using the uniaxial press. During pressurization, the press pressure was maintained for 60 seconds.

4−2.評価方法
上述の具体例の製造方法によって製造された正極について、以下のようにして、サイクル特性(容量維持率)を評価した。
4-2. Evaluation Method About the positive electrode manufactured by the manufacturing method of the above-described specific example, the cycle characteristics (capacity maintenance ratio) were evaluated as follows.

得られた正極、リチウム金属板からなる負極板、ステンレス製の負極集電板、及びセパレータを、正極におけるアルミニウム箔側を外側(セパレータと反対側)に向けつつ、正極−セパレータ−負極−負極集電板の順に配置し、この集積体を電解液で満たすことでコインセルを作製した。電解液は、エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を等体積比で混合した有機溶媒に、LiPFを1mol/Lの濃度となるように溶解することで調製した。 The obtained positive electrode, negative electrode plate made of a lithium metal plate, stainless steel negative electrode current collector plate, and separator, with the aluminum foil side of the positive electrode facing outward (opposite side of the separator), positive electrode-separator-negative electrode-negative electrode collector A coin cell was produced by arranging the electrodes in this order and filling the integrated body with an electrolyte. The electrolytic solution was prepared by dissolving LiPF 6 in an organic solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at an equal volume ratio to a concentration of 1 mol / L.

作製した電池について、0.2Cレートの電流値で電池電圧が4.3Vとなるまで定電流充電し、その後電池電圧を4.3Vに維持する電流条件で、その電流値が1/20に低下するまで定電圧充電した後10分間休止し、続いて0.2Cレートの電流値で電池電圧が3.0Vになるまで定電流放電した後10分間休止する、という充放電操作を1サイクルとし、25℃の条件下で合計20サイクル繰り返し、20サイクル目の放電容量の測定値を1サイクル目の放電容量の測定値で除した値を百分率で示したものを「容量維持率」とした。   About the produced battery, the current value is reduced to 1/20 under the current condition that the battery voltage is 4.3 V at a current value of 0.2 C rate until the battery voltage becomes 4.3 V, and then the battery voltage is maintained at 4.3 V. Charging and discharging operation of 10 minutes after charging at a constant voltage until charging, and then stopping at a constant current discharge until the battery voltage reaches 3.0 V at a current value of 0.2 C rate, and 1 cycle, A total of 20 cycles was repeated under the condition of 25 ° C., and the value obtained by dividing the measured value of the discharge capacity at the 20th cycle by the measured value of the discharge capacity at the 1st cycle was shown as “capacity maintenance ratio”.

4−3.評価結果
上述の実施例におけるプレス圧を変更したもの(比較例1、実施例1〜4、及び比較例2)と、加圧工程を行わなかったもの(比較例3)と、一軸加圧(平面加圧)に代えて冷間静水圧加圧(CIP:Cold Isostatic Press)を用いたもの(比較例4)と、の評価結果を、表1に示す。なお、表1に示されているプレス圧は、組み立て後の電池内部において正極が継続的に受ける加圧力よりもはるかに大きいことを付言しておく。

Figure 2013201124
4-3. Evaluation results The press pressure in the above-described examples was changed (Comparative Example 1, Examples 1 to 4 and Comparative Example 2), the pressurization process was not performed (Comparative Example 3), and uniaxial pressurization ( Table 1 shows the evaluation results of those using cold isostatic pressing (CIP: Cold Isostatic Press) (Comparative Example 4) instead of flat pressing. It should be noted that the press pressure shown in Table 1 is much larger than the applied pressure that the positive electrode continuously receives in the assembled battery.
Figure 2013201124

表1の結果から明らかなように、一軸加圧(平面加圧)による加圧工程を経た比較例1、実施例1〜4、及び比較例2のうち、適切な圧力(100kg/cm以上であり且つ2000kg/cm以下のプレス圧)にてプレスされた実施例1〜4においては、良好なサイクル特性(容量維持率)が得られた。これに対し、プレス圧が望ましい範囲よりも低い比較例1及び加圧工程を行わなかった比較例3においては、良好なサイクル特性は得られなかった。逆に、プレス圧が望ましい範囲よりも過度に高い比較例2においては、活物質層に亀裂(クラック)が多発し、1サイクル目の容量が低下した。また、静水圧加圧を用いた比較例4においても、良好なサイクル特性が得られなかった。これらの理由は、以下のように考えられる。 As is clear from the results in Table 1, an appropriate pressure (100 kg / cm 2 or more) among Comparative Example 1, Examples 1 to 4, and Comparative Example 2 that have undergone a pressing process by uniaxial pressing (planar pressing). In Examples 1 to 4 which were pressed at a pressing pressure of 2000 kg / cm 2 or less, good cycle characteristics (capacity retention ratio) were obtained. On the other hand, in Comparative Example 1 in which the press pressure was lower than the desired range and in Comparative Example 3 in which the pressing step was not performed, good cycle characteristics were not obtained. On the contrary, in Comparative Example 2 in which the press pressure was excessively higher than the desired range, the active material layer was frequently cracked and the capacity at the first cycle was reduced. Also, in Comparative Example 4 using hydrostatic pressure, good cycle characteristics could not be obtained. These reasons are considered as follows.

充放電に伴うリチウムイオンの出入りにより、正極活物質粒子22にて寸法変化が生じる。このため、リチウム二次電池1の充放電が繰り返されると、通常は、正極集電体21と接合層23との間の界面や、接合層23と正極活物質粒子22との間の界面にて、次第に界面剥離が生じる。これにより、容量低下が生じる。特に、リチウム二次電池1がいわゆる液体型(液体電解質を用いたタイプ)である場合、接合層23が液体電解質によって膨張することで、上述の界面剥離の発生が促進される。   Dimensional changes occur in the positive electrode active material particles 22 due to the entry and exit of lithium ions accompanying charging and discharging. For this reason, when charging / discharging of the lithium secondary battery 1 is repeated, the interface between the positive electrode current collector 21 and the bonding layer 23 or the interface between the bonding layer 23 and the positive electrode active material particles 22 is usually used. As a result, interfacial peeling occurs gradually. Thereby, a capacity | capacitance fall arises. In particular, when the lithium secondary battery 1 is a so-called liquid type (a type using a liquid electrolyte), the bonding layer 23 is expanded by the liquid electrolyte, thereby promoting the occurrence of the above-described interface peeling.

この点、実施例の正極板2においては、適切な圧力(プレス圧)での一軸加圧による加圧工程を経ることで、厚さが均一化される。すると、組み立て後の電池内部において、正極への押圧力の印加状態が均一となる。これにより、上述のような界面剥離の発生が均一に抑制されるとともに、万一界面剥離が発生した場合も当該剥離部分における電気的接続が良好に保持される。   In this regard, in the positive electrode plate 2 of the embodiment, the thickness is made uniform through a pressurizing process by uniaxial pressurization with an appropriate pressure (pressing pressure). Then, the applied state of the pressing force to the positive electrode becomes uniform inside the assembled battery. Thereby, the occurrence of the interfacial delamination as described above is suppressed uniformly, and the electrical connection in the exfoliation portion is well maintained even if the interfacial delamination occurs.

一方、プレス圧が望ましい範囲よりも低い比較例1、プレス圧を加えなかった比較例3、及び静水圧加圧を用いた比較例4においては、図3における中段に示されているように、正極活物質粒子22の厚さのばらつき等に起因して、正極の厚さにばらつきが生じている。すると、組み立て後の電池内部において、正極への押圧力の印加状態にもばらつきが生じる。   On the other hand, in Comparative Example 1 in which the pressing pressure is lower than the desired range, Comparative Example 3 in which the pressing pressure was not applied, and Comparative Example 4 in which the hydrostatic pressure was applied, as shown in the middle stage in FIG. Due to the variation in the thickness of the positive electrode active material particles 22, the thickness of the positive electrode varies. As a result, the applied state of the pressing force to the positive electrode also varies within the assembled battery.

このため、正極の厚さが小さい部分においては、上述のような界面剥離の発生抑制効果が小さくなったり、万一界面剥離が発生した場合における当該剥離部分の電気的接続保持効果が充分に得られなくなったりする。   For this reason, in the portion where the thickness of the positive electrode is small, the effect of suppressing the occurrence of interfacial delamination as described above is reduced, or the electrical connection retention effect of the exfoliated portion in the event that interfacial delamination occurs should be sufficiently obtained. It becomes impossible.

上記のように、リチウム二次電池において充放電の繰り返しに伴う容量の低下特性(サイクル特性)を改善することができる、正極活物質粒子が高密度に配列され且つ良好に密着した接合体を得るためには、加圧工程において接合体を加圧する際の圧力は、100kg/cm以上であり且つ2000kg/cm以下であることが望ましいことが確認された。 As described above, in a lithium secondary battery, a capacity-decreasing characteristic (cycle characteristic) associated with repeated charging / discharging can be improved, and a bonded body in which positive electrode active material particles are arranged at high density and is in close contact is obtained. Therefore, it has been confirmed that the pressure when the bonded body is pressed in the pressing step is preferably 100 kg / cm 2 or more and 2000 kg / cm 2 or less.

なお、一軸加圧(平面加圧)に代えてローラ加圧を用いた場合(加圧後の厚さが実施例3と同様となるように線圧及び送り速度を適宜調整した)、正極活物質粒子にて多数のクラックが発生するとともに、界面剥離が生じた。   When roller pressurization was used instead of uniaxial pressurization (plane pressurization) (linear pressure and feed rate were adjusted as appropriate so that the thickness after pressurization was the same as in Example 3), the positive electrode active Many cracks were generated in the material particles, and interfacial delamination occurred.

5.接合時における導電性ペースト塗布層の溶剤含有率のサイクル特性への影響
接合工程における押圧時の導電性ペースト塗布層における溶剤(NMP)の含有率を所定の体積比率(下記の表2参照)とし、且つ全ての正極板について、1000kg/cmのプレス圧での一軸加圧にて加圧工程を行ったことを除き、前述の「4.実施例」と同様の条件にて、比較例5及び6、並びに実施例5及び6に係る正極板を製造し、これらの各種正極板を用いて、各種リチウムイオン電池(コインセル)を作製した。これらの電池のサイクル特性を前述の「4.実施例」と同様に評価した結果を、以下の表2に列挙する。
5. Effect of the solvent content of the conductive paste coating layer on the cycle characteristics at the time of bonding The content ratio of the solvent (NMP) in the conductive paste coating layer at the time of pressing in the bonding process is a predetermined volume ratio (see Table 2 below). Comparative Example 5 was performed under the same conditions as in “4. Examples” described above, except that the positive electrode plate was uniaxially pressed at a press pressure of 1000 kg / cm 2 for all positive electrode plates. And 6, and positive electrode plates according to Examples 5 and 6 were produced, and various lithium ion batteries (coin cells) were produced using these various positive electrode plates. The results of evaluating the cycle characteristics of these batteries in the same manner as in “4. Examples” are listed in Table 2 below.

Figure 2013201124
Figure 2013201124

表2の結果から明らかなように、比較例5及び6、並びに実施例5及び6のうち、接合工程における押圧時の導電性ペースト塗布層における溶剤(NMP)の体積比率が適切な範囲(10%以上であり且つ30%以下)にある実施例5及び6においては、良好なサイクル特性(容量維持率)が得られた。これに対し、溶剤(NMP)の体積比率が望ましい範囲よりも低い比較例5においては、良好なサイクル特性は得られなかった。これは、本実施例において用いた正極活物質の板状粒子はスプレードライヤーによって作製された造粒体を成形・焼成されたものであり、かかる板状粒子には多数の空隙(開気孔)が形成されていることから、導電性ペースト塗布層における溶剤(NMP)の残存量が不十分な比較例5においては、接合工程における押圧時に導電性ペーストが板状粒子の空隙内に浸透することが比較的困難であり、その結果、導電性ペースト塗布層と板状粒子の密着性が不十分となったのに対し、導電性ペースト塗布層に適量の溶剤(NMP)を残存させた実施例5及び6においては、接合工程における押圧時に導電性ペーストが板状粒子の空隙内に比較的容易に浸透することができ、その結果、導電性ペースト塗布層と板状粒子の密着性が向上したためと考えられる。尚、溶剤(NMP)の体積比率が望ましい範囲よりも高い比較例6においては、導電性ペーストが正極活物質粒子と定盤との界面に到達して、正極板の製造工程において正極板を定盤から剥がす際に正極活物質粒子の配列が乱れてしまい、正極板を作製することができなかった。   As is apparent from the results in Table 2, among Comparative Examples 5 and 6 and Examples 5 and 6, the volume ratio of the solvent (NMP) in the conductive paste coating layer at the time of pressing in the joining step is in an appropriate range (10 In Examples 5 and 6 that are at least% and not more than 30%), good cycle characteristics (capacity retention ratio) were obtained. In contrast, in Comparative Example 5 in which the volume ratio of the solvent (NMP) was lower than the desired range, good cycle characteristics could not be obtained. This is because the plate-like particles of the positive electrode active material used in this example are formed and fired from a granulated body produced by a spray dryer, and the plate-like particles have a large number of voids (open pores). In Comparative Example 5 where the residual amount of the solvent (NMP) in the conductive paste coating layer is insufficient, the conductive paste may permeate into the voids of the plate-like particles during pressing in the joining step. Example 5 in which an appropriate amount of solvent (NMP) was left in the conductive paste coating layer while the adhesiveness between the conductive paste coating layer and the plate-like particles was insufficient. And 6, the conductive paste can penetrate into the voids of the plate-like particles relatively easily during pressing in the joining step, and as a result, the adhesion between the conductive paste coating layer and the plate-like particles is improved. Erareru. In Comparative Example 6 in which the volume ratio of the solvent (NMP) is higher than the desired range, the conductive paste reaches the interface between the positive electrode active material particles and the surface plate, and the positive electrode plate is defined in the positive electrode plate manufacturing process. When peeling from the board, the arrangement of the positive electrode active material particles was disturbed, and the positive electrode plate could not be produced.

上記のように、リチウム二次電池において充放電の繰り返しに伴う容量の低下特性(サイクル特性)を改善することができる、正極活物質粒子が高密度に配列され且つ良好に密着した接合体を得るためには、接合工程における押圧時の導電性ペースト塗布層における溶剤(例えばNMP等)の体積比率は、10%以上であり、且つ30%以下であることが望ましいことが確認された。   As described above, in a lithium secondary battery, a capacity-decreasing characteristic (cycle characteristic) associated with repeated charging / discharging can be improved, and a bonded body in which positive electrode active material particles are arranged at high density and is in close contact is obtained. Therefore, it was confirmed that the volume ratio of the solvent (for example, NMP etc.) in the conductive paste coating layer at the time of pressing in the joining process is preferably 10% or more and 30% or less.

6.接合工程における押圧時の圧力のサイクル特性への影響
接合工程における押圧時の圧力を所定の圧力(下記の表3参照)とし、且つ全ての正極板について、1000kg/cmのプレス圧での一軸加圧にて加圧工程を行ったことを除き、前述の「4.実施例」と同様の条件にて、比較例7及び8、並びに実施例7及び8に係る正極板を製造し、これらの各種正極板を用いて、各種リチウムイオン電池(コインセル)を作製した。これらの電池のサイクル特性を前述の「4.実施例」と同様に評価した結果を、以下の表3に列挙する。
6). Effect of pressure at the time of pressing in the joining process on cycle characteristics The pressure at the time of pressing in the joining process is set to a predetermined pressure (see Table 3 below), and all positive electrodes are uniaxial at a press pressure of 1000 kg / cm 2. A positive electrode plate according to Comparative Examples 7 and 8 and Examples 7 and 8 was manufactured under the same conditions as in “4. Various lithium ion batteries (coin cells) were produced using the various positive electrode plates. The results of evaluating the cycle characteristics of these batteries in the same manner as in “4. Examples” are listed in Table 3 below.

Figure 2013201124
Figure 2013201124

表3の結果から明らかなように、比較例7及び8、並びに実施例7及び8のうち、接合工程における押圧時の圧力が適切な範囲(50g/cm以上であり且つ500g/cm以下)にある実施例7及び8においては、良好なサイクル特性(容量維持率)が得られた。これに対し、押圧時の圧力が望ましい範囲よりも低い比較例7においては、良好なサイクル特性は得られなかった。これは、本実施例において用いた正極活物質の板状粒子もまたスプレードライヤーによって作製された造粒体を成形・焼成されたものであり、かかる板状粒子には多数の空隙(開気孔)が形成されていることから、本実施例においては何れの正極版についても導電性ペースト塗布層における溶剤(NMP)の残存量は好適な範囲にあったものの、接合工程における押圧時の圧力が不十分な比較例7においては、接合工程における押圧時に導電性ペーストが板状粒子の空隙内に浸透することが比較的困難であり、その結果、導電性ペースト塗布層と板状粒子の密着性が不十分となったのに対し、接合工程における押圧時の圧力が好適な範囲にあった実施例7及び8においては、接合工程における押圧時に導電性ペーストが板状粒子の空隙内に比較的容易に浸透することができ、その結果、導電性ペースト塗布層と板状粒子の密着性が向上したためと考えられる。尚、押圧時の圧力が望ましい範囲よりも高い比較例8においては、導電性ペースト塗布層における溶剤(NMP)の体積比率が適切な範囲(具体的には20%)に調整されているにも拘わらず、導電性ペーストが正極活物質粒子と定盤との界面に到達して、正極板の製造工程において正極板を定盤から剥がす際に正極活物質粒子の配列が乱れてしまい、正極板を作製することができなかった。 As is clear from the results in Table 3, in Comparative Examples 7 and 8, and Examples 7 and 8, the pressure during pressing in the joining step is in an appropriate range (50 g / cm 2 or more and 500 g / cm 2 or less. In Examples 7 and 8 in (), good cycle characteristics (capacity retention ratio) were obtained. On the other hand, in Comparative Example 7 where the pressure during pressing was lower than the desired range, good cycle characteristics were not obtained. This is because the plate-like particles of the positive electrode active material used in this example are also formed and fired from a granulated body produced by a spray dryer, and the plate-like particles have a large number of voids (open pores). Therefore, in this example, the residual amount of the solvent (NMP) in the conductive paste coating layer was in a suitable range for any positive electrode plate, but the pressure at the time of pressing in the joining process was not sufficient. In sufficient comparative example 7, it is relatively difficult for the conductive paste to penetrate into the voids of the plate-like particles during pressing in the joining step, and as a result, the adhesion between the conductive paste coating layer and the plate-like particles is low. In Examples 7 and 8, in which the pressure during pressing in the joining step was in a suitable range, whereas the conductive paste became less than the voids of the plate-like particles during pressing in the joining step, it was insufficient. Manner easily can penetrate, so that the conductive paste coating layer and adhesion of the plate-like particles is considered to be due to improved. In Comparative Example 8 where the pressure during pressing is higher than the desired range, the volume ratio of the solvent (NMP) in the conductive paste coating layer is adjusted to an appropriate range (specifically 20%). Regardless, the conductive paste reaches the interface between the positive electrode active material particles and the surface plate, and when the positive electrode plate is peeled off from the surface plate in the manufacturing process of the positive electrode plate, the arrangement of the positive electrode active material particles is disturbed. Could not be produced.

上記のように、リチウム二次電池において充放電の繰り返しに伴う容量の低下特性(サイクル特性)を改善することができる、正極活物質粒子が高密度に配列され且つ良好に密着した接合体を得るためには、接合工程における押圧時の圧力は、50g/cm以上であり、且つ500g/cm以下であることが望ましいことが確認された。 As described above, in a lithium secondary battery, a capacity-decreasing characteristic (cycle characteristic) associated with repeated charging / discharging can be improved, and a bonded body in which positive electrode active material particles are arranged at high density and is in close contact is obtained. Therefore, it was confirmed that the pressure during pressing in the joining process is preferably 50 g / cm 2 or more and 500 g / cm 2 or less.

7.変形例の例示列挙
なお、上述の実施形態や具体例は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の具現化の一例を単に示したものにすぎないのであって、本発明はもとより上述の実施形態や具体例によって何ら限定されるべきものではない。よって、上述の実施形態や具体例に対して、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、種々の変形が施され得ることは、当然である。
7). The above-described embodiments and specific examples are merely examples of realization of the present invention that the applicant considered to be the best at the time of filing of the present application as described above. Therefore, the present invention should not be limited at all by the above-described embodiments and specific examples. Therefore, it goes without saying that various modifications can be made to the above-described embodiments and specific examples without departing from the essential part of the present invention.

以下、変形例について幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態における各構成要素と同様の構成・機能を有する構成要素については、本変形例においても同一の名称及び同一の符号が付されているものとする。そして、当該構成要素の説明については、上述の実施形態における説明が、矛盾しない範囲で適宜援用され得るものとする。   Hereinafter, some modifications will be exemplified. In the following description of the modification, components having the same configurations and functions as the components in the above-described embodiment are given the same name and the same reference numerals in this modification. And about description of the said component, description in the above-mentioned embodiment shall be used suitably in the range which is not inconsistent.

もっとも、変形例とて、下記のものに限定されるものではないことは、いうまでもない。本発明を、上述の実施形態や下記変形例の記載に基づいて限定解釈することは、出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない(特に出願を急ぐ先願主義の下ではなおさらである)。   However, it goes without saying that the modified examples are not limited to the following. Limiting the present invention based on the description of the above-described embodiment and the following modifications unfairly harms the applicant's interests, but improperly imitators and is not allowed (particularly the application). This is especially true under the first-to-file principle.

また、上述の実施形態の構成、及び下記の各変形例に記載された構成の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲において、適宜複合して適用され得ることも、いうまでもない。   It goes without saying that the configuration of the above-described embodiment and the configuration described in each of the following modifications can be combined in an appropriate manner within a technically consistent range.

本発明の適用対象であるリチウム二次電池1の構成は、上述のような構成に限定されない。例えば、本発明は、いわゆる液体型の電池構成に限定されない。すなわち、例えば、電解質としては、ゲル電解質、ポリマー電解質が用いられ得る。また、本発明において利用可能な正極活物質は、上述の具体例に示された組成や製造方法に限定されない。   The configuration of the lithium secondary battery 1 to which the present invention is applied is not limited to the configuration described above. For example, the present invention is not limited to a so-called liquid battery configuration. That is, for example, a gel electrolyte or a polymer electrolyte can be used as the electrolyte. Moreover, the positive electrode active material that can be used in the present invention is not limited to the composition and the manufacturing method shown in the above-described specific examples.

本発明は、上述の具体例に何ら限定されるものではない。すなわち、本発明は、負極活物質が粒子状である場合(典型的には負極活物質が板状のセラミックスである場合)であれば、負極の製造方法に対しても適用可能である。   The present invention is not limited to the specific examples described above. That is, the present invention can be applied to a method for producing a negative electrode as long as the negative electrode active material is in the form of particles (typically when the negative electrode active material is a plate-like ceramic).

一軸加圧における加圧方法は、配列した活物質粒子の厚さムラに伴う正極板2の厚さムラが解消される(正極板2の表面の高さが揃う)方法であればよい。例えば、一軸加圧における加圧力を制御することに代えて、あるいはこれとともに、正極板2の表面の目標高さを固定して(すなわち加圧部材のストローク量を制御して)もよい。この場合、個々の粒子を一つずつ加圧してもよいし、複数の粒子を所定範囲(例えば一列)毎に加圧してもよい。   The pressurization method in the uniaxial pressurization may be a method in which the thickness unevenness of the positive electrode plate 2 due to the thickness unevenness of the arranged active material particles is eliminated (the surface height of the positive electrode plate 2 is uniform). For example, instead of or in addition to controlling the pressing force in uniaxial pressing, the target height of the surface of the positive electrode plate 2 may be fixed (that is, the stroke amount of the pressing member is controlled). In this case, each particle may be pressurized one by one, or a plurality of particles may be pressurized every predetermined range (for example, one row).

なお、複数の粒子を所定範囲(例えば一列)毎に加圧する場合、1回の加圧において加圧対象となる正極活物質粒子22の全体がほぼ同時に一様に加圧されることが必要となる。この点、ローラ加圧では、不均一な力がかかるため、上述のような不具合が生じ得る。   In addition, when pressurizing a plurality of particles for each predetermined range (for example, one row), it is necessary that the entire positive electrode active material particles 22 to be pressurized are uniformly pressurized almost simultaneously in one pressurization. Become. In this respect, the roller pressurization applies a non-uniform force, which may cause the above-described problems.

その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。   Other modifications not specifically mentioned are naturally included in the technical scope of the present invention without departing from the essential part of the present invention.

また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて引用した先行出願や各公報の内容(明細書及び図面を含む)は、本明細書の一部を構成するものとして適宜援用され得る。   In addition, in each element constituting the means for solving the problems of the present invention, elements expressed functionally and functionally include the specific structures disclosed in the above-described embodiments and modifications, It includes any structure that can realize this action / function. Furthermore, the contents of the prior application and each publication (including the specification and the drawings) cited in the present specification may be incorporated as appropriate as part of the present specification.

Claims (3)

集電体と、この集電体の表面に沿って二次元的に配列された複数の活物質粒子と、前記集電体と前記活物質粒子との間に介在するように設けられた接合層と、を有する、リチウム二次電池用電極の製造方法であって、
導電性粒子と、バインダ樹脂と、溶剤と、を混合してペースト化してなる導電性ペーストを前記集電体の表面に塗布することによって接合層を形成する、接合層塗布工程、
前記接合層における前記溶剤の体積比率が10%以上であり且つ30%以下である状態において、前記集電体と二次元的に配列された複数の前記活物質粒子とを前記接合層を介して50g/cm以上であり且つ500g/cm以下の圧力にて押圧して接合した後、前記接合層を乾燥させる、接合工程、及び
前記接合工程によって得られた接合体を、100kg/cm以上であり且つ2000kg/cm以下の圧力にて前記活物質粒子側から一軸加圧する、加圧工程、
を有することを特徴とする、
リチウム二次電池用電極の製造方法。
A current collector, a plurality of active material particles arranged two-dimensionally along the surface of the current collector, and a bonding layer provided so as to be interposed between the current collector and the active material particles A method for producing an electrode for a lithium secondary battery, comprising:
A bonding layer application step of forming a bonding layer by applying a conductive paste formed by mixing conductive particles, a binder resin, and a solvent into a paste on the surface of the current collector;
In the state where the volume ratio of the solvent in the bonding layer is 10% or more and 30% or less, the current collector and the plurality of active material particles two-dimensionally arranged are interposed through the bonding layer. After pressing and joining at a pressure of 50 g / cm 2 or more and 500 g / cm 2 or less, the joining layer is dried, and the joined body obtained by the joining process is 100 kg / cm 2. A pressurizing step of uniaxially pressurizing from the active material particle side at a pressure of 2000 kg / cm 2 or less.
It is characterized by having
A method for producing an electrode for a lithium secondary battery.
請求項1に記載の、リチウム二次電池用電極の製造方法であって、
前記加圧工程は、前記接合体を平面加圧する工程であることを特徴とする、
リチウム二次電池用電極の製造方法。
It is a manufacturing method of the electrode for lithium secondary batteries according to claim 1,
The pressurizing step is a step of planarly pressing the joined body,
A method for producing an electrode for a lithium secondary battery.
請求項1に記載の、リチウム二次電池用電極の製造方法であって、
前記活物質粒子は、板状のセラミックス粒子であることを特徴とする、
リチウム二次電池用電極の製造方法。
It is a manufacturing method of the electrode for lithium secondary batteries according to claim 1,
The active material particles are plate-like ceramic particles,
A method for producing an electrode for a lithium secondary battery.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016103479A (en) * 2014-11-28 2016-06-02 エスケー イノベーション カンパニー リミテッドSk Innovation Co.,Ltd. Manufacturing method of lithium electrode, and lithium secondary battery including lithium electrode
JP2017073267A (en) * 2015-10-07 2017-04-13 セイコーエプソン株式会社 Battery electrode, manufacturing method of the same, and battery

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