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JP2019087489A - Carbon coated layer, paint, current collector, battery, method of forming carbon coated layer and gravure plate - Google Patents

Carbon coated layer, paint, current collector, battery, method of forming carbon coated layer and gravure plate Download PDF

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JP2019087489A
JP2019087489A JP2017216506A JP2017216506A JP2019087489A JP 2019087489 A JP2019087489 A JP 2019087489A JP 2017216506 A JP2017216506 A JP 2017216506A JP 2017216506 A JP2017216506 A JP 2017216506A JP 2019087489 A JP2019087489 A JP 2019087489A
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宣浩 辻
久典 杉本
Hisanori Sugimoto
久典 杉本
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Abstract

【課題】リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ等の集電体において、正極や負極の活材層との密着性を改善し、内部抵抗を低くする。
【解決手段】集電体上に設けられた、炭素材料を含むカーボンコート層であって、活材と接触する側の表面に所定の凹凸パターンを有し、炭素材料により凹凸が前記凹凸パターンを有する表面に設けられていることを特徴とする。
【選択図】図2
An object of the present invention is to improve the adhesion between a positive electrode and a negative electrode active material layer in a current collector such as a lithium ion battery or a lithium ion capacitor, and to reduce the internal resistance.
A carbon coat layer including a carbon material provided on a current collector, the surface having a predetermined concavo-convex pattern on the surface in contact with an active material, and the concavo-convex pattern is formed by the carbon material It is characterized by being provided on the surface which it has.
[Selected figure] Figure 2

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、および電気二重層キャパシタに用いられる集電体に塗工したカーボンコート層、塗料、集電体、電池、カーボンコート層の形成方法およびグラビア版に関する。   The present invention relates to a carbon coat layer coated on a current collector used in a lithium ion secondary battery, a lithium ion capacitor, and an electric double layer capacitor, a paint, a current collector, a battery, a method of forming a carbon coat layer and a gravure plate About.

最近のリチウムイオン二次電池の市場は、ノートパソコン、携帯電話等の民生用から電気自動車、ハイブリッド自動車さらに定置用蓄電池(Energy Storage System、以下単に「ESS」と称することがある。)にも展開されている。そのようなリチウムイオン二次電池は、正極・負極活材ともに高出力、安全性を求められ、正極では、三元系、Mn系、Fe系等の活材が検討されている。また、これらの電池等では集電体の処理についても検討されている(たとえば、特許文献1参照)。   The recent market for lithium ion secondary batteries has been developed from consumer products such as laptop computers and mobile phones to electric vehicles and hybrid vehicles and also storage batteries for stationary use (Energy Storage System (hereinafter sometimes simply referred to as "ESS"). It is done. Such lithium ion secondary batteries are required to have high output and safety for both positive and negative electrode active materials, and for positive electrodes, active materials such as ternary, Mn and Fe based materials are being studied. Further, in these batteries and the like, processing of the current collector is also studied (see, for example, Patent Document 1).

上記電池において、正極や負極の活材(活物質とも言う)と集電体(集電箔とも言う)との密着が化学的な結合による場合、充放電を繰り返す中で化学反応による劣化等によりその密着力が低下することがある。また、積層型リチウムイオン二次電池等に於いては、集電体と活材との密着が弱いと、シートカッティングする際、活材が剥離することにより汚染(コンタミネーション)が発生するおそれがある。   In the above battery, when the adhesion between the active material of the positive electrode or the negative electrode (also referred to as the active material) and the current collector (also referred to as the current collector foil) is a chemical bond, the charge and discharge are repeated due to chemical reaction and the like. The adhesion may be reduced. Further, in the laminated lithium ion secondary battery and the like, if the adhesion between the current collector and the active material is weak, there is a risk that contamination may occur due to peeling of the active material when performing sheet cutting. is there.

そこで、本発明者らは、集電体上に形成されたカーボンコート層であって、炭素材料による凹凸を活材と接触する側の表面に設けることにより、活材と集電体との密着力を高めることができるカーボンコート層を提案した(特許文献2参照)。   Therefore, the present inventors are the carbon coat layer formed on the current collector, and the adhesion between the active material and the current collector is provided by providing the unevenness by the carbon material on the surface in contact with the active material. The carbon coat layer which can raise power was proposed (refer to patent documents 2).

特開2001−52710号公報JP 2001-52710 A 特開2015−088333号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2015-088333

金属箔に凹凸を形成したカーボンコート層は、カーボンコートが成されていない従来の集電箔と比較してLiCoO2のような抵抗の低い活材を用いる場合、活材層と集電箔の間に抵抗の高いカーボンコート層が入るため、抵抗の低減は期待できない。しかしながら、カーボンコート箔の塗膜の表面に凹凸を形成することにより、三元系,Mn系,Fe系等の活材を塗工時活材が凹凸を形成した塗膜と絡み合うことにより密着性が向上し、界面抵抗が低減でき、高出力さらにサイクル特性の向上につながる。 In the case of using a low-resistance active material such as LiCoO 2 as compared to a conventional current collector foil not provided with a carbon coat, the carbon coat layer in which the unevenness is formed on the metal foil, the active material layer and the current collector foil Since a carbon coat layer with high resistance is inserted between them, reduction in resistance can not be expected. However, by forming irregularities on the surface of the coating film of the carbon-coated foil, the active material such as a ternary, Mn, or Fe-based material is coated when the active material is entangled with the coating film on which the irregularities are formed. Interface resistance can be reduced, leading to high power and further improvement of cycle characteristics.

そこで、本発明の目的は、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ等の集電体に塗布するカーボンコート層であって、従来よりも正極、負極活材層との密着性に優れ、かつ内部抵抗も低くなるカーボンコート層およびそのカーボンコート層に用いる塗料、集電体、電池、カーボンコート層の形成方法およびグラビア版を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is a carbon coat layer applied to a current collector such as a lithium ion battery or a lithium ion capacitor, which is more excellent in adhesion to a positive electrode and a negative electrode active material layer than before, and also has an internal resistance. It is an object of the present invention to provide a carbon coating layer to be lowered and a paint used for the carbon coating layer, a collector, a battery, a method of forming a carbon coating layer, and a gravure plate.

上記課題を解決する本発明は以下の通りである。
(1)集電体上に設けられた、炭素材料を含むカーボンコート層であって、
活材と接触する側の表面に所定の凹凸パターンを有し、
前記炭素材料により凹凸が前記凹凸パターンを有する表面に設けられていることを特徴とするカーボンコート層。
The present invention for solving the above problems is as follows.
(1) A carbon coat layer provided on a current collector and containing a carbon material,
The surface on the side in contact with the active material has a predetermined uneven pattern,
A carbon coat layer, wherein unevenness is provided on the surface having the unevenness pattern by the carbon material.

(2)前記凹凸パターンを構成する凹部が前記活材の最大粒径より大きな寸法を有する、前記(1)に記載のカーボンコート層。 (2) The carbon coat layer according to (1), wherein the concave portion constituting the concavo-convex pattern has a dimension larger than the maximum particle diameter of the active material.

(3)前記凹凸パターンを構成する凹部の寸法は0.01mm以上10mm以下である、前記(1)または(2)に記載のカーボンコート層。 (3) The carbon coat layer according to the above (1) or (2), wherein the dimension of the concave portion constituting the concavo-convex pattern is 0.01 mm or more and 10 mm or less.

(4)前記炭素材料による凹凸の高低差は0.5μm以上4.0μm以下である、前記(1)〜(3)のいずれか一項に記載のカーボンコート層。 (4) The carbon coat layer according to any one of (1) to (3), wherein the height difference of the unevenness by the carbon material is 0.5 μm or more and 4.0 μm or less.

(5)前記炭素材料は、カーボンブラック、黒鉛、グラフェンおよびカーボンナノチューブからなる群より選ばれる少なくとも一種である、前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載のカーボンコート層。 (5) The carbon coat layer according to any one of (1) to (4), wherein the carbon material is at least one selected from the group consisting of carbon black, graphite, graphene and carbon nanotubes.

(6)異なる粒度の炭素材料が組み合わせられている、前記(1)〜(5)のいずれか一項に記載のカーボンコート層。 (6) The carbon coat layer according to any one of the above (1) to (5), wherein carbon materials of different particle sizes are combined.

(7)集電体上にカーボンコート層を作成するために用いる塗料であって、
炭素材料を含み、
粘度が10mPa・s以上10000mPa・s以下であり、
前記集電体上への塗工によって、前記炭素材料による凹凸が活材と接触する側の表面に形成されることを特徴とする、塗料。
(7) A paint used to form a carbon coat layer on a current collector,
Containing carbon material,
Viscosity is 10 mPa · s or more and 10000 mPa · s or less,
The coating material characterized in that the unevenness | corrugation by the said carbon material is formed in the surface of the side which contacts an active material by coating on the said collector.

(8)前記炭素材料は、カーボンブラック、黒鉛、グラフェンおよびカーボンナノチューブからなる群より選ばれる少なくとも一種である、前記(7)に記載の塗料。 (8) The paint according to (7), wherein the carbon material is at least one selected from the group consisting of carbon black, graphite, graphene and carbon nanotubes.

(9)異なる粒度の炭素材料が組み合わせられている、前記(7)または(8)に記載の塗料。 (9) The paint according to (7) or (8) above, wherein carbon materials of different particle sizes are combined.

(10)前記(1)〜(6)のいずれか一項に記載のカーボンコート層を有する集電体。 (10) A current collector having the carbon coat layer according to any one of the above (1) to (6).

(11)前記(10)に記載の集電体含む電池。 (11) A battery including the current collector according to (10).

(12)炭素材料による凹凸が活材と接触する側に設けられているカーボンコート層を集電体上に形成する方法であって、以下の工程:
炭素材料が含まれる塗料を用意すること、および
グラビア塗工機を用いて前記塗料を前記集電体上に塗布すること
を含み、
前記グラビア塗工機のグラビア版が、前記集電体上の前記カーボンコート層の形成領域に対応する領域に、複数のカップが形成された領域と、カップが形成されていない領域とを有することを特徴とする方法。
(12) A method of forming on a current collector a carbon coat layer provided on the side where irregularities due to a carbon material come in contact with an active material, and the following steps:
Providing a paint comprising a carbon material, and applying the paint on the current collector using a gravure coating machine,
The gravure plate of the gravure coating machine has a region in which a plurality of cups are formed and a region in which no cups are formed in the region corresponding to the formation region of the carbon coat layer on the current collector. How to feature

(13)前記カップが形成されていない領域が前記活材の最大粒径より大きな寸法を有する、前記(12)に記載の方法。 (13) The method according to (12), wherein the area in which the cup is not formed has a size larger than the maximum particle size of the active material.

(14)前記カップが形成されていない領域の寸法は0.01mm以上10mm以下である、前記(12)または(13)に記載の方法。 (14) The method according to (12) or (13), wherein the dimension of the region in which the cup is not formed is 0.01 mm or more and 10 mm or less.

(15)前記塗料が前記(7)〜(9)のいずれか一項に記載の塗料である、前記(12)〜(14)のいずれか一項に記載の方法。 (15) The method according to any one of (12) to (14), wherein the paint is the paint according to any one of (7) to (9).

(16)集電体上に炭素材料を含むカーボンコート層を形成するためのグラビア版であって、
前記集電体上の前記カーボンコート層の形成領域に対応する領域に、複数のカップが形成された領域と、カップが形成されていない領域とを有することを特徴とするグラビア版。
(16) A gravure plate for forming a carbon coat layer containing a carbon material on a current collector,
A gravure printing plate having a region in which a plurality of cups are formed and a region in which a cup is not formed in a region corresponding to a region where the carbon coat layer is formed on the current collector.

(17)前記カップが形成されていない領域が前記カーボンコート層上に設けられる活材の最大粒径より大きな寸法を有する、前記(16)に記載のグラビア版。 (17) The gravure plate according to (16), wherein the area in which the cup is not formed has a dimension larger than the maximum particle size of the active material provided on the carbon coat layer.

(18)前記カップが形成されていない領域の寸法は0.01mm以上10mm以下である、前記(16)または(17)に記載のグラビア版。 (18) The gravure plate according to (16) or (17), wherein the dimension of the region in which the cup is not formed is 0.01 mm or more and 10 mm or less.

本発明によれば、カーボンコート層の表面に所定の凹凸パターンが形成され、カーボンコート層の凹凸パターンが設けられた表面に、炭素材料による凹凸が設けられているため、活材の充填量を損なうことなく、従来よりも活材と集電体との密着性が向上し、内部抵抗が低減でき、電池の容量を落とさずに充放電サイクルに優れた特性が得られる。   According to the present invention, since the predetermined concavo-convex pattern is formed on the surface of the carbon coat layer and the concavo-convex with the carbon material is provided on the surface provided with the concavo-convex pattern of the carbon coat layer The adhesion between the active material and the current collector is improved, the internal resistance can be reduced, and excellent characteristics in charge and discharge cycles can be obtained without reducing the capacity of the battery.

従来のグラビア版の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional gravure version. 本発明によるグラビア版の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the gravure version by this invention. 本発明によるグラビア版の別の例を示す図である。FIG. 7 shows another example of a gravure plate according to the present invention.

(カーボンコート層およびグラビア版)
以下、本発明の実施形態について説明する。まず、本発明によるカーボンコート層は、集電体上に設けられた、炭素材料を含むカーボンコート層である。ここで、活材と接触する側の表面に所定の凹凸パターンを有し、炭素材料により凹凸が上記凹凸パターンを有する表面に設けられていることを特徴とする。
(Carbon coat layer and gravure version)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. First, the carbon coat layer according to the present invention is a carbon coat layer provided on a current collector and containing a carbon material. Here, it is characterized in that the surface on the side in contact with the active material has a predetermined unevenness pattern, and the unevenness is provided on the surface having the unevenness pattern by a carbon material.

本発明者らによる特許文献2に記載されているように、カーボンコート層(プライマー層とも称される。)の塗膜またはカーボンコート箔(塗工したカーボンコート層を有する集電箔を、「カーボンコート層付き集電箔」、または「カーボンコート箔」とも称される。)の活材側の表面が微細な凹凸を有することにより、三元系、Mn系、Fe系等の活材を塗工時、活材が凹凸を形成した塗膜と絡み合うことにより密着性が向上し、界面抵抗を低減でき、高出力さらにサイクル特性を向上させることができる。   As described in Patent Document 2 by the present inventors, a coated film of a carbon coating layer (also referred to as a primer layer) or a carbon coated foil (a carbon foil coated with a coated carbon coating layer) The surface on the side of the active material of the current collector foil with a carbon coat layer or "carbon coated foil" has fine irregularities, whereby a ternary, Mn, Fe, etc. active material is obtained. At the time of coating, since the active material is entangled with the coating film having the unevenness formed thereon, the adhesion is improved, the interface resistance can be reduced, and the cycle characteristic can be improved with high output.

金属箔等に炭素材料による凹凸を形成したカーボンコート層は、カーボンコートが成されていない従来の集電体と比較して、LiCoO2(単に「LCO」とも称される。)のような抵抗の低い活材を用いる場合、活材層と集電体の間に抵抗の高いカーボンコート層が入るため、抵抗の低減は期待できない。しかしながら、LCOの場合でも、カーボンコート層を用いると、密着性が向上することによりレート特性やサイクル特性が向上する。 A carbon coat layer in which a carbon material has irregularities formed on a metal foil or the like has a resistance such as LiCoO 2 (also referred to simply as “LCO”) as compared with a conventional current collector not provided with a carbon coat. When a low active material is used, a carbon coat layer having high resistance is inserted between the active material layer and the current collector, and therefore, reduction in resistance can not be expected. However, even in the case of LCO, when the carbon coat layer is used, the adhesion property is improved and the rate characteristics and the cycle characteristics are improved.

正極や負極の活材と集電体との密着が化学的な結合による場合、充放電を繰り返す中で化学反応による劣化等により密着力が低下することがあるが、上記凹凸を形成した塗膜と活材が絡み合う物理的な密着を成しているため、充放電を繰り返しても密着力が劣ることなく安定した低抵抗が得られ、サイクル特性が向上できる。   When the adhesion between the active material of the positive electrode or the negative electrode and the current collector is a chemical bond, the adhesion may be deteriorated due to chemical reaction while repeating charge and discharge, but the coating film having the above-mentioned unevenness is formed Since the active material and the active material are in close physical contact with each other, stable low resistance can be obtained without deterioration in adhesion even if charge and discharge are repeated, and cycle characteristics can be improved.

また、積層型リチウムイオン二次電池等に於いては集電体と活材との密着が弱いと、シートカッティングする際、活材が剥離することによりコンタミネーションが発生するおそれがあるが、凹凸を付けたカーボンコート層を用いることにより、活材との密着性が向上し、剥離や脱落がなく、コンタミネーションも無くなり、安全な二次電池が得られる。   Further, in the case of a laminated lithium ion secondary battery or the like, if the adhesion between the current collector and the active material is weak, there is a risk that contamination may occur due to the separation of the active material at the time of sheet cutting. By using the carbon coat layer to which is attached, the adhesion to the active material is improved, there is no peeling or falling off, the contamination is also eliminated, and a safe secondary battery can be obtained.

本発明者らは、上記特許文献2に記載されたカーボンコート層よりも、活材と集電体との密着力をさらに高めることができるカーボンコート層を形成すべく、活材と集電体との界面について詳細に調査した。その結果、カーボンコート層と活材との界面に空隙が存在し、この部分では活材とカーボンコート層、ひいては集電体とが良好に密着していないことが判明した。   In order to form a carbon coat layer capable of further enhancing the adhesion between the active material and the current collector than the carbon coat layer described in Patent Document 2, the inventors of the present invention have proposed an active material and a current collector. We investigated in detail the interface with. As a result, it was found that voids were present at the interface between the carbon coat layer and the active material, and in this part, the active material and the carbon coat layer, and hence the current collector, did not adhere well.

本発明者らは、上記空隙が形成された原因を調べた。その結果、活材を構成する粒子のうち、粒径の大きなものが、カーボンコート層表面の炭素材料による凹凸の凹部に収容されず、その結果、活材とカーボンコート層の間に空隙が形成されたことが分かった。   The present inventors investigated the cause of the formation of the air gap. As a result, among particles constituting the active material, particles having a large particle diameter are not accommodated in the concave portion of the unevenness due to the carbon material on the surface of the carbon coat layer, and as a result, a void is formed between the active material and the carbon coat layer It turned out that it was done.

そこで本発明者らは、上記空隙を低減して活材とカーボンコート層、ひいては集電体との密着性を向上させる方法について鋭意検討した。その結果、グラビア塗工機を用いて集電体上にカーボンコート層を形成し、グラビア塗工機のグラビア版に、複数のカップが形成された領域と、カップが形成されていない領域とを設けることに想到したのである。   Therefore, the inventors of the present invention diligently studied a method of reducing the voids to improve the adhesion between the active material and the carbon coat layer, and hence the current collector. As a result, a carbon coating layer is formed on the current collector using a gravure coating machine, and the gravure plate of the gravure coating machine has a region in which a plurality of cups are formed and a region in which no cups are formed. I thought about establishing it.

すなわち、図1に例示する、従来のグラビア版10においては、土手Bによって区画された、所定の形状(例えば、ピラミッド型)および所定の寸法(例えば、50μm、深さ20μm)のカップ11が、グラビア版10の塗工したい寸法の領域全体に亘って無数彫られている。そして、このカップ11に塗料を充填した後、アルミ箔等の基材(集電体)に転写することにより、基材上に平坦な表面を有するカーボンコート層が形成される。 That is, in the conventional gravure plate 10 illustrated in FIG. 1, the cup 11 having a predetermined shape (for example, a pyramid shape) and a predetermined size (for example, 50 μm , depth 20 μm) partitioned by the bank B is , And is engraved innumerably throughout the area of the gravure plate 10 to be coated. Then, the cup 11 is filled with a paint, and then transferred to a base material (current collector) such as an aluminum foil, whereby a carbon coat layer having a flat surface is formed on the base material.

これに対して、図2に例示する、本発明によるグラビア版1においては、所定の形状(例えば、正方形)および所定の寸法(例えば、0.1mm)のカップ11が彫られていない領域13が、例えば所定の間隔(例えば、0.1mm)で設けられている。これにより、グラビア版1の表面において、カップ11が彫られた領域12は、クリアランスC(図2では、0.2mm)で格子模様を描く。 On the other hand, in the gravure plate 1 according to the present invention illustrated in FIG. 2, the region 13 in which the cup 11 of a predetermined shape (for example, a square) and a predetermined dimension (for example, 0.1 mm ) is not engraved is For example, it is provided at a predetermined interval (for example, 0.1 mm). Thereby, on the surface of the gravure plate 1, the area 12 in which the cup 11 is engraved draws a lattice pattern with the clearance C (0.2 mm in FIG. 2).

このようなグラビア版1を用いてカーボンコート層を形成することにより、カーボンコート層の活材と接触する表面には、上記グラビア版1表面の模様(図2では格子状)を反映した凹凸パターンが転写される。すなわち、形成されたカーボンコート層において、カップ11が彫られた領域12に対応する部分では凸部が、カップ11が彫られていない領域13に対応する部分では凹部がそれぞれ形成され、カーボンコート層の表面には格子状の凹凸パターンが形成される。そして、活材がカーボンコート層上に塗布されると、カーボンコート層表面の凹凸パターンを構成する凹部に粒径の大きな活物質が収容される。その結果、図1に示した従来のグラビア版10を用いる場合に比べて、活材とカーボンコート層との間の空隙を低減することができ、活材とカーボンコート層、ひいては集電体との密着性を向上させることができるのである。   By forming a carbon coat layer using such a gravure plate 1, a concavo-convex pattern reflecting the pattern on the surface of the gravure plate 1 (lattice form in FIG. 2) on the surface of the carbon coat layer in contact with the active material. Is transferred. That is, in the formed carbon coat layer, a convex portion is formed in a portion corresponding to the area 12 in which the cup 11 is engraved, and a concave portion is formed in a portion corresponding to the area 13 in which the cup 11 is not engraved. A lattice-like uneven pattern is formed on the surface of. Then, when the active material is applied onto the carbon coat layer, the active material having a large particle size is accommodated in the concave portion that constitutes the concavo-convex pattern on the surface of the carbon coat layer. As a result, compared with the case where the conventional gravure plate 10 shown in FIG. 1 is used, the gap between the active material and the carbon coat layer can be reduced, and the active material and the carbon coat layer, and hence the current collector Adhesion can be improved.

上記カーボンコート層表面の凹凸パターン(すなわち、グラビア版1においてカップ11が彫られた領域12)の形状は特に限定されず、平面視した際に、線状(ストライプ状)、格子状、六角形状、多角形状、円状、楕円状等とすることができる。中でも、活材と集電体との密着性をより向上させることができることから、格子状であることが好ましい。   The shape of the concavo-convex pattern on the surface of the carbon coat layer (that is, the area 12 where the cup 11 is engraved in the gravure plate 1) is not particularly limited, and linear (stripe), lattice, hexagonal when planarly viewed It can be polygonal, circular, elliptical or the like. Among them, a lattice shape is preferable because the adhesion between the active material and the current collector can be further improved.

また、上記凹凸パターンを構成する凹部(すなわち、グラビア版1における領域13)の形状についても特に限定されず、平面視した際に、線状(ストライプ状)、正方形、六角形、多角形、円形、楕円形等とすることができる。中でも、活材と集電体との密着性をより向上させることができることから、凹部(領域13)の形状は正方形であることが好ましい。   In addition, the shape of the concave portion (that is, the region 13 in the gravure plate 1) constituting the above-mentioned concavo-convex pattern is not particularly limited, and when planarly viewed, linear (stripe), square, hexagon, polygon, circular , Oval, etc. Among them, the shape of the recess (region 13) is preferably a square, because the adhesion between the active material and the current collector can be further improved.

また、上記凹凸パターンの凹部(すなわち、グラビア版1における領域13)の寸法は、活材の最大粒径より大きな寸法を有することが好ましい、これにより、活材とカーボンコート層との間の空隙をなくして、活材と集電体との密着性をさらに向上させることができる。具体的には、上記凹部(領域13)の寸法は、0.01mm以上10mm以下が好ましく、0.1mm以上1mm以下がさらに好ましい。   In addition, it is preferable that the size of the concave portion of the concavo-convex pattern (that is, the area 13 in the gravure plate 1) has a size larger than the maximum particle diameter of the active material, thereby the gap between the active material and the carbon coat layer The adhesion between the active material and the current collector can be further improved. Specifically, the size of the recess (region 13) is preferably 0.01 mm or more and 10 mm or less, and more preferably 0.1 mm or more and 1 mm or less.

さらに、カーボンコート層表面の凹凸パターンの凹部の深さは、0.1μm以上5.0μm以下が好ましい。これにより、活材とカーボンコート層との間の空隙をより低減して、活材と集電体との密着性をより向上させることができる。上記深さは、0.2μm以上3.0μm以下であることがより好ましい。   Furthermore, as for the depth of the recessed part of the uneven | corrugated pattern of the carbon-coat layer surface, 0.1 micrometer or more and 5.0 micrometers or less are preferable. Thereby, the space between the active material and the carbon coat layer can be further reduced, and the adhesion between the active material and the current collector can be further improved. The depth is more preferably 0.2 μm or more and 3.0 μm or less.

上記凹凸パターンの凹部の深さを実現するためには、グラビア版1に彫られたカップ11の深さは、0.01mm以上0.20mm以下であることが好ましい。これにより、活材とカーボンコート層との間の空隙をより低減して、活材と集電体との密着性をより向上させることができる。上記深さは、0.01mm以上0.10mm以下であることがより好ましい。   In order to realize the depth of the concave portion of the concavo-convex pattern, the depth of the cup 11 carved in the gravure plate 1 is preferably 0.01 mm or more and 0.20 mm or less. Thereby, the space between the active material and the carbon coat layer can be further reduced, and the adhesion between the active material and the current collector can be further improved. The depth is more preferably 0.01 mm or more and 0.10 mm or less.

なお、本明細書において、「カーボンコート層の凹凸パターンの凹部(グラビア版1における領域13)の寸法」とは、具体的には、凹凸パターンの凹部(グラビア版1における領域13)の形状が線状(ストライプ状)の場合には隣接する線(ストライプ)間の間隔を、正方形、六角形、多角形の場合には格子や多角形の最長の辺の長さを、円形の場合には円の直径を、楕円形の場合には楕円の長径をそれぞれ意味している。   In the present specification, the “dimension of the concave portion (region 13 in the gravure plate 1) of the concave and convex pattern of the carbon coat layer” specifically refers to the shape of the concave portion (region 13 in the gravure plate 1) of the concave and convex pattern. In the case of a line (stripe), the distance between adjacent lines (stripes), the square, the hexagon, in the case of a polygon, the length of the longest side of the lattice or polygon, in the case of a circle The diameter of the circle means the major axis of the ellipse in the case of the ellipse.

また、「カーボンコート層の凹凸パターンの凹部の深さ」とは、凹部周縁の高さと凹部の最深部の高さの差を意味している。   Moreover, "the depth of the recess of the concavo-convex pattern of the carbon coat layer" means the difference between the height of the periphery of the recess and the height of the deepest portion of the recess.

さらに、「グラビア版1に彫られたカップ11の深さ」とは、カップ11周縁の高さとカップ11の最深部の高さの差を意味している。   Furthermore, “the depth of the cup 11 carved in the gravure plate 1” means the difference between the height of the peripheral edge of the cup 11 and the height of the deepest portion of the cup 11.

また、上記カーボンコート層の凹凸パターンの凹部の寸法や深さは、カーボンコート層をバインダーで固め、断面を切断し、走査型電子顕微鏡(単に「SEM」とも言う。)によって測定するか、もしくはマイクロメータで測定することができる。走査型電子顕微鏡(SEM)またはマイクロメータでの測定では、膜厚は、凸部および凹部のそれぞれの各5ヶ所以上で測定し、それらの測定値を平均した平均膜厚で表す。なお、凹凸の高低差は0.1μm単位以下まで生じることがあり、目付量の測定もしくはSEMによる観察の方が、マイクロメータでの測定より好ましい。   Further, the size and depth of the concave portion of the uneven pattern of the carbon coat layer may be determined by fixing the carbon coat layer with a binder, cutting the cross section, and measuring with a scanning electron microscope (simply referred to as "SEM") or It can measure with a micrometer. In the measurement with a scanning electron microscope (SEM) or a micrometer, the film thickness is measured at five or more portions of each of the convex portion and the concave portion, and is represented by an average film thickness obtained by averaging those measured values. In addition, the height difference of unevenness | corrugation may arise to a 0.1 micrometer unit or less, it is more preferable to the measurement of a fabric weight, or the observation by SEM to be a measurement by a micrometer.

本発明では、グラビア塗工機を用いて、カーボンコート層が集電体上に設けられる。カーボンコート層は、その表面にグラビア塗工機のグラビア版表面の模様(図2では格子状)を反映した凹凸パターンが転写されるとともに、カーボンコート層の凹凸パターンが形成された表面に、炭素材料による微細な凹凸も形成される。   In the present invention, the carbon coating layer is provided on the current collector using a gravure coating machine. The carbon coat layer has a surface on which a concavo-convex pattern reflecting the pattern (in the form of lattice in FIG. 2) of the gravure plate surface of the gravure coating machine is transferred and carbon is formed on the surface on which the concavo-convex pattern of the carbon coat layer is formed. Fine irregularities are also formed by the material.

集電体は、アルミ箔、銅箔、ステンレス箔等、通常の材料、形態からなるものを用いることができる。   The current collector may be made of an ordinary material or form such as aluminum foil, copper foil, stainless steel foil, and the like.

炭素材料は、カーボンブラック、黒鉛、グラフェンおよびカーボンナノチューブ(単に「CNT」とも称する)からなる群より選ばれる少なくとも一種で良い。炭素材料は導電材としてはたらき、凹凸を介して集電体と活材との密着性を向上させる。   The carbon material may be at least one selected from the group consisting of carbon black, graphite, graphene and carbon nanotubes (also simply referred to as “CNT”). The carbon material works as a conductive material, and improves the adhesion between the current collector and the active material through the unevenness.

カーボンコート層は、活材の充填量を損なうことなく、集電体と活材との密着性を向上させる限り、形状、膜厚等、特に制限はない。   The carbon coat layer is not particularly limited in shape, film thickness and the like as long as the adhesion between the current collector and the active material is improved without impairing the filling amount of the active material.

カーボンコート層は、好適には、塗膜として5μm以下の膜厚、好ましくは、4μm以下、更に好ましくは、3μm以下、最も好ましくは、2μm以下で形成することができる。膜厚が5μm以下の場合、低抵抗の点で有利だからである。カーボンコート層と集電箔の抵抗を比較すると、大抵は集電箔の方が低いので、5μmを超える膜厚にすると、抵抗が高くなり過ぎる傾向があり、5μm以下等の膜厚が良い。   The carbon coat layer can be suitably formed to have a thickness of 5 μm or less, preferably 4 μm or less, more preferably 3 μm or less, and most preferably 2 μm or less as a coating film. This is because when the film thickness is 5 μm or less, it is advantageous in terms of low resistance. When comparing the resistance of the carbon coat layer and the current collector foil, the current collector foil is usually lower, so when the film thickness exceeds 5 μm, the resistance tends to be too high, and the film thickness of 5 μm or less is good.

膜厚の測定方法は、カーボンコート層をバインダーで固め、断面を切断し、走査型電子顕微鏡(単に「SEM」とも言う)によって測定するか、もしくはマイクロメータで測定するか、もしくは50mm×50mmにカットした塗工品(カーボンコート層+集電箔)の重量を測定したのち、溶媒を用いカーボンコート層を綺麗にはがし取ったあとの集電箔の重量を測定し、その差による目付量と比重とから求める。走査型電子顕微鏡(SEM)またはマイクロメータでの測定では、膜厚は、凸部および凹部のそれぞれの各5ヶ所以上で測定し、それらの測定値を平均した平均膜厚で表す。なお、凹凸の高低差は0.1μm単位以下まで生じることがあり、目付量の測定もしくはSEMによる観察の方が、マイクロメータでの測定よりは好ましい。   The film thickness can be measured by setting the carbon coat layer with a binder, cutting the cross section, and measuring with a scanning electron microscope (also simply referred to as “SEM”), or measuring with a micrometer, or 50 mm × 50 mm. The weight of the cut coated article (carbon coat layer + current collector foil) was measured, and then the weight of the current collector foil after the carbon coat layer was finely peeled off using a solvent was measured, and the weight per unit area and the difference Calculated from specific gravity. In the measurement with a scanning electron microscope (SEM) or a micrometer, the film thickness is measured at five or more portions of each of the convex portion and the concave portion, and is represented by an average film thickness obtained by averaging those measured values. In addition, the height difference of unevenness | corrugation may arise to a 0.1 micrometer unit or less, it is more preferable to measure by a fabric weight or to observe by SEM, rather than the measurement by a micrometer.

カーボンコート層の炭素材料による凹凸の高低差は、活材の充填量を損なうことなく、集電体と活材との密着性を向上させる限り、特に制限はない。   There is no particular limitation on the height difference of the unevenness due to the carbon material of the carbon coat layer, as long as the adhesion between the current collector and the active material is improved without impairing the filling amount of the active material.

炭素材料による凹凸の高低差(凹凸差とも言う)は、好ましくは、塗膜において、0.2〜4.0μm、より好ましくは、0.2〜3.0μm、更に好ましくは、0.2〜2.0μm、最も好ましくは、0.5〜2.0μmである。凹凸の高低差がこれらの範囲内では、高低差が大きい程活材との喰い付きが良好であるので、塗膜の膜厚の最大限の高低差が良い。大抵は、凹凸の高低差は最大で塗膜の凸部での厚さの8割程度であるのが好ましい。高低差が凸部での厚さの8割を超えると、塗膜の厚みがほとんどなくなり、集電体が露出した状態と変わらなくなることがあるため好ましくない。   The height difference (also referred to as unevenness difference) of the unevenness due to the carbon material is preferably 0.2 to 4.0 μm, more preferably 0.2 to 3.0 μm, still more preferably 0.2 to 2.0 μm, and most preferably 0.5 in the coating film. It is ̃2.0 μm. When the height difference of the unevenness is within these ranges, the larger the height difference, the better the scoop with the active material, so the maximum height difference of the film thickness of the coating film is better. In most cases, it is preferable that the height difference of the unevenness be at most about 80% of the thickness at the convex portion of the coating film. When the height difference exceeds 80% of the thickness at the convex portion, the thickness of the coating film is almost lost, and it is not preferable because the current collector may not change from the exposed state.

炭素材料による凹凸の高低差は、後述する本発明による塗料をアルミ箔に塗工し、カーボンコート層をバインダーで固め、断面を切断し、凹部および凸部の塗膜の厚みを走査型電子顕微鏡(SEM)によって観察することで求めることができる。ここでは、凹凸の高低差は、0.1μm単位迄測定し、測定数は凸部および凹部のそれぞれで各5ケ以上とし、凸部および凹部のそれぞれの測定値の平均値から算出する(凸部の厚みの平均値−凹部の厚みの平均値)。   The height difference of unevenness by carbon material applies the paint according to the present invention to be described later on aluminum foil, hardens the carbon coat layer with a binder, cuts the cross section, and measures the thickness of the coating of concave and convex portions with a scanning electron microscope It can obtain | require by observing by (SEM). Here, the height difference of the unevenness is measured to the nearest 0.1 μm, and the number of measurements is 5 or more each for each of the projections and recesses, and calculated from the average value of the respective measured values of the projections and recesses (protrusion Of the thickness of the-average of the thickness of the recess).

炭素材料による凹凸の形成には、異なる形状、異なる粒度の炭素材料を組み合わせることができる。たとえば、カーボンコート層を形成するために用いる塗料に、カーボンブラックの粒度(ストラクチャー)で大粒径と小粒径の粒度を組み合わせることにより、塗膜に凹凸を付け密着性を向上させることができる。   Carbon materials of different shapes and different particle sizes can be combined in the formation of the unevenness by the carbon material. For example, by combining the particle size (structure) of the carbon black with the particle size of the large particle size and the particle size of the small particle size in the paint used to form the carbon coat layer, the coating film can be made uneven to improve adhesion. .

粒度の測定は、レーザー法もしくは、動的光散乱法で行うことができる。ここでは、粒度は平均粒径として表す。動的光散乱法の詳細はJIS Z8826の記載に準ずる。   The particle size can be measured by a laser method or a dynamic light scattering method. Here, the particle size is expressed as an average particle size. The details of the dynamic light scattering method conform to the description of JIS Z8826.

炭素材料は、平均粒径100〜2000nmの粒度、好ましくは、平均粒径200〜1600nm、更に好ましくは、平均粒径200〜1000nm、最も好ましくは、平均粒径300〜700nmのもの、および平均粒径1000〜4000nmの粒度、好ましくは、平均粒径1200〜3000nm、更に好ましくは、平均粒径1000〜2000nm、最も好ましくは、平均粒径800〜1500nmの2種類以上のものを用いることができる。粒度の差をこのようにすると、凹凸を形成しやすい点で有利だからである。また、活材と絡みやすくするために、塗膜の厚みを最大限に利用した凹凸を形成するのに必要な粒径の組合せとなる。   The carbon material has an average particle size of 100 to 2000 nm, preferably 200 to 1600 nm, more preferably 200 to 1000 nm, and most preferably 300 to 700 nm, and an average particle size A particle having a diameter of 1000 to 4000 nm, preferably an average particle diameter of 1200 to 3000 nm, more preferably an average particle diameter of 1000 to 2000 nm, and most preferably an average particle diameter of 800 to 1500 nm can be used. This is because the difference in particle size is advantageous in that it is easy to form asperities. In addition, in order to facilitate entanglement with the active material, it is a combination of particle sizes necessary to form asperities utilizing the thickness of the coating film to the maximum.

炭素材料は、カーボンコート層表面において最密充填になりにくくなるように配合するのが良い。たとえば、平均粒径300〜700nmの粒度のカーボンブラックをA、平均粒径800〜1500nmの粒度のカーボンブラックをBとしたとき、好適には、A:B=100:1〜900の重量比率、好ましくは、100:10〜700、更に好ましくは、100:10〜500、最も好ましくは、100:10〜300で組み合わせることができる。比率をこのようにすると、カーボンコート層表面において最密充填になりにくく、凹凸を付けやすい一方、カーボンコート層内部では、粒度の小さなカーボンブラックAが最密充填に寄与し、抵抗が下がる点で有利だからである。   The carbon material may be blended so as not to be close-packed on the surface of the carbon coat layer. For example, when carbon black having a particle size of 300 to 700 nm in average particle size is A, and carbon black having a particle size of 800 to 1,500 nm in average particle size is B, a weight ratio of A: B = 100: 1 to 900 is suitably obtained. Preferably, 100: 10 to 700, more preferably 100: 10 to 500, and most preferably 100: 10 to 300 can be combined. When the ratio is made this way, close packing does not easily occur on the surface of the carbon coat layer and irregularities are easily formed, while carbon black A having a small particle size contributes to close packing within the carbon coat layer and resistance decreases. It is because it is advantageous.

黒鉛については、平均粒径0.5μm〜5.0μmの粒度の黒鉛が望ましい。平均粒径0.5μm〜5.0μmの粒度範囲では、黒鉛が核となり、凹凸が付けやすくなる点で有利だからである。また、目標とした塗膜の厚みと粗同じ粒径の黒鉛を用いることにより、核となりやすい。   As for graphite, graphite having a particle size of 0.5 μm to 5.0 μm in average particle size is desirable. This is because, in the particle size range of the average particle diameter of 0.5 μm to 5.0 μm, it is advantageous in that the graphite becomes a core and the unevenness becomes easy to be formed. Moreover, it becomes easy to become a nucleus by using the graphite of the same particle size as the thickness of the coating film made into the objective.

炭素材料は、二次凝集しているカーボンブラック等の炭素材料を、ボールミル、ビーズミル、ホモミキサー等の粉砕機や分散機で粒度調整して用いても良い。   The carbon material may be used after adjusting the particle size of a carbon material such as carbon black which has been secondarily aggregated by a grinder or a disperser such as a ball mill, bead mill, homomixer or the like.

炭素材料は、凹凸を付けるために大きい粒子として黒鉛を用いても良い。また、凹凸を形成する目的にカーボンナノチューブ等の炭素材料を用いても良い。   The carbon material may use graphite as large particles in order to make it uneven. Moreover, you may use carbon materials, such as a carbon nanotube, in order to form an unevenness | corrugation.

活材は、特に制限されず、種々の物質を用いることができる。たとえば、三元系、Mn系、Fe系、LCO等で良い。   The active material is not particularly limited, and various materials can be used. For example, ternary system, Mn system, Fe system, LCO, etc. may be used.

活材を構成する粒子の粒径は、材料によって異なるが、例えば、Fe系の場合は0.2〜10.0μmであり、Mn系の場合は0.5〜20.0μmである。   The particle diameter of the particles constituting the active material varies depending on the material, and is, for example, 0.2 to 10.0 μm in the case of Fe-based, and 0.5 to 20.0 μm in the case of Mn-based.

(塗料)
本発明による塗料は、集電体上に上記本発明によるカーボンコート層を作成するために用いる塗料である。ここで、塗料は炭素材料を含み、粘度が10mPa・s以上10000mPa・s以下であり、集電体上への塗工によって、前記炭素材料による凹凸が活材と接触する側の表面に形成されることを特徴とする。
(paint)
The paint according to the present invention is a paint used to form the carbon coat layer according to the present invention on the current collector. Here, the paint contains a carbon material and has a viscosity of 10 mPa · s or more and 10000 mPa · s or less, and as a result of coating on the current collector, the unevenness due to the carbon material is formed on the surface in contact with the active material It is characterized by

上述のように、グラビア塗工機を用いて集電体上にカーボンコート層を形成する際に、グラビア塗工機の版に、所定の形状の凹凸パターンを設けることにより、カーボンコート層の表面に上記凹凸パターンを反映した凹凸パターンが形成される。そして、活材をカーボンコート層の表面に塗布すると、カーボンコート層表面の凹凸パターンの凹部に粒径の大きな活物質が収容され、活材とカーボンコート層との間の空隙が低減されて、活材とカーボンコート層、ひいては集電体との密着力を向上させることができる。   As described above, when a carbon coating layer is formed on a current collector using a gravure coating machine, the surface of the carbon coating layer is provided by providing a concavo-convex pattern of a predetermined shape on a plate of the gravure coating machine. The uneven | corrugated pattern which reflected the said uneven | corrugated pattern is formed. Then, when the active material is applied to the surface of the carbon coat layer, the active material having a large particle diameter is accommodated in the concave portion of the concavo-convex pattern on the surface of the carbon coat layer, and the space between the active material and the carbon coat layer is reduced. The adhesion between the active material and the carbon coat layer and hence the current collector can be improved.

しかし、本発明者らによる検討の結果、炭素材料を含む塗料の粘度が適正範囲にない場合には、グラビア塗工機の版の凹凸パターンがカーボンコート層の表面に良好に転写されないことが判明した。そこで本発明者らは、グラビア塗工機の版の凹凸パターンをカーボンコート層に良好に転写する塗料の粘度範囲について鋭意検討した結果、粘度が10mPa・s以上10000mPa・s以下とすることが肝要であることを見出したのである。より好ましくは、粘度は、100mPa・s以上600mPa・s以下である。   However, as a result of examinations by the present inventors, it is found that the concavo-convex pattern of the plate of the gravure coating machine is not well transferred onto the surface of the carbon coat layer when the viscosity of the coating containing the carbon material is not within the appropriate range. did. Therefore, as a result of intensive investigations on the viscosity range of the coating material for satisfactorily transferring the concavo-convex pattern of the plate of the gravure coating machine to the carbon coating layer, the present inventors must set the viscosity to 10 mPa · s or more and 10000 mPa · s or less. I found out that More preferably, the viscosity is 100 mPa · s or more and 600 mPa · s or less.

本発明による塗料は、溶媒に、バインダーと上述した炭素材料とを配合することによって調製することができる。また、塗料の粘度は、上記溶媒、バインダーおよび炭素材料の配合比で調整することができる。   The paint according to the present invention can be prepared by blending a binder and the above-mentioned carbon material in a solvent. In addition, the viscosity of the paint can be adjusted by the blending ratio of the solvent, the binder and the carbon material.

炭素材料は、カーボンブラック、黒鉛、グラフェンおよびカーボンナノチューブからなる群より選ばれる少なくとも一種で良いことは、上述の通りである。炭素材料は導電材としてはたらき、凹凸を介して集電体と活材との密着性を向上させる。   As described above, the carbon material may be at least one selected from the group consisting of carbon black, graphite, graphene and carbon nanotubes. The carbon material works as a conductive material, and improves the adhesion between the current collector and the active material through the unevenness.

たとえば、塗料には、カーボンコート層の表面に炭素材料による凹凸を付けるために、粒度の違うカーボンブラックを配合することができ、平均粒径300〜700nmの粒度と平均粒径800〜1500nmの粒度の2種類の粒度のカーボンブラックを用いることにより、カーボンコート層表面において最密充填になりにくく、凹凸を付けやすい一方、カーボンコート層内部では、粒度の小さなカーボンブラックAが最密充填に寄与し、抵抗が下げることができる。そして、凹凸差が0.5〜2.0μmの塗膜をカーボンコート層として形成することができる。   For example, in order to make the surface of a carbon coat layer uneven with a carbon material, carbon black different in particle size can be blended in a paint, and the particle size of 300 to 700 nm of average particle size and the particle size of 800 to 1500 nm of average particle size By using carbon black of two different particle sizes, close packing is hard to occur on the surface of the carbon coat layer and unevenness is easily made, while inside the carbon coat layer, carbon black A having a small grain size contributes to close packing. , Resistance can be lowered. And a coating film with an unevenness difference of 0.5 to 2.0 μm can be formed as a carbon coat layer.

また、炭素材料による凹凸を付けるには、塗料に使用される溶媒で希釈を行い、固形分を落としてから塗工することにより、溶媒が揮発した跡が空隙となり、カーボンコート層に凹凸を形成する手法も用いることができる。   Moreover, in order to add the unevenness | corrugation by a carbon material, it dilutes with the solvent used for a coating material, drops after solid content and coats, the mark which the solvent volatilized turns into a void and forms unevenness in a carbon coat layer. Can also be used.

バインダーは、特に制限されることなく、ポリオレフィン等、種々の薬剤の水溶液を用いることができる。   The binder is not particularly limited, and aqueous solutions of various agents such as polyolefin can be used.

溶媒は特に制限されず、水でも有機溶剤でもどちらでも良い。水溶性バインダーを使用する場合は水、好ましくは、イオン交換水、純水を用いることができ、有機溶剤に溶解するバインダーを用いる場合には有機溶剤を用いることができる。   The solvent is not particularly limited, and either water or an organic solvent may be used. In the case of using a water-soluble binder, water, preferably ion exchange water or pure water can be used, and in the case of using a binder that dissolves in an organic solvent, an organic solvent can be used.

溶媒に、バインダーと、上述したカーボンコート層の凹凸を形成させ、導電性を形成させるカーボンブラック、黒鉛、グラフェン、CNT等の炭素材料とを配合し、塗料としての分散体を作成することができる。   It is possible to form a dispersion as a paint by blending a binder and a carbon material such as carbon black, graphite, graphene, CNT, etc., which causes the conductivity to be formed by forming a binder and the irregularities of the carbon coat layer described above. .

また塗料には、必要に応じて、分散剤を用いることができ、分散剤は特に制限されるものではなく、カルボキシメチルセルロース(単に「CMC」とも称する)等、通常の種々の薬剤を使用できる。   In the paint, if necessary, a dispersant can be used, and the dispersant is not particularly limited, and various usual agents such as carboxymethylcellulose (also simply referred to as "CMC") can be used.

分散機については、ホモミキサー、ニーダー、ボールミル、ビーズミル等、特に制限されず、通常の充分均一に分散出来る装置を用い、均一に分散した塗料を作成するのが良い。   The dispersing machine is not particularly limited, such as a homomixer, a kneader, a ball mill, a bead mill, etc. It is good to prepare a uniformly dispersed paint using a usual sufficiently uniform dispersing device.

(カーボンコート層の形成方法)
本発明によるカーボンコート層の形成方法は、炭素材料による凹凸が活材と接触する側に設けられているカーボンコート層を集電体上に形成する方法であり、以下の工程、すなわち、炭素材料が含まれる塗料を用意すること、およびグラビア塗工機を用いて前記塗料を前記集電体上に塗布することを含む。ここで、上記グラビア塗工機のグラビア版は、図2に示したように、集電体上のカーボンコート層の形成領域に対応する領域に、複数のカップ11が形成された領域12と、カップ11が形成されていない領域13とを有することを特徴とする。
(Formation method of carbon coat layer)
The method for forming a carbon coat layer according to the present invention is a method for forming on a current collector a carbon coat layer provided on the side where irregularities due to a carbon material are in contact with an active material. And applying the paint onto the current collector using a gravure coater. Here, as illustrated in FIG. 2, the gravure plate of the gravure coating machine has a region 12 in which a plurality of cups 11 are formed in the region corresponding to the formation region of the carbon coat layer on the current collector, And a region 13 where the cup 11 is not formed.

上記グラビア版1のカップ11が形成された領域12の形状は特に限定されず、平面視した際に、線状(ストライプ状)、格子状、六角形状、多角形状、円状、楕円状等とすることができ、活材と集電体との密着性をより向上させることができることから、格子状であることが好ましいことは上述の通りである。なお、領域12の形状が線状(ストライプ状)の場合、線の方向は、集電体の流れ方向に対して平行であっても、垂直であっても、交差していてもよい。   The shape of the region 12 in which the cup 11 of the gravure plate 1 is formed is not particularly limited, and when viewed in plan, it may be linear (stripe), lattice, hexagon, polygon, circle, oval, etc. As described above, it is preferable to be in the form of a lattice because the adhesion between the active material and the current collector can be further improved. When the shape of the region 12 is linear (striped), the direction of the line may be parallel to, perpendicular to, or intersected with the flow direction of the current collector.

また、上記グラビア版1における領域13の形状についても特に限定されず、平面視した際に、正方形、六角形、多角形、円形、楕円形等とすることができる。中でも、活材と集電体との密着性をより向上させることができることから、正方形であることが好ましいことも上述の通りである。   Further, the shape of the region 13 in the gravure plate 1 is not particularly limited, and may be a square, a hexagon, a polygon, a circle, an ellipse, or the like in plan view. Among them, as described above, it is preferable to be square, because the adhesion between the active material and the current collector can be further improved.

さらに、上記領域13が活材の最大粒径より大きな寸法を有することが好ましいこと、上記領域13の寸法は0.01mm以上10mm以下であることが好ましいこと、カップ11の深さは0.01mm以上0.20mm以下であることが好ましいことは、前述の通りである。   Furthermore, it is preferable that the area 13 have a size larger than the maximum particle size of the active material, and the size of the area 13 is preferably 0.01 mm or more and 10 mm or less, and the depth of the cup 11 is 0.01 mm It is as above-mentioned that it is preferable that it is 0.20 mm or less.

さらに、上記塗料として、上述した本発明による塗料を用いることができる。   Furthermore, the paint according to the present invention described above can be used as the paint.

本発明によれば、グラビア塗工機のグラビア版1に集電体上のカーボンコート層の形成領域に対応する領域に、複数のカップ11が形成された領域12と、カップ11が形成されていない領域13とを設けたため、形成されたカーボンコート層の表面には、上記グラビア塗工機のグラビア版表面の、カップ11が形成された領域の形状(図2では格子状)を反映した凹凸パターンが転写される。そして、活材がカーボンコート層上に塗布されると、粒径の大きな活物質がカーボンコート層表面の凹凸パターンの凹部に収容され、活材とカーボンコート層との間の空隙を低減して、カーボンコート層と集電体との密着性を向上させることができる。   According to the present invention, in the gravure plate 1 of the gravure coating machine, the region 12 in which the plurality of cups 11 are formed, and the cup 11 are formed in the region corresponding to the formation region of the carbon coat layer on the current collector. Since the non-region 13 is provided, the surface of the formed carbon coat layer has irregularities that reflect the shape of the region where the cup 11 is formed (lattice shape in FIG. 2) of the gravure plate surface of the above-mentioned gravure coating machine The pattern is transferred. Then, when the active material is applied on the carbon coat layer, the active material having a large particle diameter is accommodated in the concave portion of the concavo-convex pattern on the surface of the carbon coat layer to reduce the space between the active material and the carbon coat layer. The adhesion between the carbon coat layer and the current collector can be improved.

また、本発明によれば、溶媒が揮発した跡の空隙を利用し凹凸を付けても、活材との密着性を向上させることができる。   Further, according to the present invention, adhesion to the active material can be improved even if the surface of the substrate is made uneven by utilizing the void of the mark from which the solvent has volatilized.

さらに、本発明によれば、単一の粒度の炭素材料を使用する場合、および粒度の違ったカーボンブラック等の炭素材料を複数配合する場合のいずれにおいても、乾燥塗膜が平坦な塗膜ではなく、ゴツゴツと0.2〜4.0μm等の凹凸差を形成することができ、活材を塗工時その凹凸部に活材が絡み合い、物理的な高強度が高い密着力が得られる。   Furthermore, according to the present invention, in the case of using a carbon material of a single particle size and in the case of blending a plurality of carbon materials such as carbon black having different particle sizes, in the case of a coating film having a flat dry coating film. Instead, it is possible to form a difference of unevenness with 0.2 to 4.0 μm, etc. When the active material is coated, the active material is entangled in the uneven portion, and high physical strength of adhesion can be obtained.

カーボンコート層と活材層との密着性の改善は、ピール強度によって評価することができる。ピール強度は、10mm巾にカットした試験片の塗工面にセロテープ(登録商標)(NITTO TAPE No,31B)を貼り付け、垂直方向に力を加え、剥がれだした際の数値〔N(ニュートン)〕を読み取る。測定器は(株)今田製作所製DIGITAL FORCE GAUGEを用いることができる。より詳細な条件は、JIS C5016に記載されている。   The improvement of the adhesion between the carbon coat layer and the active material layer can be evaluated by the peel strength. Peel strength is the value when a cellotape (registered trademark) (NITTO TAPE No, 31B) is attached to the coated surface of a test piece cut to a width of 10 mm, a force is applied in the vertical direction, and the coating starts to peel off (N (Newton)) Read As a measuring instrument, DIGITAL FORCE GAUGE manufactured by Imada Seisakusho Co., Ltd. can be used. More detailed conditions are described in JIS C5016.

ピール強度の改善は、電池の界面抵抗、内部抵抗の低減、サイクル特性の向上について十分な相関がある。ピール強度が強いと言うことは、活材との密着が良いので、界面抵抗、内部抵抗が低減でき、サイクル特性にも良好の結果になる。   The improvement in peel strength is well correlated with the cell surface resistance, reduction in internal resistance, and improvement in cycle characteristics. The fact that the peel strength is strong means that the adhesion with the active material is good, so that the interface resistance and the internal resistance can be reduced, and the cycle characteristics also become good.

後述する実施例に示すように、カーボンコート層は膜厚を2μm以下にすることができ、活材の充填量を損なうことなく、活材と集電体との密着力を上げることにより内部抵抗が低減でき、電池の容量を落とさず充放電サイクルに優れた特性が得られる。   As shown in the examples described later, the carbon coat layer can have a film thickness of 2 μm or less, and the internal resistance can be increased by increasing the adhesion between the active material and the current collector without impairing the filling amount of the active material. Thus, excellent characteristics in charge and discharge cycles can be obtained without reducing the battery capacity.

(集電体および電池)
上述したカーボンコート層を設けた集電体または前記集電体を含む電池やキャパシタ等もまた、本発明の範囲内である。本発明に従うカーボンコート層を組み込む場合、集電体、電池、キャパシタ等の構成は、通常のものであれば特に制限されず、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ等の集電体に設けることができる。
(Current collector and battery)
The current collector provided with the above-described carbon coat layer, a battery including the current collector, and the like are also within the scope of the present invention. When the carbon coat layer according to the present invention is incorporated, the configuration of the current collector, battery, capacitor, etc. is not particularly limited as long as it is a normal one, and can be provided on the current collector of lithium ion battery, lithium ion capacitor, etc. .

次に、本発明を実施例によって説明する。以下では、重量部を単に「部」で示す。   The invention will now be described by way of example. Hereinafter, parts by weight are simply referred to as "parts".

(実施例1)
炭素材料としてカーボンブラック20部、分散剤としてCMC2部、純水78部のスラリーを作成した。
作成したスラリーについて、ビーズミルを用い平均粒径450nm迄解砕したカーボンブラック溶液に、バインダーとして15部のポリオレフィン水溶液を添加し、撹拌機を用い充分均一に分散した塗料を作成した。作成した塗料を、図2に示したグラビア版1(クリアランス0.2mmピッチ、領域12の一辺が0.1mm、領域13の一辺が0.1mm)を用いたグラビア塗工機にてアルミ箔に塗工し、乾燥膜厚1.5μmの塗膜を形成した。凹部の深さは1.5μmであった。その塗膜に活材のペースト(10μm・LCO:100部、PVDF:2部)を塗工・乾燥後、活材の密着性をピール強度にて評価した。得られた結果を表1に示す。
Example 1
A slurry of 20 parts of carbon black as a carbon material, 2 parts of CMC as a dispersant and 78 parts of pure water was prepared.
With respect to the prepared slurry, 15 parts of an aqueous polyolefin solution was added as a binder to a carbon black solution pulverized to an average particle size of 450 nm using a bead mill, and a sufficiently uniformly dispersed paint was prepared using a stirrer. The prepared coating is applied to an aluminum foil by a gravure coating machine using the gravure plate 1 (clearance 0.2 mm pitch, one side of area 12 is 0.1 mm, one side of area 13 is 0.1 mm) shown in FIG. And a dry film thickness of 1.5 μm was formed. The depth of the recess was 1.5 μm. After applying and drying a paste of active material (10 μm · LCO: 100 parts, PVDF: 2 parts) on the coating film, the adhesion of the active material was evaluated by peel strength. The obtained results are shown in Table 1.

膜厚は、上述したように50mm×50mmにカットした塗工品(カーボンコート層+集電箔)の重量を測定したのち、溶媒を用いカーボンコート層を綺麗にはがし取ったあとの集電箔の重量を測定し、重量差より測定した。
凹凸差は上述したように断面をSEM観察することで測定する。測定は凸部および凹部の各5箇所で行い、それらを平均して算出した。
粒度は動的光散乱法で測定した。
ピール強度は上述したように測定した。
The film thickness measures the weight of the coated product (carbon coat layer + current collector foil) cut into 50 mm x 50 mm as described above, and the current collector foil after the carbon coat layer is finely peeled off using a solvent Weight was measured and measured from the weight difference.
The unevenness difference is measured by SEM observation of the cross section as described above. The measurement was performed at each of five places of the convex and the concave, and the average was calculated.
Particle size was measured by dynamic light scattering.
Peel strength was measured as described above.

(実施例2)
実施例1のカーボンブラック溶液に5μmの黒鉛粉末を添加し同じくビーズミルを用い、分散液を作成後、同じく15部のポリオレフィン水溶液を添加し塗料を作成した。同様に、図2に示したグラビア版1(クリアランス0.2mmピッチ、領域13の一辺が0.1mm)を用いたグラビア塗工機を用いアルミ箔に塗工し、乾燥膜厚1.5μmの塗膜を形成し、同活材ペーストを塗工・乾燥後活材の密着性をピール強度にて評価を行った。得られた結果を表1に示す。
(Example 2)
After adding 5 μm of graphite powder to the carbon black solution of Example 1 and using the same bead mill to prepare a dispersion, a coating solution was prepared by adding 15 parts of an aqueous polyolefin solution as well. Similarly, a gravure coating machine using the gravure plate 1 (clearance 0.2 mm pitch, one side of area 13 is 0.1 mm) shown in FIG. 2 is applied to aluminum foil using a gravure coating machine, and a coating film having a dry film thickness of 1.5 μm is obtained. After forming and coating and drying the active material paste, the adhesion of the active material was evaluated by peel strength. The obtained results are shown in Table 1.

(実施例3)
実施例2の黒鉛粉末を添加した塗料を用い、図3に示すグラビア版2(クリアランス0.3mmピッチ、領域13の一辺が0.2mm)を用いたグラビア塗工機を用いアルミ箔に塗工し、乾燥膜厚1.5μmの塗膜を形成し、同活材ペーストを塗工・乾燥後活材の密着性をピール強度にて評価を行った。得られた結果を表1に示す。
(Example 3)
Using the coating material to which the graphite powder of Example 2 is added, aluminum foil is coated using a gravure coating machine using the gravure plate 2 (clearance 0.3 mm pitch, side of area 13 0.2 mm) shown in FIG. A coating film having a dry film thickness of 1.5 μm was formed, and after coating and drying the active material paste, the adhesion of the active material was evaluated by peel strength. The obtained results are shown in Table 1.

(比較例)
実施例1の塗料を用い、凹凸の無い平坦な版を用いたグラビア塗工機にてアルミ箔に塗工し、乾燥膜厚1.5μmの塗膜を形成し、同活材ペーストを塗工・乾燥後活材の密着性をピール強度にて評価を行った。得られた結果を表1に示す。
(Comparative example)
Using the coating composition of Example 1, the aluminum plate is coated with a gravure coating machine using a flat plate having no unevenness to form a coating having a dry film thickness of 1.5 μm, and the same active material paste is applied The adhesion of the active material after drying was evaluated by the peel strength. The obtained results are shown in Table 1.

Figure 2019087489
Figure 2019087489

なお、表1の値は、プライマー層を塗工せず、活材ペーストのみ塗工した塗膜のピール強度を評価したときの数値を「100」としたときの相対値を示している。   The values in Table 1 indicate relative values when the peel strength of a coating film coated only with the active material paste is evaluated without applying the primer layer and the numerical value is "100".

比較例の結果から、プレーン箔に直接活材塗工するより、炭素材料を含むプライマー箔を作成するだけでも、ピール強度が約2倍強くなることが分かる。そして、実施例1〜3の結果から、クリアランス0.2または0.3mmピッチの格子模様の付いたグラビア版を用い塗工することにより、プライマー箔の2.5倍以上、プレーン箔と比較すると5倍以上ピール強度が強くなっていることが分かる。以上から、本発明により、界面抵抗を低減することができ、サイクル特性を向上させることができる。   From the results of the comparative example, it can be seen that the peel strength is about twice as strong by preparing a primer foil containing a carbon material rather than directly coating active material on a plain foil. And from the results of Examples 1 to 3, by coating using a gravure plate with a grid pattern with a clearance of 0.2 or 0.3 mm pitch, the peel strength is 2.5 times or more of the primer foil, or 5 times or more compared to plain foil You can see that is getting stronger. As described above, according to the present invention, interface resistance can be reduced and cycle characteristics can be improved.

本発明によれば、グラビア塗工機を用いて、カーボンコート層の表面に所定の形状の凹凸パターンを形成し、該凹凸パターンが形成されたカーボンコート層の表面に炭素材料による凹凸を設けることによって、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ等の集電体において、正極や負極の活材層との密着性を改善し、内部抵抗を低くすることができる。   According to the present invention, a concavo-convex pattern of a predetermined shape is formed on the surface of the carbon coat layer using a gravure coating machine, and the concavo-convex with a carbon material is provided on the surface of the carbon coat layer on which the concavo-convex pattern is formed. Thus, in a current collector such as a lithium ion battery or a lithium ion capacitor, adhesion to the active material layer of the positive electrode or the negative electrode can be improved, and internal resistance can be lowered.

1,2,10 グラビア版
11 カップ
12 カップが彫られた領域
13 カップが彫られていない領域
B 土手
C クリアランス
1, 2, 10 Gravure version 11 cup 12 cup engraved area 13 cup uncarved area B bank C clearance

Claims (18)

集電体上に設けられた、炭素材料を含むカーボンコート層であって、
活材と接触する側の表面に所定の凹凸パターンを有し、
前記炭素材料により凹凸が前記凹凸パターンを有する表面に設けられていることを特徴とするカーボンコート層。
A carbon coat layer comprising a carbon material provided on a current collector,
The surface on the side in contact with the active material has a predetermined uneven pattern,
A carbon coat layer, wherein unevenness is provided on the surface having the unevenness pattern by the carbon material.
前記凹凸パターンを構成する凹部が前記活材の最大粒径より大きな寸法を有する、請求項1に記載のカーボンコート層。   2. The carbon coat layer according to claim 1, wherein the concave portion constituting the concavo-convex pattern has a dimension larger than the maximum particle diameter of the active material. 前記凹凸パターンを構成する凹部の寸法は0.01mm以上10mm以下である、請求項1または2に記載のカーボンコート層。   The carbon coat layer according to claim 1 or 2 whose size of a crevice which constitutes said concavo-convex pattern is 0.01 mm or more and 10 mm or less. 前記炭素材料による凹凸の高低差は0.5μm以上4.0μm以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のカーボンコート層。   The carbon coat layer according to any one of claims 1 to 3, wherein the height difference of the unevenness by the carbon material is 0.5 μm or more and 4.0 μm or less. 前記炭素材料は、カーボンブラック、黒鉛、グラフェンおよびカーボンナノチューブからなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のカーボンコート層。   The carbon coat layer according to any one of claims 1 to 4, wherein the carbon material is at least one selected from the group consisting of carbon black, graphite, graphene and carbon nanotubes. 異なる粒度の炭素材料が組み合わせられている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のカーボンコート層。   The carbon coat layer according to any one of claims 1 to 5, wherein carbon materials of different particle sizes are combined. 集電体上にカーボンコート層を作成するために用いる塗料であって、
炭素材料を含み、
粘度が10mPa・s以上10000mPa・s以下であり、
前記集電体上への塗工によって、前記炭素材料による凹凸が活材と接触する側の表面に形成されることを特徴とする、塗料。
A paint used to form a carbon coat layer on a current collector,
Containing carbon material,
Viscosity is 10 mPa · s or more and 10000 mPa · s or less,
The coating material characterized in that the unevenness | corrugation by the said carbon material is formed in the surface of the side which contacts an active material by coating on the said collector.
前記炭素材料は、カーボンブラック、黒鉛、グラフェンおよびカーボンナノチューブからなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項7に記載の塗料。   The paint according to claim 7, wherein the carbon material is at least one selected from the group consisting of carbon black, graphite, graphene and carbon nanotubes. 異なる粒度の炭素材料が組み合わせられている、請求項7または8に記載の塗料。   The paint according to claim 7 or 8, wherein carbon materials of different particle sizes are combined. 請求項1〜6のいずれか一項に記載のカーボンコート層を有する集電体。   The current collector which has a carbon coat layer according to any one of claims 1 to 6. 請求項10に記載の集電体含む電池。   A battery comprising the current collector according to claim 10. 炭素材料による凹凸が活材と接触する側に設けられているカーボンコート層を集電体上に形成する方法であって、以下の工程:
炭素材料が含まれる塗料を用意すること、および
グラビア塗工機を用いて前記塗料を前記集電体上に塗布すること
を含み、
前記グラビア塗工機のグラビア版が、前記集電体上の前記カーボンコート層の形成領域に対応する領域に、複数のカップが形成された領域と、カップが形成されていない領域とを有することを特徴とする方法。
It is a method of forming on a current collector a carbon coat layer provided on the side where irregularities due to a carbon material come in contact with an active material, and the following steps:
Providing a paint comprising a carbon material, and applying the paint on the current collector using a gravure coating machine,
The gravure plate of the gravure coating machine has a region in which a plurality of cups are formed and a region in which no cups are formed in the region corresponding to the formation region of the carbon coat layer on the current collector. How to feature
前記カップが形成されていない領域が前記活材の最大粒径より大きな寸法を有する、請求項12に記載の方法。   The method according to claim 12, wherein the area in which the cup is not formed has a dimension larger than the maximum particle size of the active material. 前記カップが形成されていない領域の寸法は0.01mm以上10mm以下である、請求項12または13に記載の方法。   The method according to claim 12 or 13, wherein the dimension of the region in which the cup is not formed is 0.01 mm or more and 10 mm or less. 前記塗料が請求項7〜9のいずれか一項に記載の塗料である、請求項12〜14のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 12 to 14, wherein the paint is the paint according to any one of claims 7-9. 集電体上に炭素材料を含むカーボンコート層を形成するためのグラビア版であって、
前記集電体上の前記カーボンコート層の形成領域に対応する領域に、複数のカップが形成された領域と、カップが形成されていない領域とを有することを特徴とするグラビア版。
A gravure plate for forming a carbon coat layer containing a carbon material on a current collector,
A gravure printing plate having a region in which a plurality of cups are formed and a region in which a cup is not formed in a region corresponding to a region where the carbon coat layer is formed on the current collector.
前記カップが形成されていない領域が、前記カーボンコート層上に設けられる活材の最大粒径より大きな寸法を有する、請求項16に記載のグラビア版。   The gravure plate according to claim 16, wherein the area in which the cup is not formed has a dimension larger than the maximum particle size of the active material provided on the carbon coat layer. 前記カップが形成されていない領域の寸法が0.01mm以上10mm以下である、請求項16または17に記載のグラビア版。   The gravure plate according to claim 16 or 17, wherein the dimension of the area in which the cup is not formed is 0.01 mm or more and 10 mm or less.
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