JP7690888B2 - slurry - Google Patents
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Description
本願はスラリーに関する。 This application relates to slurries.
電池の活物質層を形成するために、活物質層を構成する材料を含有するスラリーを用いる場合がある。スラリーを用いる場合、所定の基材にスラリーを塗布して乾燥することにより活物質層が得られる。 In order to form the active material layer of a battery, a slurry containing the materials that make up the active material layer may be used. When using a slurry, the active material layer is obtained by applying the slurry to a specified substrate and drying it.
特許文献1は、硫化物固体電解質と2種の溶媒とを含むスラリーを開示している。また、同文献には、当該スラリーに活物質を含有してもよいことが記載されている。特許文献2は、酸化物活物質と、固体電解質と、分散媒と、導電助材および結着材の少なくとも一方を含有するスラリーの製造方法を開示している。特許文献3は、シリコンナノ粒子と、有機溶媒と、分散剤とを含有する懸濁液を開示している。 Patent Document 1 discloses a slurry containing a sulfide solid electrolyte and two types of solvents. The document also describes that the slurry may contain an active material. Patent Document 2 discloses a method for producing a slurry containing an oxide active material, a solid electrolyte, a dispersion medium, and at least one of a conductive assistant and a binder. Patent Document 3 discloses a suspension containing silicon nanoparticles, an organic solvent, and a dispersant.
溶媒と、シリコン粒子と、硫化物固体電解質と、分散剤とを含有するスラリーを作製する場合、分散剤は硫化物固体電解質に優先的に吸着し、シリコン粒子が凝集してしまう問題がある。これは、一般的に硫化物固体電解質の表面に存在する酸点(例えば、Li)、塩基点(例えば、S)の数が、シリコン粒子の表面に存在する酸点、塩基点の数よりも多いためである(酸点、塩基点に分散剤が吸着する)。また、シリコン粒子が凝集するとその凝集体を核として、分散していた固体電解質やシリコン粒子が凝集し、凝集体が生じる問題がある。特に100μm以上の凝集物が存在すると、塗工不良が生じる虞がある。 When preparing a slurry containing a solvent, silicon particles, a sulfide solid electrolyte, and a dispersant, the dispersant preferentially adsorbs to the sulfide solid electrolyte, causing the silicon particles to aggregate. This is because the number of acid sites (e.g., Li) and base sites (e.g., S) present on the surface of the sulfide solid electrolyte is generally greater than the number of acid sites and base sites present on the surface of the silicon particles (the dispersant is adsorbed to the acid sites and base sites). In addition, when the silicon particles aggregate, the dispersed solid electrolyte and silicon particles aggregate around the aggregates, resulting in the problem of agglomerates. In particular, if aggregates of 100 μm or more are present, there is a risk of poor coating.
そこで、本開示の主な目的は、上記実情を鑑み、分散性を向上することができるスラリーを提供することである。 Therefore, the main objective of this disclosure is to provide a slurry that can improve dispersibility in light of the above circumstances.
本開示は、上記課題を解決するための一つの態様として、溶媒と、非晶質シリコン粒子と、固体電解質と、分散剤と、を含有し、溶媒はハンセン溶解度パラメータの極性項δPが4以下である低極性溶媒を含み、分散剤が両親媒性ポリマーを含有し、溶媒と非晶質シリコン粒子とを混合した分散媒のパルスNMRによって測定される相対緩和速度をRspとし、溶媒と非晶質シリコン粒子と分散剤とを混合した分散媒のパルスNMRによって測定される相対緩和速度をRsp´としたとき、相対緩和速度比Rsp´/Rspが1.0未満であるスラリーを提供する。 As one aspect for solving the above problem, the present disclosure provides a slurry containing a solvent, amorphous silicon particles, a solid electrolyte, and a dispersant, the solvent including a low polarity solvent having a polarity term δP of the Hansen solubility parameter of 4 or less, the dispersant including an amphiphilic polymer, and a relative relaxation rate ratio Rsp'/Rsp of less than 1.0, where Rsp is the relative relaxation rate measured by pulse NMR of the dispersion medium in which the solvent and the amorphous silicon particles are mixed, and Rsp' is the relative relaxation rate measured by pulse NMR of the dispersion medium in which the solvent, the amorphous silicon particles, and the dispersant are mixed.
本開示のスラリーによれば、分散性を向上することができる。 The slurry disclosed herein can improve dispersibility.
[スラリー]
本開示のスラリーは、溶媒と、非晶質シリコン粒子と、固体電解質と、分散剤と、を含有し、溶媒はハンセン溶解度パラメータの極性項δPが4以下である低極性溶媒を含み、分散剤が両親媒性ポリマーを含有し、溶媒と非晶質シリコン粒子とを混合した分散媒のパルスNMRによって測定される相対緩和速度をRspとし、溶媒と非晶質シリコン粒子と分散剤とを混合した分散媒のパルスNMRによって測定される相対緩和速度をRsp´としたとき、相対緩和速度比Rsp/Rsp´が1.0未満である。
[slurry]
The slurry of the present disclosure contains a solvent, amorphous silicon particles, a solid electrolyte, and a dispersant, the solvent includes a low-polarity solvent having a polarity term δP of the Hansen solubility parameter of 4 or less, the dispersant contains an amphiphilic polymer, and when the relative relaxation rate of the dispersion medium obtained by mixing the solvent and the amorphous silicon particles is Rsp and the relative relaxation rate of the dispersion medium obtained by mixing the solvent, the amorphous silicon particles, and the dispersant is Rsp', the relative relaxation rate ratio Rsp/Rsp' is less than 1.0.
非晶質シリコン粒子を使用することにより、結晶質シリコン粒子に比べて表面欠陥や結晶粒界が低減し、表面エネルギーを低下させることができるため、凝集を抑制することができる。また、溶媒がハンセン溶解度パラメータの極性項δPが4以下である低極性溶媒を含むことで、溶媒とスラリー中の固形分、特に固体電解質との反応を抑制することができる。さらに、分散剤が両親媒性ポリマーを含有し、かつ相対緩和速度比Rsp/Rsp´が1.0未満であることにより、分散媒を介して溶媒和される非晶質シリコン粒子の割合を高め、スラリーに含有される材料を適切に分散することができる。従って、本開示のスラリーによれば、分散性を向上することができる。 By using amorphous silicon particles, surface defects and grain boundaries are reduced compared to crystalline silicon particles, and surface energy can be reduced, thereby suppressing aggregation. In addition, by including a low-polarity solvent with a polarity term δP of the Hansen solubility parameter of 4 or less, the reaction between the solvent and the solid content in the slurry, particularly the solid electrolyte, can be suppressed. Furthermore, by including an amphipathic polymer in the dispersant and having a relative relaxation rate ratio Rsp/Rsp' of less than 1.0, the proportion of amorphous silicon particles solvated via the dispersion medium can be increased, and the materials contained in the slurry can be appropriately dispersed. Therefore, the slurry of the present disclosure can improve dispersibility.
また、分散性が低いスラリーから得られる活物質層は剥離強度が低い問題があったが、本開示のスラリーによればこの問題も解決することができる。すなわち、本開示のスラリーは分散性が高いため、当該スラリーから得られる活物質層は電池製造に適用可能な剥離強度を有する。 In addition, active material layers obtained from slurries with low dispersibility have a problem of low peel strength, but the slurry disclosed herein can solve this problem. In other words, because the slurry disclosed herein has high dispersibility, the active material layers obtained from the slurry have a peel strength that is applicable to battery manufacturing.
以下、本開示のスラリーについてさらに説明する。 The slurry of this disclosure is further described below.
<溶媒>
本開示における溶媒はハンセン溶解度パラメータの極性項δPが4以下の低極性溶媒を含む。溶媒は低極性溶媒以外の溶媒を含んでいてもよい。低極性溶媒以外の溶媒は特に限定されず、通常スラリーに用いられる公知の溶媒でよい。
<Solvent>
The solvent in the present disclosure includes a low polarity solvent having a polarity term δP of the Hansen solubility parameter of 4 or less. The solvent may include a solvent other than the low polarity solvent. The solvent other than the low polarity solvent is not particularly limited, and may be a known solvent that is usually used for slurries.
(低極性溶媒)
低極性溶媒はハンセン溶解度パラメータの極性項δPが4以下である。ハンセン溶解度パラメータの極性項δPは、Hansen Solubility Parameters: A user's handbook, Second Edition. Boca Raton, Fla: CRC Press.(Hansen, Charles (2007))から求めることができる。なお、溶解度の単位はMPa0.5である。
(Low polarity solvent)
A low polarity solvent has a polarity term δP of the Hansen solubility parameter of 4 or less. The polarity term δP of the Hansen solubility parameter can be obtained from Hansen Solubility Parameters: A user's handbook, Second Edition. Boca Raton, Fla: CRC Press. (Hansen, Charles (2007)). The unit of solubility is MPa 0.5 .
低極性溶媒は、テトラリン(δP=2)、酪酸ブチル(δP=2.9)、ジイソブチルケトン(δP=3.7)、メシチレン(δP=0.6)、ヘプタン(δP=0)、ジブチルエーテル(δP=3.4)、デカン(δP=0)、トルエン(δP=1.4)等が挙げられる。これらは単一で用いられていてもよく、複数を混合して用いられてもよい。 Low polarity solvents include tetralin (δP = 2), butyl butyrate (δP = 2.9), diisobutyl ketone (δP = 3.7), mesitylene (δP = 0.6), heptane (δP = 0), dibutyl ether (δP = 3.4), decane (δP = 0), toluene (δP = 1.4), etc. These may be used alone or in combination.
溶媒における低極性溶媒の含有量は特に限定されないが、例えば50重量%以上としてもよく、80重量%以上としてもよく、90重量%以上としてもよく、95重量%以上としてもよく、100重量%としてもよい。 The content of the low polarity solvent in the solvent is not particularly limited, but may be, for example, 50% by weight or more, 80% by weight or more, 90% by weight or more, 95% by weight or more, or 100% by weight.
溶媒が低極性溶媒を含有することにより、溶媒とスラリー中の固形分、特に固体電解質との反応を抑制することができる。 By containing a low polarity solvent, the reaction between the solvent and the solids in the slurry, particularly the solid electrolyte, can be suppressed.
<非晶質シリコン粒子>
本開示のスラリーは非晶質シリコン粒子を含有する。非晶質シリコン粒子は、上述した通り、結晶質シリコン粒子に比べて表面欠陥や結晶粒界を低減し、表面エネルギーを低下させることができるため、凝集を抑制することができる。
<Amorphous silicon particles>
The slurry of the present disclosure contains amorphous silicon particles. As described above, the amorphous silicon particles can reduce surface defects and grain boundaries and reduce surface energy compared to crystalline silicon particles, thereby suppressing aggregation.
非晶質シリコン粒子の形状は特に限定されず、例えば球状、楕円球状、柱状、鱗片状が挙げられる。また、非晶質シリコン粒子は多孔質(ポーラス)であってもよい。 The shape of the amorphous silicon particles is not particularly limited, and may be, for example, spherical, elliptical, cylindrical, or scaly. The amorphous silicon particles may also be porous.
非晶質シリコン粒子の粒径は特に限定されないが、0.1μm以上としてもよく、1μm以上としてもよく、20μm以下としてもよく、10μm以下としてもよく、5μm以下としてもよい。 The particle size of the amorphous silicon particles is not particularly limited, but may be 0.1 μm or more, 1 μm or more, 20 μm or less, 10 μm or less, or 5 μm or less.
本明細書における「粒径」とは、走査型電子顕微鏡(SEM)で粒子を観察し、各粒子に外接する矩形の長辺を直径として集計し、粒子数で除算して平均した値として求めることができる。測定する粒子数は少なくとも10個以上とする。好ましくは100個以上である。 In this specification, "particle size" can be determined by observing particles with a scanning electron microscope (SEM), counting the diameter of the long side of the rectangle circumscribing each particle, and dividing the average by the number of particles. The number of particles to be measured should be at least 10 or more. Preferably, it is 100 or more.
スラリーに含有される全固形分に対する非晶質シリコン粒子の含有量は特に限定されないが、例えば30重量%以上としてもよく、50重量%以上としてもよく、80重量%以下としてもよく、60重量%以下としてもよい。 The content of amorphous silicon particles relative to the total solid content in the slurry is not particularly limited, but may be, for example, 30% by weight or more, 50% by weight or more, 80% by weight or less, or 60% by weight or less.
<固体電解質>
本開示の固体電解質はLiイオン電導性を有し、全固体リチウムイオン電池に適用可能な固体電解質であれば特に限定されない。固体電解質は、ガラス質(非結晶質)であってもよく、結晶化ガラス質であってもよく、結晶質であってもよい。固体電解質としては、例えば硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、窒化物固体電解質、及びハロゲン化物固体電解質が挙げられる。好ましくは硫化物固体電解質である。
<Solid electrolyte>
The solid electrolyte of the present disclosure is not particularly limited as long as it has Li ion conductivity and is applicable to all-solid-state lithium ion batteries. The solid electrolyte may be vitreous (amorphous), crystallized vitreous, or crystalline. Examples of the solid electrolyte include sulfide solid electrolytes, oxide solid electrolytes, nitride solid electrolytes, and halide solid electrolytes. The sulfide solid electrolyte is preferred.
硫化物固体電解質は、Li元素と、M元素(Mは、P、Ge、Si、Sn、BおよびAlの少なくとも一種であることが好ましい)と、S元素とを含有することが好ましい。硫化物固体電解質は、ハロゲン元素をさらに含有していてもよい。ハロゲン元素としては、例えば、F元素、Cl元素、Br元素、I元素が挙げられる。また、非晶質硫化物固体電解質は、O元素をさらに含有していてもよい。 The sulfide solid electrolyte preferably contains Li, M (M is preferably at least one of P, Ge, Si, Sn, B, and Al), and S. The sulfide solid electrolyte may further contain a halogen element. Examples of halogen elements include F, Cl, Br, and I. The amorphous sulfide solid electrolyte may further contain O.
硫化物固体電解質としては、例えば、Li2S-P2S5、Li2S-P2S5-LiI、Li2S-P2S5-GeS2、Li2S-P2S5-Li2O、Li2S-P2S5-Li2O-LiI、Li2S-P2S5-LiI-LiBr、Li2S-SiS2、Li2S-SiS2-LiI、Li2S-SiS2-LiBr、Li2S-SiS2-LiCl、Li2S-SiS2-B2S3-LiI、Li2S-SiS2-P2S5-LiI、Li2S-B2S3、Li2S-P2S5-ZmSn(ただし、m、nは正の数。Zは、Ge、Zn、Gaのいずれか。)、Li2S-GeS2、Li2S-SiS2-Li3PO4、Li2S-SiS2-LixMOy(ただし、x、yは正の数。Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれか。)が挙げられる。 Examples of the sulfide solid electrolyte include Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-P 2 S 5 -GeS 2 , Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O-LiI, Li 2 S-P 2 S 5 -LiI-LiBr, Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-SiS 2 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -LiBr, Li 2 S-SiS 2 -LiCl, Li 2 S-SiS 2 -B 2 S 3 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-B 2 S 3 , Li 2 S-P 2 S 5 -Z m S n (where m and n are positive numbers, and Z is Ge, Zn, or Ga), Li 2 S-GeS 2 , Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 , and Li 2 S-SiS 2 -Li x MO y (where x and y are positive numbers, and M is P, Si, Ge, B, Al, Ga, or In).
酸化物固体電解質としては、例えば、リチウムランタンジルコニウム含有複合酸化物(LLZO)、Alドープ-LLZO、リチウムランタンチタン含有複合酸化物(LLTO)、Alドープ-LLTO、リン酸リチウムオキシナイトライド(LIPON)等が挙げられる。窒化物固体電解質としては、例えば、Li3N、Li3N-LiI-LiOHが挙げられる。ハロゲン化物固体電解質としては、例えば、LiF、LiCl、LiBr、LiI、LiI-Al2O3が挙げられる。 Examples of oxide solid electrolytes include lithium lanthanum zirconium-containing composite oxide (LLZO), Al-doped LLZO, lithium lanthanum titanium-containing composite oxide (LLTO), Al-doped LLTO, and lithium oxynitride phosphate (LIPON). Examples of nitride solid electrolytes include Li 3 N and Li 3 N-LiI-LiOH. Examples of halide solid electrolytes include LiF, LiCl, LiBr, LiI, and LiI-Al 2 O 3 .
固体電解質の形状は特に限定されず、例えば球状、楕円球状、柱状、鱗片状が挙げられる。 The shape of the solid electrolyte is not particularly limited, and examples include spheres, ellipsoids, columns, and scales.
固体電解質の粒径は特に限定されないが、0.1μm以上としてもよく、1μm以上としてもよく、20μm以下としてもよく、10μm以下としてもよく、5μm以下としてもよい。 The particle size of the solid electrolyte is not particularly limited, but may be 0.1 μm or more, 1 μm or more, 20 μm or less, 10 μm or less, or 5 μm or less.
スラリーに含有される全固形分に対する固体電解質の割合は特に限定されないが、例えば20重量%以上でもよく、30重量%以上でもよく、40重量%以上でもよく、60重量%以下でもよく、50重量%以下でもよい。 The ratio of the solid electrolyte to the total solid content contained in the slurry is not particularly limited, but may be, for example, 20% by weight or more, 30% by weight or more, 40% by weight or more, 60% by weight or less, or 50% by weight or less.
<分散剤>
本開示における分散剤は両親媒性ポリマーを含有する。分散剤は両親媒性ポリマー以外の分散剤を含んでもよい。両親媒性ポリマー以外の分散剤は特に限定されず、通常スラリーに用いられる公知の分散剤でよい。例えば、公知の界面活性剤が挙げられる。
<Dispersant>
The dispersant in the present disclosure contains an amphiphilic polymer. The dispersant may contain a dispersant other than the amphiphilic polymer. The dispersant other than the amphiphilic polymer is not particularly limited, and may be a known dispersant that is usually used in slurries. For example, a known surfactant may be used.
スラリーに含有される全固形分に対する分散剤の含有量は特に限定されないが、例えば、0.1重量%以上でもよく、0.5重量%以上でもよく、0.8重量%以上でもよく、5重量%以下でもよく、2重量%以下でもよく、1重量%以下でもよい。 The content of the dispersant relative to the total solid content in the slurry is not particularly limited, but may be, for example, 0.1% by weight or more, 0.5% by weight or more, 0.8% by weight or more, 5% by weight or less, 2% by weight or less, or 1% by weight or less.
(両親媒性ポリマー)
両親媒性ポリマーは親水性官能基と疎水性官能基とを有するポリマーである。親水性官能基としては、3級アミノ基やピリジル基、イミダゾール基等の反応性を有する水素を有さない窒素含有官能基が挙げられる。疎水性官能基としては、アルキル基等の炭化水素基が挙げられる。両親媒性ポリマーは2種以上の繰り返し単位を有していてもよい。また、重合の形式はランダムでもブロックでもよい。両親媒性ポリマーとしては、上記溶媒に可溶であれば特に限定されないが、例えばポリアルキレンアミンやアルキルアクリレートと3級ビニルアミンとの共重合体(ランダム共重合体でもよく、ブロック共重合体でもよい。)が挙げられる。
(Amphiphilic polymer)
The amphiphilic polymer is a polymer having a hydrophilic functional group and a hydrophobic functional group. Examples of the hydrophilic functional group include reactive nitrogen-containing functional groups having no hydrogen, such as a tertiary amino group, a pyridyl group, and an imidazole group. Examples of the hydrophobic functional group include a hydrocarbon group such as an alkyl group. The amphiphilic polymer may have two or more kinds of repeating units. The polymerization form may be random or block. The amphiphilic polymer is not particularly limited as long as it is soluble in the above-mentioned solvent, and examples thereof include polyalkyleneamines and copolymers of alkyl acrylate and tertiary vinylamine (which may be random copolymers or block copolymers).
スラリーが両親媒性ポリマーを含有することにより、固体電解質にも、非晶質シリコン粒子にも吸着することができるため、凝集を抑制し、スラリーの分散性を向上することができる。 The slurry contains an amphiphilic polymer, which can adsorb to both the solid electrolyte and the amorphous silicon particles, suppressing aggregation and improving the dispersibility of the slurry.
両親媒性ポリマーの分子量は特に限定されないが、例えば5000~50000としてもよく、5000~10000としてもよい。両親媒性ポリマーの分子量は、ポリスチレンスタンダードを用いた、サイズ排除クロマトグラフィーの溶出時間から換算することができる。 The molecular weight of the amphiphilic polymer is not particularly limited, but may be, for example, 5,000 to 50,000, or 5,000 to 10,000. The molecular weight of the amphiphilic polymer can be calculated from the elution time of size exclusion chromatography using a polystyrene standard.
両親媒性ポリマーの重合度は特に限定されないが、例えば50~500である。両親媒性ポリマーの重合度は、ポリスチレンスタンダードを用いた、サイズ排除クロマトグラフィーの溶出時間から換算することができる。 The degree of polymerization of the amphiphilic polymer is not particularly limited, but is, for example, 50 to 500. The degree of polymerization of the amphiphilic polymer can be calculated from the elution time of size exclusion chromatography using a polystyrene standard.
分散剤における両親媒性ポリマーの含有量は特に限定されないが、例えば50重量%以上としてもよく、80重量%以上としてもよく、90重量%以上としてもよく、95重量%以上としてもよく、100重量%としてもよい。 The content of the amphiphilic polymer in the dispersant is not particularly limited, but may be, for example, 50% by weight or more, 80% by weight or more, 90% by weight or more, 95% by weight or more, or 100% by weight.
<バインダ>
本開示のスラリーは任意の成分としてバインダが含有されていてもよい。バインダとしては、リチウムイオン電池に適用可能なバインダであれば特に限定されない。例えば、ブタジエンゴム(BR)、ブチレンゴム(IIR)、アクリレートブタジエンゴム(ABR)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVdF-HFP)等が挙げられる。これらは単一で用いられていてもよく、複数種類が用いられてもよい。好ましくはPVdF-HFPである。PVdFは分極しており、活物質や固体電解質に吸着しやすく、結着力が高くなり易いためである。
<Binder>
The slurry of the present disclosure may contain a binder as an optional component. The binder is not particularly limited as long as it is applicable to lithium ion batteries. For example, butadiene rubber (BR), butylene rubber (IIR), acrylate butadiene rubber (ABR), styrene-butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), etc. may be mentioned. These may be used alone or in combination. PVdF-HFP is preferable. This is because PVdF is polarized and easily adsorbed to active materials and solid electrolytes, and the binding force is easily increased.
スラリーに含有される全固形分に対するバインダの含有量は特に限定されないが、例えば0.1重量%以上でもよく、0.3重量%以上でもよく、0.6重量%以上でもよく、0.8重量%以上でもよく、5重量%以下でもよく、2重量%以下でもよく、1.1重量%以下でもよく、1重量%以下でもよい。 The binder content relative to the total solid content in the slurry is not particularly limited, but may be, for example, 0.1% by weight or more, 0.3% by weight or more, 0.6% by weight or more, 0.8% by weight or more, 5% by weight or less, 2% by weight or less, 1.1% by weight or less, or 1% by weight or less.
<導電助剤>
本開示のスラリーは任意の成分として導電助剤が含有されていてもよい。導電助剤としては、リチウムイオン電池に適用可能なバインダであれば特に限定されない。例えば、アセチレンブラックやケッチェンブラック、気相法炭素繊維(VGCF)等の炭素材料やニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料が挙げられる。
<Conductive assistant>
The slurry of the present disclosure may contain a conductive assistant as an optional component. The conductive assistant is not particularly limited as long as it is a binder that can be applied to lithium ion batteries. For example, carbon materials such as acetylene black, ketjen black, and vapor grown carbon fiber (VGCF), and metal materials such as nickel, aluminum, and stainless steel can be mentioned.
スラリーに含有される全固形分に対する導電助剤の含有量は特に限定されないが、例えば1重量%以上でもよく、2重量%以上でもよく、4重量%以上でもよく、10重量%以下でもよく、8重量%以下でもよく、6重量%以下でもよい。 The content of the conductive additive relative to the total solid content in the slurry is not particularly limited, but may be, for example, 1% by weight or more, 2% by weight or more, 4% by weight or more, 10% by weight or less, 8% by weight or less, or 6% by weight or less.
<その他の成分>
スラリーは必要に応じてその他成分、例えば各種添加剤等を含んでもよい。
<Other ingredients>
The slurry may contain other components, such as various additives, as necessary.
<スラリー>
本開示のスラリーは、溶媒と非晶質シリコン粒子とを混合した分散媒のパルスNMRによって測定される相対緩和速度をRspとし、溶媒と非晶質シリコン粒子と分散剤とを混合した分散媒のパルスNMRによって測定される相対緩和速度をRsp´としたとき、相対緩和速度比Rsp´/Rspが1.0未満である。
<Slurry>
In the slurry of the present disclosure, when the relative relaxation rate of a dispersion medium obtained by mixing a solvent and amorphous silicon particles is measured by pulse NMR as Rsp, and the relative relaxation rate of a dispersion medium obtained by mixing a solvent, amorphous silicon particles, and a dispersant is measured by pulse NMR as Rsp', the relative relaxation rate ratio Rsp'/Rsp is less than 1.0.
相対緩和速度比Rsp´/Rspは次のように算出する。まず、溶媒のみのブランク、溶媒と非晶質Si粒子とを重量割合80:20で混合したサンプル1、及び、溶媒と非晶質シリコン粒子と分散剤とを重量割合80:19.7:0.3で混合したサンプル2を作製する。次に、ブランク、及びサンプル1,2を用いて、パルスNMRを用いたCPMG法によるT2緩和時間をそれぞれ測定する。そして、(ブランク緩和時間)/(サンプル緩和時間)-1を計算し、相対緩和速度Rsp、Rsp´をそれぞれ算出する。そして、相対緩和速度比Rsp´/Rspを算出する。 The relative relaxation rate ratio Rsp'/Rsp is calculated as follows. First, a blank containing only solvent, sample 1 in which solvent and amorphous Si particles are mixed in a weight ratio of 80:20, and sample 2 in which solvent, amorphous silicon particles, and dispersant are mixed in a weight ratio of 80:19.7:0.3 are prepared. Next, the blank and samples 1 and 2 are used to measure the T2 relaxation time using the CPMG method with pulsed NMR. Then, (blank relaxation time)/(sample relaxation time)-1 is calculated to calculate the relative relaxation rates Rsp and Rsp'. Then, the relative relaxation rate ratio Rsp'/Rsp is calculated.
相対緩和速度比Rsp´/Rspが1.0未満であることにより、非晶質シリコン粒子に分散剤が吸着しやすくなる。従って、非晶質シリコン粒子が溶媒和されやすくなり、スラリーの分散性が向上する。 When the relative relaxation rate ratio Rsp'/Rsp is less than 1.0, the dispersant is more easily adsorbed onto the amorphous silicon particles. Therefore, the amorphous silicon particles are more easily solvated, improving the dispersibility of the slurry.
相対緩和速度比Rsp´/Rspは1.0未満であれば特に限定されないが、例えば0.95以下でもよく、0.92以下でもよく、0.8以上でもよく、0.81以上でもよい。 The relative relaxation rate ratio Rsp'/Rsp is not particularly limited as long as it is less than 1.0, but may be, for example, 0.95 or less, 0.92 or less, 0.8 or more, or 0.81 or more.
本開示のスラリーの粒度は特に限定されないが、100μm未満としてもよく、50μm以下としてもよく、20μm以下としてもよく、20μm未満としてもよく、0.1μm以上としてもよく、1μm以上としてもよい。スラリーの粒度はJIS K 5600-2-5:1999に従って測定することができる。 The particle size of the slurry of the present disclosure is not particularly limited, but may be less than 100 μm, 50 μm or less, 20 μm or less, less than 20 μm, 0.1 μm or more, or 1 μm or more. The particle size of the slurry can be measured according to JIS K 5600-2-5:1999.
本開示のスラリーは各成分と溶媒とを混合することにより得ることができる。混合方法は特に限定されず、公知の方法により実施することができる。例えば、溶媒に各成分を添加しながら、混合することにより本開示のスラリーが得られる。混合方法は特に限定されず、ブレンダーを用いてもよく、超音波を用いてもよい。 The slurry of the present disclosure can be obtained by mixing each component with a solvent. The mixing method is not particularly limited, and can be performed by a known method. For example, the slurry of the present disclosure can be obtained by adding each component to a solvent while mixing. The mixing method is not particularly limited, and a blender or ultrasound may be used.
本開示のスラリーはリチウムイオン電池用、特に全固体リチウムイオン電池用の活物質層を形成するために用いられる。活物質層は正極活物質層であっても負極層であってもよいが、好ましくは負極活物質層である。 The slurry of the present disclosure is used to form an active material layer for a lithium ion battery, particularly an all-solid-state lithium ion battery. The active material layer may be a positive electrode active material layer or a negative electrode layer, but is preferably a negative electrode active material layer.
[負極活物質層の製造方法]
本開示の負極活物質層の製造方法は、本開示のスラリーを基材に塗工する工程(塗工工程)と、塗工されたスラリーを乾燥する工程(乾燥工程)とを備える。本開示のスラリーは分散性が高いため、当該スラリーから得られる負極活物質層は、電池製造に適用可能な剥離強度を有する。従って、本開示の負極活物質層の製造方法によれば、スラリーの塗工不良の発生が抑制された負極活物質層が得られる。
[Method of manufacturing negative electrode active material layer]
The method for producing an anode active material layer according to the present disclosure includes a step of applying the slurry of the present disclosure to a substrate (application step) and a step of drying the applied slurry (drying step). The slurry of the present disclosure has high dispersibility, so that the anode active material layer obtained from the slurry has a peel strength applicable to battery production. Therefore, according to the method for producing an anode active material layer according to the present disclosure, an anode active material layer in which the occurrence of slurry application defects is suppressed can be obtained.
塗工工程は公知の方法により実施することができる。例えばドクターブレード法、ダイコート法、グラビアコート法、スプレー塗工法、静電塗工法、バー塗工法等の一般的な方法が挙げられる。また、スラリーを塗工する基材は特に限定されず、金属箔でもよく、集電体でもよく、固体電解質層でもよい。 The coating process can be carried out by a known method. For example, common methods such as doctor blade method, die coating method, gravure coating method, spray coating method, electrostatic coating method, and bar coating method can be mentioned. In addition, the substrate to which the slurry is applied is not particularly limited, and may be a metal foil, a current collector, or a solid electrolyte layer.
乾燥工程は公知の方法により実施することができる。例えば、スラリーを50℃~200℃以下の範囲に加熱してもよい。また、雰囲気を不活性雰囲気や減圧雰囲気に設定してもよい。 The drying process can be carried out by a known method. For example, the slurry may be heated to a temperature range of 50°C to 200°C. The atmosphere may also be set to an inert atmosphere or a reduced pressure atmosphere.
得られた負極活物質層の形状は特に限定されないが、シート状であることが好ましい。負極活物質層の厚みは特に限定されず、所望の電池性能に応じて適宜設定すればよい。例えば、0.1μm以上1mm以下の範囲である。 The shape of the obtained negative electrode active material layer is not particularly limited, but it is preferably in the form of a sheet. The thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited and may be set appropriately according to the desired battery performance. For example, it is in the range of 0.1 μm to 1 mm.
[全固体電池の製造方法]
本開示の全固体電池の製造方法は、本開示の負極活物質層の製造方法により負極活物質層を作製する工程(負極活物質層作製工程)と、正極活物質層を作製する工程(正極活物質層作製工程)と、固体電解質層を作製する工程(固体電解質層作製工程)とを、負極活物質層、固体電解質層、及び正極活物質層をこの順で積層する工程(積層工程)と、を備えている。本開示の全固体電池の製造方法によれば、スラリーの塗工不良の発生が抑制された負極活物質層を含む全固体電池が得られる。
[Method of manufacturing all-solid-state battery]
The method for producing an all-solid-state battery according to the present disclosure includes a step of producing an anode active material layer by the method for producing an anode active material layer according to the present disclosure (anode active material layer producing step), a step of producing a cathode active material layer (cathode active material layer producing step), a step of producing a solid electrolyte layer (solid electrolyte layer producing step), and a step of stacking the anode active material layer, the solid electrolyte layer, and the cathode active material layer in this order (stacking step). According to the method for producing an all-solid-state battery according to the present disclosure, an all-solid-state battery including an anode active material layer in which the occurrence of slurry coating defects is suppressed can be obtained.
<負極活物質層作製工程>
負極活物質層作製工程は、本開示の負極活物質層の製造方法により実施される。負極活物質作製工程において、スラリーを塗布する基材に負極集電体を用いてもよい。これにより、負極を作製することができる。
<Negative electrode active material layer preparation process>
The negative electrode active material layer preparation step is carried out by the method for producing a negative electrode active material layer of the present disclosure. In the negative electrode active material preparation step, a negative electrode current collector may be used as a substrate to which the slurry is applied. This allows the negative electrode to be prepared.
負極集電体の材料は、公知の材料から目的に応じて適宜選択することができる。例えば、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Ag、Al、Fe、Ti、Zn、Co、ステンレス鋼等が挙げられる。負極集電体の厚みは特に限定されず、所望の電池性能に応じて適宜設定すればよい。例えば、0.1μm以上1mm以下の範囲である。 The material of the negative electrode current collector can be appropriately selected from known materials depending on the purpose. Examples include Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Ag, Al, Fe, Ti, Zn, Co, stainless steel, etc. The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited and may be appropriately set depending on the desired battery performance. For example, it is in the range of 0.1 μm to 1 mm.
<正極活物質層作製工程>
正極活物質層作製工程は、公知の方法により実施することができる。例えば、正極活物質層を構成する材料を乾式で混合し、プレスすることにより正極活物質層が得られる。あるいは、正極活物質層を構成する材料を溶媒に分散してスラリーを形成し、得られたスラリーを基材に塗布して、乾燥することにより正極活物質層を得ることができる。基材には正極集電体を用いてもよい。これにより、正極を作製することができる。以下に、正極集電体及び正極活物質層について説明する。
<Positive electrode active material layer preparation process>
The positive electrode active material layer preparation step can be carried out by a known method. For example, the materials constituting the positive electrode active material layer are mixed in a dry state and pressed to obtain the positive electrode active material layer. Alternatively, the materials constituting the positive electrode active material layer are dispersed in a solvent to form a slurry, and the obtained slurry is applied to a substrate and dried to obtain the positive electrode active material layer. A positive electrode current collector may be used as the substrate. This allows the positive electrode to be prepared. The positive electrode current collector and the positive electrode active material layer will be described below.
正極集電体の材料は特に限定されず、公知の材料から目的に応じて適宜選択することができる。例えば、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Ag、Al、Fe、Ti、Zn、Co、ステンレス鋼等が挙げられる。正極集電体の厚みは特に限定されず、所望の電池性能に応じて適宜設定すればよい。例えば、0.1μm以上1mm以下の範囲である。 The material of the positive electrode current collector is not particularly limited, and can be appropriately selected from known materials depending on the purpose. Examples include Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Ag, Al, Fe, Ti, Zn, Co, stainless steel, etc. The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited, and can be appropriately set depending on the desired battery performance. For example, it is in the range of 0.1 μm to 1 mm.
正極活物質層は少なくとも正極活物質を含む。正極活物質としては、全固体リチウムイオン電池に使用される公知の正極活物質の中から適宜選択することができる。例えば、コバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム(NCA)、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(NCM)、マンガン酸リチウム等が挙げられる。正極活物質の粒径は特に限定されないが、例えば1μm~100μmの範囲である。正極活物質層における正極活物質の含有量は特に限定されないが、例えば50重量%~99重量%の範囲である。また、正極活物質の表面はニオブ酸リチウム層やチタン酸リチウム層、リン酸リチウム等の酸化物層で被覆されていてもよい。 The positive electrode active material layer contains at least a positive electrode active material. The positive electrode active material can be appropriately selected from known positive electrode active materials used in all-solid-state lithium-ion batteries. Examples include lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), lithium nickel cobalt manganese oxide (NCM), and lithium manganese oxide. The particle size of the positive electrode active material is not particularly limited, but is, for example, in the range of 1 μm to 100 μm. The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is, for example, in the range of 50% by weight to 99% by weight. In addition, the surface of the positive electrode active material may be covered with an oxide layer such as a lithium niobate layer, a lithium titanate layer, or a lithium phosphate layer.
正極活物質層は任意に固体電解質を備えていてもよい。固体電解質としては、全固体リチウムイオン電池に使用される公知の固体電解質の中から適宜選択することができる。例えば、上述したスラリーに含有することができる固体電解質が挙げられる。正極活物質層における固体電解質の含有量は特に限定されないが、例えば1重量%~50重量%の範囲である。 The positive electrode active material layer may optionally include a solid electrolyte. The solid electrolyte may be appropriately selected from among known solid electrolytes used in all-solid-state lithium-ion batteries. For example, the solid electrolyte may be one that can be contained in the above-mentioned slurry. The content of the solid electrolyte in the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is, for example, in the range of 1% to 50% by weight.
正極活物質層は任意に導電助剤を備えていてもよい。導電助剤としては、全固体リチウムイオン電池に使用される公知の導電助材の中から適宜選択することができる。例えば、上述したスラリーに含有することができる導電助剤が挙げられる。正極活物質層における導電助剤の含有量は特に限定されないが、例えば0.1重量%~10重量%の範囲である。 The positive electrode active material layer may optionally contain a conductive assistant. The conductive assistant can be appropriately selected from known conductive assistants used in all-solid-state lithium-ion batteries. For example, the conductive assistants that can be contained in the slurry described above can be used. The content of the conductive assistant in the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is, for example, in the range of 0.1% by weight to 10% by weight.
正極活物質層は任意にバインダを備えていてもよい。バインダとしては、全固体リチウムイオン電池に使用される公知のバインダの中から適宜選択することができる。例えば、述したスラリーに含有することができるバインダが挙げられる。正極活物質層におけるバインダの含有量は特に限定されないが、例えば0.1重量%~10重量%の範囲である。 The positive electrode active material layer may optionally contain a binder. The binder may be appropriately selected from known binders used in all-solid-state lithium-ion batteries. For example, the binder may be one that can be contained in the above-mentioned slurry. The amount of binder contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is, for example, in the range of 0.1% to 10% by weight.
正極活物質層の形状は特に限定されないが、シート状であることが好ましい。正極活物質層の厚みは特に限定されず、所望の電池性能に応じて適宜設定すればよい。例えば、0.1μm以上1mm以下の範囲である。 The shape of the positive electrode active material layer is not particularly limited, but a sheet shape is preferable. The thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited and may be set appropriately according to the desired battery performance. For example, it is in the range of 0.1 μm to 1 mm.
<固体電解質層作製工程>
固体電解質層作製工程は、公知の方法により実施することができる。例えば、固体電解質層を構成する材料を乾式で混合し、プレスすることにより固体電解質層が得られる。あるいは、固体電解質層を構成する材料を溶媒に分散してスラリーを形成し、得られたスラリーを基材に塗布して、乾燥することにより固体電解質層を得ることができる。以下に、固体電解質層について説明する。
<Solid electrolyte layer production process>
The solid electrolyte layer preparation step can be carried out by a known method. For example, the materials constituting the solid electrolyte layer are mixed in a dry state and pressed to obtain the solid electrolyte layer. Alternatively, the materials constituting the solid electrolyte layer are dispersed in a solvent to form a slurry, and the obtained slurry is applied to a substrate and dried to obtain the solid electrolyte layer. The solid electrolyte layer will be described below.
固体電解質層は少なくとも固体電解質を含む。固体電解質としては、全固体リチウムイオン電池に使用される公知の固体電解質の中から適宜選択することができる。例えば、上述したスラリーに含有することができる固体電解質が挙げられる。固体電解質層における固体電解質の含有量は特に限定されないが、例えば50重量%~99重量%の範囲である。 The solid electrolyte layer contains at least a solid electrolyte. The solid electrolyte can be appropriately selected from among known solid electrolytes used in all-solid-state lithium-ion batteries. For example, the solid electrolyte that can be contained in the slurry described above can be used. The content of the solid electrolyte in the solid electrolyte layer is not particularly limited, but is, for example, in the range of 50% to 99% by weight.
また、固体電解質層は任意にバインダを備えていてもよい。バインダとしては、全固体リチウムイオン電池に使用される公知のバインダの中から適宜選択することができる。例えば、述したスラリーに含有することができるバインダが挙げられる。固体電解質層におけるバインダの含有量は特に限定されないが、例えば0.1重量%~10重量%の範囲である。 The solid electrolyte layer may also optionally include a binder. The binder may be appropriately selected from known binders used in all-solid-state lithium-ion batteries. For example, the binder may be one that can be contained in the above-mentioned slurry. The amount of binder contained in the solid electrolyte layer is not particularly limited, but is, for example, in the range of 0.1% to 10% by weight.
固体電解質層の形状は特に限定されないが、シート状であることが好ましい。固体電解質層の厚みは特に限定されず、所望の電池性能に応じて適宜設定すればよい。例えば、0.1μm以上1mm以下の範囲である。 The shape of the solid electrolyte layer is not particularly limited, but it is preferably in the form of a sheet. The thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited and may be set appropriately according to the desired battery performance. For example, it is in the range of 0.1 μm to 1 mm.
<積層工程>
積層工程は負極活物質層、固体電解質層、及び正極活物質層をこの順で積層する工程である。これらの層を積層した後、プレスすることにより積層体を得ることができる。プレス方法は特に限定されないが、例えばロールプレスや平板プレスが挙げられる。ロールプレスの際に印加する線圧は、例えば1t/cm以上でもよく、10t/cm以下でもよい。平板プレスの際に印加する面圧は、例えば800MPa以上でもよく、3000MPa以下でもよい。
<Lamination process>
The lamination process is a process of laminating the negative electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the positive electrode active material layer in this order. After laminating these layers, a laminate can be obtained by pressing. The pressing method is not particularly limited, and examples thereof include roll pressing and flat plate pressing. The linear pressure applied during roll pressing may be, for example, 1 t/cm or more and 10 t/cm or less. The surface pressure applied during flat plate pressing may be, for example, 800 MPa or more and 3000 MPa or less.
積層工程後、負極集電体を負極活物質層の表面に、正極集電体を正極活物質層の表面に配置してもよい。 After the lamination process, the negative electrode current collector may be placed on the surface of the negative electrode active material layer, and the positive electrode current collector may be placed on the surface of the positive electrode active material layer.
なお、負極活物質層作製工程及び正極活物質層作製工程において、基材に負極集電体及び正極集電体を用いた場合は、積層工程において、負極、固体電解質層、及び正極をこの順で積層する。 When a negative electrode current collector and a positive electrode current collector are used as the substrate in the negative electrode active material layer preparation process and the positive electrode active material layer preparation process, the negative electrode, solid electrolyte layer, and positive electrode are laminated in this order in the lamination process.
本開示の全固体電の製造方法により得られた全固体電池は、単電池であってもよく、積層電池であってもよい。積層電池は、モノポーラ型積層電池(並列接続型の積層電池)であってもよく、バイポーラ型積層電池(直列接続型の積層電池)であってもよい。全固体電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型および角型が挙げられる。 The all-solid-state battery obtained by the manufacturing method of the all-solid-state battery disclosed herein may be a single cell or a stacked battery. The stacked battery may be a monopolar stacked battery (a stacked battery connected in parallel) or a bipolar stacked battery (a stacked battery connected in series). The shape of the all-solid-state battery may be, for example, a coin type, a laminate type, a cylindrical type, or a square type.
本開示のスラリーについて、実施例を用いてさらに説明する。 The slurry of this disclosure will be further explained using examples.
<スラリーの作製>
表1に記載の材料及び含有量を用いて実施例1~2及び比較例1~12のスラリーを作製した。まず、合計の容積が3.5mLとなるように材料を一度に5mLの容器に投入してスラリーを作製した。次に、得られた混合物を10℃に冷却しながら、φ3.5mmの超音波ホーンを使用して、振幅40μm、20kHzの超音波を40分間照射して、を分散した。これにより、実施例1~2及び比較例1~12のスラリーを作製した。
<Preparation of slurry>
The slurries of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-12 were prepared using the materials and contents listed in Table 1. First, the materials were charged into a 5 mL container at once so that the total volume was 3.5 mL to prepare a slurry. Next, while cooling the resulting mixture to 10°C, an ultrasonic horn with a diameter of 3.5 mm was used to irradiate ultrasonic waves with an amplitude of 40 μm and 20 kHz for 40 minutes to disperse the mixture. In this way, the slurries of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-12 were prepared.
表1中の材料について説明する。シリコン活物質(Si活物質)として、非晶質シリコン活物質及び結晶質シリコン活物質を用いた。固体電解質として硫化物固体電解質を用いた。バインダとして、PVdF-HFP又はSBRを用いた。分散剤として、両親媒性ポリマー又は低分子型界面活性剤を用いた。両親媒性ポリマーとしてはポリアルキレンアミン(分子量:約5000)を用いた。低分子型界面活性剤としてはアルキルイミダゾリン(分子量:約500)を用いた。導電助剤として、VGCFを用いた。溶媒として、ジイソブチルケトン(DIBK)、テトラリン、又は酪酸ブチルを用いた。なお、溶媒の欄に記載した(δP)はハンセン溶解度パラメータの極性項の数値である。 The materials in Table 1 are explained below. Amorphous silicon active material and crystalline silicon active material were used as the silicon active material (Si active material). A sulfide solid electrolyte was used as the solid electrolyte. PVdF-HFP or SBR was used as the binder. An amphipathic polymer or a low molecular weight surfactant was used as the dispersant. Polyalkyleneamine (molecular weight: about 5000) was used as the amphipathic polymer. Alkyl imidazoline (molecular weight: about 500) was used as the low molecular weight surfactant. VGCF was used as the conductive additive. Diisobutyl ketone (DIBK), tetralin, or butyl butyrate was used as the solvent. The (δP) listed in the solvent column is the value of the polar term of the Hansen solubility parameter.
また、表1では、全固形分に対するバインダ及び分散剤の含有量を示している。 Table 1 also shows the binder and dispersant content relative to the total solids.
<XRD測定>
スラリーに用いた非晶質シリコン粒子及び結晶質シリコン粒子について、2θ=10~80℃の範囲の解説強度を測定した。XRD装置にリガクSmartLabを用いた。結果を図1に示した。
<XRD measurement>
The diffraction intensity of the amorphous silicon particles and crystalline silicon particles used in the slurry was measured in the range of 2θ=10 to 80° C. The Rigaku SmartLab was used as the XRD device. The results are shown in FIG.
図1のとおり、結晶質シリコン粒子のピークは鋭く、結晶質であることが確認できた。一方で非晶質シリコン粒子のピークはブロードとなっており、非晶質であることが確認できた。 As shown in Figure 1, the peak of the crystalline silicon particles is sharp, confirming that they are crystalline. On the other hand, the peak of the amorphous silicon particles is broad, confirming that they are amorphous.
<パルスNMR測定>
まず、溶媒のみを含むブランク、溶媒とSi活物質とを重量割合80:20で混合したサンプル1、及び溶媒とSi活物質と分散剤とを重量割合80:19.7:0.3で混合したサンプル2を作製した。
<Pulsed NMR Measurement>
First, a blank containing only the solvent, sample 1 in which the solvent and the Si active material were mixed in a weight ratio of 80:20, and sample 2 in which the solvent, the Si active material, and the dispersant were mixed in a weight ratio of 80:19.7:0.3 were prepared.
次に、各試料について、パルスNMRを用いたCPMG法によるT2緩和時間を測定した。測定装置としてBruker minispec mq20を用いた。そして、(ブランク緩和時間)/(サンプル緩和時間)-1から相対緩和速度を測定した。ここで、ブランク及びサンプル1から求めた相対緩和速度をRsp、ブランク及びサンプル2から求めた相対緩和速度をRsp´とした。また相対緩和速度比Rsp´/Rspを算出した。結果を表2に示した。 Next, the T2 relaxation time of each sample was measured by the CPMG method using pulsed NMR. A Bruker minispec mq20 was used as the measuring device. The relative relaxation rate was then measured from (blank relaxation time)/(sample relaxation time)-1. Here, the relative relaxation rate calculated from the blank and sample 1 was designated Rsp, and the relative relaxation rate calculated from the blank and sample 2 was designated Rsp'. The relative relaxation rate ratio Rsp'/Rsp was also calculated. The results are shown in Table 2.
なお、表2中に「-」で示した箇所は、測定していないことを意味している。 In addition, the points marked with "-" in Table 2 indicate that no measurement was performed.
<粒度測定>
各スラリーの粒度を測定した。粒度の測定方法はJIS K 5600-2-5:1999に従って実施した。結果を表2に示した。
<Particle size measurement>
The particle size of each slurry was measured in accordance with JIS K 5600-2-5:1999. The results are shown in Table 2.
なお、表2中に「-」で示した箇所は、凝集物が沈降しており測定できなかったことを意味している。 In addition, the points marked with "-" in Table 2 indicate that the aggregates had settled and could not be measured.
<分散性評価>
目視でスラリーの状態を評価し、凝集物が存在していない場合を「〇」、凝集物が存在している場合を「×」として評価した。また、凝集物が存在している場合、凝集物の状態を評価した。凝集物が存在し、かつ、凝集物が沈殿していない場合を「凝集」、凝集物が沈降している場合を「沈降」と評価した。結果を表2に示した。
<Dispersibility evaluation>
The state of the slurry was evaluated visually, and the absence of agglomerates was evaluated as "good", and the presence of agglomerates was evaluated as "poor". In addition, when agglomerates were present, the state of the agglomerates was evaluated. When agglomerates were present and did not settle, the state was evaluated as "agglomeration", and when the agglomerates settled, the state was evaluated as "settling". The results are shown in Table 2.
<剥離強度評価>
基材にスラリーを塗工し、乾燥して、塗膜を得た。得られた塗膜をハンドパンチで打ち抜いたときに剥離や崩れが生じているか否かを目視で確認した。また、塗膜に対しロールプレスを行い剥離や崩れが生じているか否かを目視で確認した。ハンドパンチ及びロールプレスの両方において、剥離が生じていない場合を「〇」、いずれか一方又は両方において、剥離が生じた場合を「×」として評価した。結果を表2に示した。
<Evaluation of peel strength>
The slurry was applied to a substrate and dried to obtain a coating film. When the obtained coating film was punched out with a hand punch, it was visually confirmed whether peeling or crumbling occurred. In addition, the coating film was roll pressed and visually confirmed whether peeling or crumbling occurred. In both the hand punch and the roll press, the case where no peeling occurred was evaluated as "◯", and in either one or both, the case where peeling occurred was evaluated as "×". The results are shown in Table 2.
<結果>
表1、表2より、実施例1、2は分散評価及び剥離評価が良好な結果であった。一方で、比較例1~12は分散評価及び剥離強度評価の少なくとも一方が「×」であった。
<Results>
As seen from Tables 1 and 2, Examples 1 and 2 had good results in the dispersion evaluation and peel evaluation. On the other hand, Comparative Examples 1 to 12 were rated "x" in at least one of the dispersion evaluation and the peel strength evaluation.
比較例1は実施例1の条件に比べて全固形分に対するバインダ量が多く、粒度が100μm以上となり、スラリー中に凝集が生じた。比較例2は実施例1の条件に比べて全固形分に対するバインダ量が少なく、塗膜に剥離が生じた。比較例3は比較例2の条件に比べて粒子との親和性の低いSBRを採用したため、さらに粒度が100μm以上となり、スラリー中に凝集が生じた。比較例4、5は比較例3の条件から溶媒の種類を変更し、よりδPが低い溶媒を採用したが、結果は改善しなかった。比較例6、7は比較例4の条件から分散剤の含有量を低減したが、結果は改善しなかった。比較例8、9は比較例3の条件から分散剤の含有量を低減したが、結果は改善しなかった。比較例10は比較例3の条件からSi活物質の種類を変更し、結晶質シリコン粒子を採用したが、結果は改善しなかった。比較例11は比較例4の条件からSi活物質の種類を変更し、結晶質シリコン粒子を採用したが、結果は改善しなかった。比較例12は比較例4の条件から分散剤の種類を変更し、界面活性剤を採用したが、結果は改善しなかった。 In Comparative Example 1, the binder amount relative to the total solid content was greater than that in Example 1, the particle size was 100 μm or more, and aggregation occurred in the slurry. In Comparative Example 2, the binder amount relative to the total solid content was less than that in Example 1, and peeling occurred in the coating film. In Comparative Example 3, SBR with a lower affinity with particles was used compared to the conditions of Comparative Example 2, so the particle size became 100 μm or more, and aggregation occurred in the slurry. In Comparative Examples 4 and 5, the type of solvent was changed from the conditions of Comparative Example 3 and a solvent with a lower δP was used, but the results did not improve. In Comparative Examples 6 and 7, the content of the dispersant was reduced from the conditions of Comparative Example 4, but the results did not improve. In Comparative Examples 8 and 9, the content of the dispersant was reduced from the conditions of Comparative Example 3, but the results did not improve. In Comparative Example 10, the type of Si active material was changed from the conditions of Comparative Example 3 and crystalline silicon particles were used, but the results did not improve. In Comparative Example 11, the type of Si active material was changed from the conditions of Comparative Example 4 and crystalline silicon particles were used, but the results did not improve. In Comparative Example 12, the type of dispersant was changed from the conditions in Comparative Example 4, and a surfactant was used, but the results did not improve.
Claims (1)
前記溶媒はハンセン溶解度パラメータの極性項δPが4以下である低極性溶媒を含み、
前記分散剤が両親媒性ポリマーを含有し、
前記スラリーに含有される全固形分に対する前記バインダの含有量が、0.8重量%以上1.0重量%以下であり、
前記両親媒性ポリマーがポリアルキレンアミンであり、
前記溶媒と前記非晶質シリコン粒子とを混合した分散媒のパルスNMRによって測定される相対緩和速度をRspとし、
前記溶媒と前記非晶質シリコン粒子と前記分散剤とを混合した分散媒のパルスNMRによって測定される相対緩和速度をRsp´としたとき、
相対緩和速度比Rsp´/Rspが1.0未満である、
スラリー。 A slurry containing a solvent, amorphous silicon particles, a solid electrolyte, a dispersant, and a binder,
The solvent includes a low polarity solvent having a polarity term δP of the Hansen solubility parameter of 4 or less;
The dispersant comprises an amphiphilic polymer;
The content of the binder relative to the total solid content of the slurry is 0.8 % by weight or more and 1.0% by weight or less,
the amphiphilic polymer is a polyalkyleneamine;
Rsp is the relative relaxation rate of the dispersion medium obtained by mixing the solvent and the amorphous silicon particles, as measured by pulse NMR;
Rsp' is the relative relaxation rate measured by pulse NMR of a dispersion medium obtained by mixing the solvent, the amorphous silicon particles, and the dispersant,
The relative relaxation rate ratio Rsp'/Rsp is less than 1.0;
slurry.
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