JP6645792B2 - Electrode, lithium ion secondary battery, method for manufacturing electrode, and method for manufacturing lithium ion secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、電極、リチウムイオン二次電池、電極の製造方法及びリチウムイオン二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode, a lithium ion secondary battery, a method for manufacturing an electrode, and a method for manufacturing a lithium ion secondary battery.
一般に、リチウムイオン二次電池は、正極、負極及び電解質を備える。以下、正極と負極を併せて単に「電極」と呼ぶ。電極は、集電体上に電極活物質層が形成されてなり、該電極活物質層は、活物質、導電助剤及びバインダーが配合された電極材からなる。特許文献1には、ケイ素化合物を用いた負極が記載されている。活物質としてケイ素化合物を含有する負極は、充放電に伴う膨張と収縮が繰り返されることによって、電極活物質層が劣化し、剥離する等の構造的な破損が生じる。この結果、放電容量や容量維持率等の充放電特性が低下するという問題がある。
Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte. Hereinafter, the positive electrode and the negative electrode are simply referred to as “electrode”. The electrode is formed by forming an electrode active material layer on a current collector, and the electrode active material layer is made of an electrode material in which an active material, a conductive assistant, and a binder are mixed.
充放電が繰り返されるリチウムイオン二次電池には、さらなる容量維持率(サイクル特性)の向上と、電極の構造的な強度の向上が求められている。 For a lithium ion secondary battery that is repeatedly charged and discharged, further improvement in the capacity retention rate (cycle characteristics) and improvement in the structural strength of the electrode are required.
本発明は、優れた容量維持率及び強度のうち少なくとも一方を有する電極、リチウムイオン二次電池、電極の製造方法、及びリチウムイオン二次電池の製造方法の提供を課題とする。 An object of the present invention is to provide an electrode having at least one of excellent capacity retention ratio and strength, a lithium ion secondary battery, a method for manufacturing an electrode, and a method for manufacturing a lithium ion secondary battery.
[1] 集電体と、前記集電体上に形成された電極活物質層とを備え、前記電極活物質層は、活物質及びバインダーを含み、前記バインダーは、第一の高分子化合物と、前記第一の高分子化合物よりも重量平均分子量(Mw)が小さい第二の高分子化合物とを含み、[前記第一の高分子化合物のMw/前記第二の高分子化合物のMw]で表されるMw比が、1.5〜10である、電極。
[2] 前記Mw比が5〜10である、上記[1]に記載の電極。
[3] 前記第二の高分子化合物のMwが1万〜400万である、上記[1]又は[2]に記載の電極。
[4] 前記第二の高分子化合物のMwが10万〜100万である、上記[1]又は[2]に記載の電極。
[5] 前記バインダーの総質量に対して、第一の高分子化合物の含有比率が30〜80質量%であり、
第二の高分子化合物の含有比率が20〜70質量%である、上記[1]〜[4]の何れか一項に記載の電極。
[6] 前記活物質と前記バインダーの質量比(活物質/バインダー)が1〜10である、上記[1]〜[5]の何れか一項に記載の電極。
[7] 前記第一の高分子化合物及び前記第二の高分子化合物の少なくとも一方がカルボキシル基を有する、上記[1]〜[6]の何れか一項に記載の電極。
[8] 前記第一の高分子化合物及び前記第二の高分子化合物の少なくとも一方がポリ(メタ)アクリル酸又はその塩である、上記[1]〜[7]の何れか一項に記載の電極。
[9] 前記活物質はリチウムを吸蔵可能な炭素材料又は金属酸化物を含む、上記[1]〜[8]の何れか一項に記載の電極。
[10] 前記活物質は酸化ケイ素である、上記[9]に記載の電極。
[11] 上記[1]〜[10]の何れか一項に記載の電極と、対極と、電解質とを有するリチウムイオン二次電池。
[12] 活物質及びバインダーを含む電極材を集電体又は基材に塗布した後、乾燥することによって電極活物質層を形成する工程を有する電極の製造方法であって、
前記バインダーは、第一の高分子化合物と、前記第一の高分子化合物よりも重量平均分子量(Mw)が小さい第二の高分子化合物とを含み、
[前記第一の高分子化合物のMw/前記第二の高分子化合物のMw]で表されるMw比が、1.5〜10である、電極の製造方法。
[13] 前記活物質と前記バインダーとを溶媒に分散することによって前記電極材を得る工程を有する、上記[12]に記載の電極の製造方法。
[14] 前記の塗布された電極材を30〜140℃で乾燥する、上記[12]又は[13]に記載の電極の製造方法。
[15] 前記の塗布された電極材を乾燥し、形成される電極活物質層に含まれる溶媒の量を、前記電極活物質層の総質量に対して100ppm以下にする、上記[12]〜[14]の何れか一項に記載の電極の製造方法。
[16] 前記電極材に含まれる前記活物質と前記バインダーの質量比(活物質/バインダー)が1〜10である、上記[12]〜[15]の何れか一項に記載の電極の製造方法。
[17] 前記第一の高分子化合物及び前記第二の高分子化合物の少なくとも一方がカルボキシル基を有する、上記[12]〜[16]の何れか一項に記載の電極の製造方法。
[18] 前記活物質は、リチウムを吸蔵可能な炭素材料又は金属酸化物を含む、上記[12]〜[17]の何れか一項に記載の電極の製造方法。
[19] 前記活物質は酸化ケイ素である、上記[12]〜[18]の何れか一項に記載の電極の製造方法。
[20] 前記のカルボキシル基を有する高分子化合物は、少なくとも一部のカルボキシル基の水素原子が、リチウムイオンによって置換されている、上記[17]に記載の電極の製造方法。
[21] 前記のカルボキシル基を有する高分子化合物は、リチウムイオンによる前記水素原子の置換率が10〜50モル%である、上記[20]に記載の電極の製造方法。
[22] 前記第一の高分子化合物及び前記第二の高分子化合物の少なくとも一方がポリ(メタ)アクリル酸又はその塩である、上記[12]〜[21]の何れか一項に記載の電極の製造方法。
[23] 上記[12]〜[22]の何れか一項に記載の電極の製造方法によって電極を得る工程と、前記電極と対極との間に電解質を設置する工程を有する、リチウムイオン二次電池の製造方法。
[1] A current collector, and an electrode active material layer formed on the current collector, wherein the electrode active material layer includes an active material and a binder, and the binder includes a first polymer compound and A second polymer compound having a smaller weight average molecular weight (Mw) than the first polymer compound, and [Mw of the first polymer compound / Mw of the second polymer compound]. An electrode wherein the expressed Mw ratio is between 1.5 and 10.
[2] The electrode according to [1], wherein the Mw ratio is 5 to 10.
[3] The electrode according to the above [1] or [2], wherein the second polymer compound has Mw of 10,000 to 4,000,000.
[4] The electrode according to the above [1] or [2], wherein the second polymer compound has a Mw of 100,000 to 1,000,000.
[5] The content ratio of the first polymer compound is 30 to 80% by mass relative to the total mass of the binder,
The electrode according to any one of the above [1] to [4], wherein the content ratio of the second polymer compound is 20 to 70% by mass.
[6] The electrode according to any one of [1] to [5], wherein the mass ratio of the active material and the binder (active material / binder) is 1 to 10.
[7] The electrode according to any one of [1] to [6], wherein at least one of the first polymer compound and the second polymer compound has a carboxyl group.
[8] The method according to any one of [1] to [7], wherein at least one of the first polymer compound and the second polymer compound is poly (meth) acrylic acid or a salt thereof. electrode.
[9] The electrode according to any one of [1] to [8], wherein the active material includes a carbon material or a metal oxide capable of storing lithium.
[10] The electrode according to the above [9], wherein the active material is silicon oxide.
[11] A lithium ion secondary battery including the electrode according to any one of [1] to [10], a counter electrode, and an electrolyte.
[12] A method for producing an electrode, comprising a step of forming an electrode active material layer by applying an electrode material containing an active material and a binder to a current collector or a base material and drying the applied material.
The binder includes a first polymer compound and a second polymer compound having a smaller weight average molecular weight (Mw) than the first polymer compound,
A method for producing an electrode, wherein an Mw ratio represented by [Mw of the first polymer compound / Mw of the second polymer compound] is 1.5 to 10.
[13] The method for producing an electrode according to the above [12], further comprising a step of obtaining the electrode material by dispersing the active material and the binder in a solvent.
[14] The method for producing an electrode according to the above [12] or [13], wherein the applied electrode material is dried at 30 to 140 ° C.
[15] The above-mentioned [12] to [12], wherein the applied electrode material is dried, and the amount of the solvent contained in the formed electrode active material layer is set to 100 ppm or less based on the total mass of the electrode active material layer. The method for producing an electrode according to any one of [14].
[16] The production of the electrode according to any one of [12] to [15], wherein a mass ratio (active material / binder) of the active material and the binder contained in the electrode material is 1 to 10. Method.
[17] The method for producing an electrode according to any one of [12] to [16], wherein at least one of the first polymer compound and the second polymer compound has a carboxyl group.
[18] The method for producing an electrode according to any one of [12] to [17], wherein the active material includes a carbon material or a metal oxide capable of storing lithium.
[19] The method for producing an electrode according to any one of [12] to [18], wherein the active material is silicon oxide.
[20] The method for producing an electrode according to the above [17], wherein the polymer compound having a carboxyl group has at least a part of the hydrogen atoms of the carboxyl group replaced by lithium ions.
[21] The method for producing an electrode according to the above [20], wherein the polymer compound having a carboxyl group has a substitution rate of the hydrogen atom by a lithium ion of 10 to 50 mol%.
[22] The method according to any one of the above [12] to [21], wherein at least one of the first polymer compound and the second polymer compound is poly (meth) acrylic acid or a salt thereof. Manufacturing method of electrode.
[23] A lithium ion secondary, comprising: a step of obtaining an electrode by the method for producing an electrode according to any one of [12] to [22]; and a step of installing an electrolyte between the electrode and a counter electrode. Battery manufacturing method.
本発明は、優れた容量維持率及び強度のうち少なくとも一方を有する電極、及びその電極を備えたリチウムイオン二次電池を提供することができる。 The present invention can provide an electrode having at least one of excellent capacity retention ratio and strength, and a lithium ion secondary battery including the electrode.
《電極》
本発明の電極は、集電体と、前記集電体上に形成された電極活物質層とを備える。前記電極活物質層は、活物質及びバインダーを含む。前記バインダーは、第一の高分子化合物と、前記第一の高分子化合物よりも重量平均分子量(Mw)が小さい第二の高分子化合物とを含み、[前記第一の高分子化合物のMw/前記第二の高分子化合物のMw]で表されるMw比が、1.5〜10である。
"electrode"
The electrode of the present invention includes a current collector and an electrode active material layer formed on the current collector. The electrode active material layer includes an active material and a binder. The binder includes a first polymer compound and a second polymer compound having a smaller weight average molecular weight (Mw) than the first polymer compound, [Mw / The Mw ratio represented by [Mw of the second polymer compound] is 1.5 to 10.
前記Mw比が1.5〜10、好ましくは5〜10であることによって、優れた容量維持率と強度が得られる。 When the Mw ratio is 1.5 to 10, preferably 5 to 10, excellent capacity retention and strength can be obtained.
第二の高分子化合物のMw(第二のMw)は、好ましくは1万〜400万、より好ましくは10万〜100万であることによって、より優れた容量維持率と強度が得られる。 When the Mw (second Mw) of the second polymer compound is preferably 10,000 to 4,000,000, more preferably 100,000 to 1,000,000, more excellent capacity retention and strength can be obtained.
製造された電極に含まれる2種類の高分子化合物のMwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて、ポリスチレン標準物質を用いて測定される。 The Mw of the two types of polymer compounds contained in the manufactured electrode is measured by gel permeation chromatography (GPC) using a polystyrene standard substance.
電極を構成するバインダーの総質量に対して、第一の高分子化合物の含有比率が30〜80質量%であり、第二の高分子化合物の含有比率が20〜70質量%であることが好ましい。上記構成であると、より優れた容量維持率と強度が得られる。 It is preferable that the content ratio of the first polymer compound is 30 to 80% by mass and the content ratio of the second polymer compound is 20 to 70% by mass based on the total mass of the binder constituting the electrode. . With the above configuration, more excellent capacity retention ratio and strength can be obtained.
電極を構成する第一の高分子化合物と第二の高分子化合物との質量比は、9:1〜1:9が好ましく、8:2〜2:8がより好ましく、6:4〜4:6がさらに好ましい。
上記質量比であると、電極の容量維持率と強度をより一層高めることができる。
The mass ratio between the first polymer compound and the second polymer compound constituting the electrode is preferably 9: 1 to 1: 9, more preferably 8: 2 to 2: 8, and 6: 4 to 4: 6 is more preferred.
With the above mass ratio, the capacity retention ratio and strength of the electrode can be further increased.
電極を構成する活物質とバインダーの質量比(活物質/バインダー)が1〜10であると、より優れた容量維持率と強度が得られる。 When the mass ratio (active material / binder) of the active material and the binder constituting the electrode is 1 to 10, more excellent capacity retention and strength can be obtained.
第一の高分子化合物及び第二の高分子化合物の少なくとも一方がカルボキシル基を有することが好ましい。第一の高分子化合物及び第二の高分子化合物の少なくとも一方がポリ(メタ)アクリル酸又はその塩であることが好ましい。バインダーがこれらの高分子化合物を含むと、より優れた容量維持率と強度が得られる。 It is preferable that at least one of the first polymer compound and the second polymer compound has a carboxyl group. It is preferable that at least one of the first polymer compound and the second polymer compound is poly (meth) acrylic acid or a salt thereof. When the binder contains these high molecular compounds, more excellent capacity retention and strength can be obtained.
前記活物質はリチウムを吸蔵可能な炭素材料又は金属酸化物を含むことが好ましい。活物質がこれらの材料であると、より優れた容量維持率と強度が得られる。
前記活物質は酸化ケイ素であることが好ましい。活物質が酸化ケイ素であると、より優れた容量維持率と強度が得られる。
The active material preferably contains a carbon material or a metal oxide capable of storing lithium. When the active material is any of these materials, more excellent capacity retention and strength can be obtained.
The active material is preferably silicon oxide. When the active material is silicon oxide, more excellent capacity retention and strength can be obtained.
本発明にかかる電極の好適な材料について、以下に、本発明にかかる電極の製造方法と共に説明する。 Preferred materials for the electrode according to the present invention will be described below together with the method for producing an electrode according to the present invention.
≪電極の製造方法≫
本発明の電極の製造方法は、活物質及びバインダーを含む電極材を集電体又は基材に塗布した後、乾燥することによって電極活物質層を形成する工程を有する電極の製造方法である。
≪Method of manufacturing electrodes≫
The method for manufacturing an electrode according to the present invention is a method for manufacturing an electrode including a step of forming an electrode active material layer by applying an electrode material containing an active material and a binder to a current collector or a base material and then drying the same.
前記電極は、正極、負極の何れであってもよい。前記電極の用途はリチウムイオン二次電池の他、種々の電気化学デバイスに使用することができる。 The electrode may be either a positive electrode or a negative electrode. The electrodes can be used for various electrochemical devices other than lithium ion secondary batteries.
前記活物質としては、電解質に含まれる電荷輸送体を吸蔵(吸収)及び放出することが可能な物質であればよく、例えば、リチウムイオン二次電池において、リチウムイオンを吸蔵(吸収)及び放出することが可能な、公知の負極活物質、正極活物質が挙げられる。 The active material may be any material that can occlude (absorb) and release the charge transporter contained in the electrolyte. For example, in a lithium ion secondary battery, the active material absorbs (absorbs) and releases lithium ions. Known negative electrode active materials and known positive electrode active materials can be used.
前記バインダーとしては、前記活物質同士を結着し、集電体又は基材に接合することが可能な高分子化合物であればよく、例えば、リチウムイオン二次電池の正極又は負極に使用されるバインダーが挙げられる。 The binder may be any polymer compound that binds the active materials to each other and can be bonded to a current collector or a base material. For example, the binder is used for a positive electrode or a negative electrode of a lithium ion secondary battery. Binders.
前記電極材は、前記活物質と前記バインダーとを溶媒に分散することによって調製される。溶媒の種類は、活物質とバインダーを分散可能であれば特に限定されず、公知の溶媒から適宜選定される。分散方法としては、例えば、ブレンダー、ミキサー等の公知の混合機を使用して、溶媒中に活物質とバインダーを投入しながら撹拌する方法が挙げられる。この際、活物質を先に投入してもよいし、バインダーを先に投入してもよいし、活物質とバインダーを同時に投入してもよい。また、活物質とバインダーのそれぞれを個別の容器中で溶媒に分散し、それぞれの分散体を後で混合して、活物質及びバインダーを含む分散体(電極材)を得てもよい。 The electrode material is prepared by dispersing the active material and the binder in a solvent. The type of the solvent is not particularly limited as long as the active material and the binder can be dispersed, and is appropriately selected from known solvents. Examples of the dispersing method include a method in which a known mixer such as a blender or a mixer is used and stirring is performed while the active material and the binder are charged into the solvent. At this time, the active material may be charged first, the binder may be charged first, or the active material and the binder may be charged simultaneously. Alternatively, a dispersion (electrode material) containing the active material and the binder may be obtained by dispersing each of the active material and the binder in a solvent in a separate container and mixing the respective dispersions later.
本発明において、前記バインダーとして、重量平均分子量(Mw)が相違する2種類の高分子化合物、第一の高分子化合物及び第二の高分子化合物を含むバインダーを使用する。ここで、各高分子化合物のMwは、ポリスチレン標準物質を使用した公知のゲル濾過クロマトグラフ法(GPC法)によって測定された値である。 In the present invention, a binder containing two types of polymer compounds having different weight average molecular weights (Mw), a first polymer compound and a second polymer compound is used as the binder. Here, the Mw of each polymer compound is a value measured by a known gel filtration chromatography method (GPC method) using a polystyrene standard substance.
本発明において、前記2種類の高分子化合物のうち、相対的に大きい第一のMwを有するものを第一の高分子化合物と呼び、相対的に小さい第二のMwを有するものを第二の高分子化合物と呼ぶことがある。即ち、第一のMw>第二のMwである。 In the present invention, of the two types of polymer compounds, a compound having a relatively large first Mw is referred to as a first polymer compound, and a compound having a relatively small second Mw is referred to as a second polymer compound. It may be called a polymer compound. That is, first Mw> second Mw.
本発明において、第一の高分子化合物のMw(第一のMw)と、第二の高分子化合物のMw(第二のMw)の比(第一のMw/第二のMw)は1.5〜10であり、好ましくは5〜10である。
Mwの比が上記範囲であることにより、優れた容量維持率と強度を有する電極が得られる。また、前記電極材を調製する際に、第一の高分子化合物と、第二の高分子化合物とを溶媒に分散させることにより、塗布に適した粘度を有する電極材が得られる。
In the present invention, the ratio (first Mw / second Mw) of Mw (first Mw) of the first polymer compound to Mw (second Mw) of the second polymer compound is 1. 5-10, preferably 5-10.
When the ratio of Mw is in the above range, an electrode having an excellent capacity retention ratio and strength can be obtained. Further, when preparing the electrode material, by dispersing the first polymer compound and the second polymer compound in a solvent, an electrode material having a viscosity suitable for application can be obtained.
第一の高分子化合物のMwとしては、5万〜400万が好ましく、15万〜200万がより好ましく、20万〜150万がさらに好ましい。
上記範囲であると、電極の容量維持率と強度をより一層高めることができる。
Mw of the first polymer compound is preferably 50,000 to 4,000,000, more preferably 150,000 to 2,000,000, and still more preferably 200,000 to 1.5,000,000.
Within the above range, the capacity retention ratio and strength of the electrode can be further increased.
第二の高分子化合物のMwとしては、1万〜200万が好ましく、5万〜100万がより好ましく、7万〜60万がさらに好ましい。
上記範囲であると、電極の容量維持率と強度をより一層高めることができる。
Mw of the second polymer compound is preferably 10,000 to 2,000,000, more preferably 50,000 to 1,000,000, and still more preferably 70,000 to 600,000.
Within the above range, the capacity retention ratio and strength of the electrode can be further increased.
第一の高分子化合物と第二の高分子化合物の平均分子量Aは、22万〜50万であることが好ましい。より好ましくは、25万〜45万、更に好ましくは30万〜35万である。
平均分子量Aが22万〜50万である場合、剥離強度に優れる。これにより活物質の剥離が抑制され、容量維持率の低下を抑制することが可能となると考えられる。
平均分子量Aは、“k×p+l×q”で算出される値である。
第一の高分子化合物と第二の高分子化合物の質量の合計を1とした場合の第一の高分子化合物の比率をp、第二の高分子化合物の比率をqとする。
第一の高分子化合物のMwをk、第二の高分子化合物のMwをlとする。
The average molecular weight A of the first polymer compound and the second polymer compound is preferably 220,000 to 500,000. More preferably, it is 250,000 to 450,000, and still more preferably, 300,000 to 350,000.
When the average molecular weight A is 220,000 to 500,000, the peel strength is excellent. Thus, it is considered that peeling of the active material is suppressed, and a decrease in the capacity retention ratio can be suppressed.
The average molecular weight A is a value calculated by “k × p + 1 × q”.
When the total mass of the first polymer compound and the second polymer compound is 1, the ratio of the first polymer compound is p, and the ratio of the second polymer compound is q.
Let Mw of the first polymer compound be k and Mw of the second polymer compound be 1.
前記電極材を調製する際の各高分子化合物の配合量としては、前記バインダーの総質量に対して、第一の高分子化合物の配合比率が30〜80質量%であり、第二の高分子化合物の配合比率が20〜70質量%であることが好ましい。
上記配合比率であると、電極材の粘度が塗布に適したものとなり、電極の容量維持率と強度をより一層高めることができる。
As for the blending amount of each polymer compound when preparing the electrode material, the blending ratio of the first polymer compound is 30 to 80% by mass with respect to the total mass of the binder, The compounding ratio of the compound is preferably 20 to 70% by mass.
With the above mixing ratio, the viscosity of the electrode material becomes suitable for coating, and the capacity retention and strength of the electrode can be further increased.
前記電極材を調製する際の第一の高分子化合物と第二の高分子化合物との配合の質量比は、9:1〜1:9が好ましく、8:2〜2:8がより好ましく、6:4〜4:6がさらに好ましい。
上記配合の質量比であると、電極の容量維持率と強度をより一層高めることができる。
The mass ratio of the mixture of the first polymer compound and the second polymer compound when preparing the electrode material is preferably 9: 1 to 1: 9, more preferably 8: 2 to 2: 8, 6: 4 to 4: 6 is more preferred.
With the mass ratio of the above composition, the capacity retention ratio and strength of the electrode can be further increased.
前記電極材を調製する際の前記活物質と前記バインダーの質量比(活物質/バインダー)は、1〜10が好ましく、2〜8がより好ましく、3〜6がさらに好ましい。
上記質量比であると、電極材の粘度が塗布に適したものとなり、電極の容量維持率と強度をより一層高めることができる。
The mass ratio (active material / binder) of the active material and the binder when preparing the electrode material is preferably 1 to 10, more preferably 2 to 8, and still more preferably 3 to 6.
With the above mass ratio, the viscosity of the electrode material becomes suitable for coating, and the capacity retention rate and strength of the electrode can be further increased.
前記バインダーに含まれる第一の高分子化合物及び第二の高分子化合物の少なくとも一方がカルボキシル基(−COOH)を有することが好ましく、両方がカルボキシル基を有することがより好ましい。
高分子化合物がカルボキシル基を有すると、活物質と高分子化合物の結合力が向上し、より一層強度に優れた電極が得られる。
Preferably, at least one of the first polymer compound and the second polymer compound contained in the binder has a carboxyl group (—COOH), and more preferably both have a carboxyl group.
When the polymer compound has a carboxyl group, the bonding force between the active material and the polymer compound is improved, and an electrode having even higher strength can be obtained.
前記高分子化合物が有する複数のカルボキシル基の水素原子は非置換であってもよいし、前記水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよい。また、前記高分子化合物は、前記高分子化合物が有する複数のカルボキシル基の水素原子が非置換である高分子化合物と、前記水素原子の少なくとも一部が置換されている高分子化合物との混合物であってもよい。前記水素原子を置換する物質としては、例えば1価以上のカチオンが挙げられる。具体的には、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンが挙げられる。前記水素原子の一部又は全部を置換する好適なイオンとして、例えば、リチウムイオンが挙げられる。 Hydrogen atoms of a plurality of carboxyl groups of the polymer compound may be unsubstituted, or at least a part of the hydrogen atoms may be substituted. Further, the polymer compound is a mixture of a polymer compound in which hydrogen atoms of a plurality of carboxyl groups of the polymer compound are unsubstituted and a polymer compound in which at least a part of the hydrogen atoms is substituted. There may be. Examples of the substance that replaces the hydrogen atom include a cation having a valence of one or more. Specific examples include alkali metal ions and alkaline earth metal ions. A suitable ion for partially or entirely substituting the hydrogen atom is, for example, a lithium ion.
前記のカルボキシル基を有する高分子化合物は、少なくとも一部のカルボキシル基の水素原子が、リチウムイオンによって置換されている、即ち、カルボキシル基がリチウム塩を形成している、ことが好ましい。
前記高分子化合物が有する複数のカルボキシル基の少なくとも一部の水素原子がリチウムイオンによって置換されている場合、前記水素原子の置換率は10〜50モル%であることが好ましく、20〜40モル%がより好ましく、25〜35モル%が更に好ましい。ここで、前記水素原子のリチウムイオンによる置換率は、公知の酸・塩基滴定によって測定して求められる数値である。
In the polymer compound having a carboxyl group, it is preferable that at least a part of the hydrogen atoms of the carboxyl group is substituted by a lithium ion, that is, the carboxyl group forms a lithium salt.
When at least some hydrogen atoms of a plurality of carboxyl groups of the polymer compound are substituted with lithium ions, the substitution rate of the hydrogen atoms is preferably 10 to 50 mol%, and preferably 20 to 40 mol%. Is more preferably 25 to 35 mol%. Here, the substitution rate of the hydrogen atom by the lithium ion is a numerical value determined by a known acid / base titration.
前記置換率が10〜50モル%であることにより、電極の容量維持率を一層向上させることができる。このメカニズムとして、前記置換によりカルボキシル基同士の相互作用が抑制されるため、前記高分子同士の凝集が抑えられ、分散性が向上するためである考えられる。 When the substitution rate is 10 to 50 mol%, the capacity retention rate of the electrode can be further improved. This mechanism is considered to be because the substitution suppresses the interaction between carboxyl groups, thereby suppressing the aggregation between the polymers and improving the dispersibility.
前記置換率を10〜50モル%に調整する方法としては、例えば、未置換の高分子化合物を置換された高分子化合物に適当量混合することによって、調整することができる。 As a method of adjusting the substitution rate to 10 to 50 mol%, for example, it can be adjusted by mixing an appropriate amount of an unsubstituted polymer compound with a substituted polymer compound.
前記バインダーに含まれる第一の高分子化合物及び第二の高分子化合物の少なくとも一方がポリ(メタ)アクリル酸又はその塩であることが好ましい。 It is preferable that at least one of the first polymer compound and the second polymer compound contained in the binder is poly (meth) acrylic acid or a salt thereof.
ここで、「ポリ(メタ)アクリル酸」の用語は、「アクリル酸及びメタクリル酸のうち少なくとも何れか一方をモノマーとして含む重合体」の意味で使用する。ポリ(メタ)アクリル酸には、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルのうち少なくとも何れか一方が、アクリル酸又はメタクリル酸と共重合するモノマーとして含まれていてもよい。ポリ(メタ)アクリル酸には、アクリル酸及びメタクリル酸のうち少なくとも何れか一方が50モル%以上、好ましくは80モル%以上のモノマー組成比で含まれていることが好ましい。 Here, the term “poly (meth) acrylic acid” is used to mean “a polymer containing at least one of acrylic acid and methacrylic acid as a monomer”. The poly (meth) acrylic acid may contain at least one of an acrylic ester and a methacrylic ester as a monomer copolymerized with acrylic acid or methacrylic acid. The poly (meth) acrylic acid preferably contains at least one of acrylic acid and methacrylic acid in a monomer composition ratio of 50 mol% or more, preferably 80 mol% or more.
ポリ(メタ)アクリル酸の塩としては、例えば、ポリ(メタ)アクリル酸が有するカルボキシル基の水素原子の少なくとも一部がアルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンによって置換されたものが挙げられる。なかでも、充放電特性を向上させる観点から、リチウムイオンの塩であるポリ(メタ)アクリル酸リチウムが好ましい。 Examples of the poly (meth) acrylic acid salt include those in which at least a part of the hydrogen atoms of the carboxyl group of poly (meth) acrylic acid is replaced by an alkali metal ion or an alkaline earth metal ion. Above all, lithium (poly) (meth) acrylate, which is a salt of lithium ion, is preferable from the viewpoint of improving charge / discharge characteristics.
ポリアクリル酸リチウムは例えば以下の方法で得られる。
水溶液中でポリアクリル酸(アルドリッチ社製、型番:416002-500ML)と水酸化リチウム(和光純薬工業社製、型番:169-18591)をモル比で100:20となるように混ぜて反応させることによって、全酸基の20モル%がリチウム塩となったポリアクリル酸リチウムを調製することができる。充放電特性を向上させる観点から、ポリアクリル酸リチウムは、その全酸基(全カルボキシル基)の10〜50モル%がリチウム塩になっていることが好ましい。
Lithium polyacrylate is obtained, for example, by the following method.
In an aqueous solution, polyacrylic acid (manufactured by Aldrich, model number: 416002-500ML) and lithium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, model number: 169-18591) are mixed and reacted at a molar ratio of 100: 20. This makes it possible to prepare lithium polyacrylate in which 20 mol% of all the acid groups have become a lithium salt. From the viewpoint of improving the charge / discharge characteristics, it is preferable that lithium polyacrylate has 10 to 50 mol% of lithium salts in all acid groups (all carboxyl groups).
カルボキシル基を有しない高分子化合物としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体(PVDF−HFP)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリルニトリル(PAN)、ポリイミド(PI)等が例示できる。 Examples of the polymer compound having no carboxyl group include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-propylene hexafluoride copolymer (PVDF-HFP), styrene butadiene rubber (SBR), polyvinyl alcohol (PVA), Examples thereof include polyethylene oxide (PEO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), and polyimide (PI).
前記電極材には、前記活物質の他に導電助剤を添加してもよい。導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト、フラーレン、ナノチューブ等の炭素材料が挙げられる。 A conductive assistant may be added to the electrode material in addition to the active material. Examples of the conductive additive include carbon materials such as acetylene black, Ketjen black, graphite, fullerene, and nanotube.
前記電極材を塗布する集電体としては、公知の正極集電体、負極集電体が挙げられる。リチウムイオン二次電池の用途においては、例えば、アルミニウム箔製の正極集電体と、銅箔性の負極集電体が挙げられる。前記集電体に代えて、他の基材を使用してもよい。 Examples of the current collector to which the electrode material is applied include a known positive electrode current collector and a known negative electrode current collector. In the application of the lithium ion secondary battery, for example, a positive electrode current collector made of aluminum foil and a negative electrode current collector made of copper foil are given. Instead of the current collector, another substrate may be used.
前記電極材を集電体又は基材に塗布する方法としては、例えば、バーコーター、グラビアコーター、コンマコーター、リップコーター等の各種コーターを用いる方法;ドクターブレード法;ディッピング法等の、各種塗布方法が挙げられる。
前記電極材を塗布する際の厚みとしては、例えば、1μm〜500μmが挙げられる。
Examples of the method of applying the electrode material to a current collector or a substrate include various coating methods such as a bar coater, a gravure coater, a comma coater, and a lip coater; a doctor blade method; a dipping method. Is mentioned.
The thickness of the electrode material when applied is, for example, 1 μm to 500 μm.
塗布した電極材を乾燥し、不要な溶媒を除去することによって、集電体又は基材上に前記電極材からなる電極活物質層を形成することができる。
集電体上に電極活物質層を形成する場合は、乾燥後に、集電体及び電極活物質層からなる電極が得られる。
基材上に電極活物質層を形成する場合は、乾燥後に、基材上から電極活物質層を剥がして、別に準備した集電体に当該電極活物質層を設置することにより、集電体及び電極活物質層からなる電極が得られる。
By drying the applied electrode material and removing an unnecessary solvent, an electrode active material layer made of the electrode material can be formed on the current collector or the base material.
When the electrode active material layer is formed on the current collector, an electrode including the current collector and the electrode active material layer is obtained after drying.
When the electrode active material layer is formed on the base material, after drying, the electrode active material layer is peeled off from the base material, and the electrode active material layer is placed on a separately prepared current collector. And an electrode comprising the electrode active material layer.
前記電極材を乾燥する温度としては、バインダーの種類にもよるが、例えば、30〜140℃が好ましい。
30℃以上であると、乾燥速度が充分となり、水分や電極材の溶媒を充分に除去することができる。
140℃以下であると、バインダーである高分子化合物の劣化を防止し、電極活物質層にひび割れや剥がれ等が生じることを防止することができる。
The temperature for drying the electrode material depends on the type of the binder, but is preferably, for example, 30 to 140 ° C.
When the temperature is 30 ° C. or higher, the drying speed becomes sufficient, and the water and the solvent of the electrode material can be sufficiently removed.
When the temperature is 140 ° C. or lower, the deterioration of the polymer compound as the binder can be prevented, and the occurrence of cracks and peeling in the electrode active material layer can be prevented.
電極材を乾燥する程度としては、例えば、乾燥後の電極材からなる電極活物質層に含まれる溶媒の量が、当該電極活物質層の総質量に対して100ppm以下(即ち、0.01質量%以下)となる程度が好ましい。100ppm以下であると、電極活物質層の構造的な安定性が高まるとともに、良好な導電性が得られ易くなる。ここで、上記溶媒の量は、カールフィッシャー法により測定される値である。 As a degree to which the electrode material is dried, for example, the amount of the solvent contained in the electrode active material layer composed of the electrode material after drying is 100 ppm or less (that is, 0.01 mass) with respect to the total mass of the electrode active material layer. %) Is preferable. When the content is 100 ppm or less, the structural stability of the electrode active material layer is increased, and good conductivity is easily obtained. Here, the amount of the solvent is a value measured by the Karl Fischer method.
《負極の製造方法》
以下、本発明にかかる電極の製造方法の一実施形態として、リチウムイオン二次電池に適用可能な負極の製造方法を説明する。
具体的には、リチウムを吸蔵可能な金属酸化物、及び官能基としてカルボキシル基を有するバインダーを含む負極材を集電体に塗布した後、前記負極材を30〜140℃で乾燥する工程を有する方法を説明する。
《Negative electrode manufacturing method》
Hereinafter, a method for manufacturing a negative electrode applicable to a lithium ion secondary battery will be described as one embodiment of a method for manufacturing an electrode according to the present invention.
Specifically, the method includes applying a negative electrode material containing a metal oxide capable of storing lithium and a binder having a carboxyl group as a functional group to a current collector, and then drying the negative electrode material at 30 to 140 ° C. The method will be described.
(負極材の乾燥温度)
集電体上に塗布した負極材(負極用の電極材)の乾燥温度を30〜140℃で実施することにより、二次電池のサイクル特性を向上させることができる。ここで推測されるメカニズムとして、30℃以上にすることで負極材に残存した水分を取り除くことができるとともに、140℃以下で乾燥することによって負極材中のバインダーが有するカルボキシル基の脱水反応及び脱水縮合反応が抑制されるために、金属酸化物の表面水酸基とカルボキシル基の相互作用点が増加することで、金属酸化物表面との結着性が向上するため、サイクル特性が向上すると考えられる。
(Drying temperature of negative electrode material)
By performing the drying temperature of the negative electrode material (electrode material for the negative electrode) applied on the current collector at 30 to 140 ° C., the cycle characteristics of the secondary battery can be improved. The mechanism presumed here is that by setting the temperature to 30 ° C. or higher, moisture remaining in the negative electrode material can be removed, and by drying at 140 ° C. or lower, the dehydration reaction and dehydration of the carboxyl group of the binder in the negative electrode material can be performed. It is considered that since the condensation reaction is suppressed, the number of interaction points between the hydroxyl group and the carboxyl group on the surface of the metal oxide is increased, so that the binding property with the metal oxide surface is improved, so that the cycle characteristics are improved.
上記のメカニズムを考慮して、負極材の乾燥温度は、35〜140℃が好ましく、50〜120℃がより好ましく、80〜100℃が更に好ましい。 In consideration of the above mechanism, the drying temperature of the negative electrode material is preferably 35 to 140 ° C, more preferably 50 to 120 ° C, and still more preferably 80 to 100 ° C.
(負極材の乾燥時間)
集電体上に塗布した負極材の乾燥時間は、30〜140℃の温度範囲において、4時間〜30時間が好ましく、5時間〜20時間がより好ましく、6時間〜12時間が更に好ましい。
4〜6時間以上の乾燥処理を行うことにより、例えば18〜35μm程度の厚みで塗布された負極材を充分に乾燥し、集電体上に固定することができる。
12〜30時間以下で乾燥処理を行うことにより、負極材中のバインダーが有するカルボキシル基の脱水反応及び脱水縮合反応を抑制することができる。
(Drying time of negative electrode material)
The drying time of the negative electrode material applied on the current collector is preferably 4 hours to 30 hours, more preferably 5 hours to 20 hours, and still more preferably 6 hours to 12 hours in a temperature range of 30 to 140 ° C.
By performing the drying treatment for 4 to 6 hours or more, the negative electrode material applied with a thickness of, for example, about 18 to 35 μm can be sufficiently dried and fixed on the current collector.
By performing the drying treatment for 12 to 30 hours or less, the dehydration reaction and dehydration condensation reaction of the carboxyl group of the binder in the negative electrode material can be suppressed.
(負極における溶媒の含有量)
乾燥処理を終了する目安の一つとして、負極材中の溶媒の含有量が充分に低下していることが挙げられる。つまり、負極材に溶媒が含まれる場合、乾燥処理で溶媒を除くことによって、乾燥後に得られた負極に含まれる溶媒の量は100ppm以下にすることが好ましく、50ppm以下にすることがより好ましく、10ppm以下にすることが更に好ましい。負極に含まれる溶媒を充分に除くことによって、溶媒による電池性能への悪影響を除くことができる。
(Content of solvent in negative electrode)
One of the criteria for ending the drying treatment is that the content of the solvent in the negative electrode material is sufficiently reduced. That is, when a solvent is contained in the negative electrode material, the amount of the solvent contained in the negative electrode obtained after drying is preferably 100 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, by removing the solvent in the drying treatment. More preferably, it is 10 ppm or less. By sufficiently removing the solvent contained in the negative electrode, adverse effects on the battery performance due to the solvent can be eliminated.
(バインダー)
本実施形態の製造方法において使用するバインダーは、前述した通り、Mwが相違する2種類の高分子化合物である。
官能基としてカルボキシル基を有する高分子化合物として、例えば、ポリアクリル酸(PAA)、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸リチウム(PAALi)、ポリメタクリル酸リチウム、カルボキシメチルセルロース(CMC)、カルボキシメチルセルロースナトリウム(CMCNa)等、リチウムイオン二次電池の分野で使用される公知のバインダーが挙げられる。
(binder)
The binder used in the production method of the present embodiment is, as described above, two types of polymer compounds having different Mw.
As a polymer compound having a carboxyl group as a functional group, for example, polyacrylic acid (PAA), polymethacrylic acid, lithium polyacrylate (PAALi), lithium polymethacrylate, carboxymethylcellulose (CMC), sodium carboxymethylcellulose (CMCNa) And other known binders used in the field of lithium ion secondary batteries.
集電体上に塗布した負極材からなる負極活物質層の構造的強度及び当該負極活物質層を備えた二次電池のサイクル特性の両方を向上させる観点から、ポリ(メタ)アクリル酸を含むバインダーを使用することが好ましい。当該バインダーに含まれるポリ(メタ)アクリル酸の含有量は、バインダーの総質量に対して50〜100質量%であることが好ましい。 In order to improve both the structural strength of the negative electrode active material layer formed of the negative electrode material applied on the current collector and the cycle characteristics of a secondary battery including the negative electrode active material layer, poly (meth) acrylic acid is included. It is preferred to use a binder. The content of poly (meth) acrylic acid contained in the binder is preferably 50 to 100% by mass based on the total mass of the binder.
本実施形態の製造方法において、負極材を構成するバインダーの全質量に対して、カルボキシル基を有するバインダーの含有量は、10〜95質量%が好ましく、30〜85質量%がより好ましく、50〜80質量%が更に好ましい。カルボキシル基を有するバインダーを50質量%以上の含有量で使用することにより、ケイ素系の活物質との親和性が向上する。 In the manufacturing method of the present embodiment, the content of the binder having a carboxyl group is preferably from 10 to 95% by mass, more preferably from 30 to 85% by mass, and preferably from 50 to 50% by mass, based on the total mass of the binder constituting the negative electrode material. 80 mass% is more preferred. By using the binder having a carboxyl group at a content of 50% by mass or more, the affinity with the silicon-based active material is improved.
(リチウムイオンを吸蔵可能な金属酸化物)
本実施形態の製造方法において、前記金属酸化物の種類は特に制限されず、公知のリチウムイオン二次電池の電極材料として使用される、リチウムイオンを吸蔵可能な金属酸化物が適用できる。好適な具体例として、酸化ケイ素が挙げられる。
(Metal oxide capable of storing lithium ions)
In the manufacturing method of the present embodiment, the kind of the metal oxide is not particularly limited, and a metal oxide capable of storing lithium ions, which is used as a known electrode material of a lithium ion secondary battery, can be applied. A preferred example is silicon oxide.
(酸化ケイ素)
本実施形態の製造方法において使用する酸化ケイ素としては、一般式「SiOz(式中、zは0.5〜1.5のいずれかの数である。)」で表される酸化ケイ素が例示できる。ここで酸化ケイ素を「SiO」単位で見た場合、このSiOは、アモルファス状のSiOであるか、又はSi:SiO2のモル比が約1:1となるように、ナノクラスターのSiの周囲にSiO2が存在する、Si及びSiO2の複合物である。SiO2は、充放電時におけるSiの膨張及び収縮に対して緩衝作用を有すると推測される。
(Silicon oxide)
Examples of the silicon oxide used in the production method of the present embodiment include a silicon oxide represented by a general formula “SiO z (where z is any number from 0.5 to 1.5)”. it can. Here, when silicon oxide is viewed in “SiO” units, this SiO is amorphous SiO or around the nanocluster Si so that the molar ratio of Si: SiO 2 is about 1: 1. Is a composite of Si and SiO 2 in which SiO 2 exists. It is assumed that SiO 2 has a buffering effect on the expansion and contraction of Si during charge and discharge.
前記酸化ケイ素は、粉末状であることが好ましく、粒子状であることがより好ましく、例えば、平均粒子径が30μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることが特に好ましく、2.0μm以下であることが最も好ましい。また、酸化ケイ素とバインダーの配合比率にもよるが、前記平均粒子径が1.0μm以下であると最も好ましい傾向がある。このような微粉末状の酸化ケイ素を用いることで、後述する粒子状導電助剤及び繊維状導電助剤の併用による効果が、より顕著に得られる。 The silicon oxide is preferably in the form of powder, more preferably in the form of particles, for example, the average particle diameter is preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less, and more preferably 10 μm or less. Is particularly preferred, and most preferably 2.0 μm or less. Although it depends on the mixing ratio of silicon oxide and the binder, the average particle diameter tends to be most preferably 1.0 μm or less. By using such finely powdered silicon oxide, the effect of the combined use of the particulate conductive aid and the fibrous conductive aid described later can be more remarkably obtained.
前記酸化ケイ素の平均粒子径は、例えば、電子顕微鏡を用いて、任意の酸化ケイ素の粒子約100個について粒子径を計測し、その平均値を算出することで求められる。
酸化ケイ素は、例えば、ボールミル等を用いる公知の手法で粉砕することにより、平均粒子径を所望の値に調節できる。
The average particle diameter of the silicon oxide is determined, for example, by measuring the particle diameter of about 100 arbitrary silicon oxide particles using an electron microscope and calculating the average value.
The average particle diameter can be adjusted to a desired value by pulverizing silicon oxide by a known method using, for example, a ball mill.
(負極材中の金属酸化物とバインダーの質量比)
本実施形態の製造方法において使用する負極材中の金属酸化物とバインダーの質量比(金属酸化物/バインダー)は、1〜10であることが好ましく、2〜10であることがより好ましく、3〜8であることが更に好ましい。
(Mass ratio of metal oxide to binder in negative electrode material)
The mass ratio (metal oxide / binder) between the metal oxide and the binder in the negative electrode material used in the production method of the present embodiment is preferably 1 to 10, more preferably 2 to 10, and 3 -8 is more preferable.
上記1〜10の範囲のうち、更に好ましい3〜8の範囲に近い程、金属酸化物及びその他の負極活物質を充分に集電体上に固定でき、金属酸化物の含有量比を増やすことができるため、高いエネルギー密度が得られる。また、金属酸化物の表面がバインダーによって被覆された割合を高めることができる。前記割合を高めることによって、ポリアクリル酸等のバインダーが金属酸化物の表面保護膜として機能し、金属酸化物と電解質との過剰な反応を防いで、リチウムイオン二次電池のサイクル特性をより向上させることができる。前記被覆された割合としては、例えば前記表面の5割以上が被覆されていることが好ましく、7割以上が被覆されていることがより好ましい。 Among the above ranges of 1 to 10, the closer to the more preferable range of 3 to 8, the metal oxide and the other negative electrode active material can be sufficiently fixed on the current collector, and the content ratio of the metal oxide is increased. High energy density can be obtained. Further, the ratio of the surface of the metal oxide covered with the binder can be increased. By increasing the ratio, a binder such as polyacrylic acid functions as a surface protective film of the metal oxide, prevents an excessive reaction between the metal oxide and the electrolyte, and further improves the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery. Can be done. As the coating ratio, for example, it is preferable that 50% or more of the surface is coated, and it is more preferable that 70% or more is coated.
(導電助剤)
本実施形態の製造方法において使用する負極材には、負極の導電性を高めるために導電助剤が含まれていることが好ましい。導電助剤の種類は特に制限されず、公知のリチウムイオン二次電池に使用される導電助剤が適用できる。具体例として、粒子状導電助剤、繊維状導電助剤が挙げられる。
(Conduction aid)
It is preferable that the negative electrode material used in the manufacturing method of the present embodiment contains a conductive auxiliary in order to increase the conductivity of the negative electrode. The type of the conductive additive is not particularly limited, and a known conductive additive used for a lithium ion secondary battery can be applied. Specific examples include a particulate conductive aid and a fibrous conductive aid.
前記負極材において、前記金属酸化物、粒子状導電助剤、繊維状導電助剤及びバインダーの総質量に対する、前記金属酸化物の含有量は、40〜89質量%であることが好ましく、60〜80質量%であることがより好ましい。前記金属酸化物の含有量が40質量%以上であると、リチウムイオン二次電池の放電容量がより向上し、前記金属酸化物の含有量が89質量%以下であると、より安定な負極構造が得られる。 In the negative electrode material, the content of the metal oxide with respect to the total mass of the metal oxide, the particulate conductive aid, the fibrous conductive aid, and the binder is preferably 40 to 89% by mass, and 60 to 89% by mass. More preferably, it is 80% by mass. When the content of the metal oxide is 40% by mass or more, the discharge capacity of the lithium ion secondary battery is further improved. When the content of the metal oxide is 89% by mass or less, a more stable negative electrode structure. Is obtained.
(粒子状導電助剤)
前記粒子状導電助剤は、導電助剤として機能する粒子状のものであれば特に限定されないが、好ましいものとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック;黒鉛(グラファイト);フラーレン等が例示できる。
(Particulate conductive assistant)
The particulate conductive assistant is not particularly limited as long as it is a particulate one that functions as a conductive assistant, but preferred are carbon black such as acetylene black and Ketjen black; graphite (graphite); Can be illustrated.
粒子状導電助剤は、平均粒子径が10nm〜100nmであることが好ましく、15nm〜60nmであることがより好ましい。また、粒子状導電助剤は、各々の粒子が数珠つなぎになった様な、粒子同士が互いに連なった構造を有することが好ましい。このような平均粒子径又は構造を有する粒子状導電助剤を用いると、繊維状導電助剤との併用による効果がより顕著に得られる。 The average particle diameter of the particulate conductive additive is preferably 10 nm to 100 nm, and more preferably 15 nm to 60 nm. In addition, it is preferable that the particulate conductive auxiliary agent has a structure in which the particles are connected to each other, such as a string of beads. When the particulate conductive aid having such an average particle diameter or structure is used, the effect of the combined use with the fibrous conductive aid is more remarkably obtained.
粒子状導電助剤の平均粒子径は、上記の酸化ケイ素の平均粒子径の場合と同様の方法で求められる。また、粒子状導電助剤の平均粒子径を調節する方法は、一般的な微粒子の平均粒子径を調節する方法が適用できる。 The average particle size of the particulate conductive assistant is determined by the same method as in the case of the above-described average particle size of silicon oxide. In addition, as a method for adjusting the average particle diameter of the particulate conductive auxiliary agent, a method for adjusting the average particle diameter of general fine particles can be applied.
粒子状導電助剤は、後述する負極活物質層中において粒子同士が連なった構造を有し、前記金属酸化物及び後述する繊維状導電助剤の少なくとも一方との接触面積を高めることによって、負極の導電性の向上に寄与していると推測される。 The particulate conductive auxiliary has a structure in which particles are connected to each other in a negative electrode active material layer described later, and by increasing a contact area with at least one of the metal oxide and a fibrous conductive auxiliary described later, It is presumed that it has contributed to the improvement of the conductivity of.
本実施形態の製造方法において、前記粒子状導電助剤は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよく、二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜調整すればよい。 In the production method of the present embodiment, the particulate conductive auxiliary may be used alone or in combination of two or more, and when two or more are used in combination, the combination and ratio thereof May be appropriately adjusted according to the purpose.
前記負極材において、前記金属酸化物、粒子状導電助剤、後述する繊維状導電助剤及びバインダーの総質量に対する、前記粒子状導電助剤の含有量は、3〜30質量%であることが好ましく、5〜20質量%であることがより好ましい。前記粒子状導電助剤の含有量が3質量%以上であると、粒子状導電助剤を用いたことによる効果がより顕著に得られ、前記粒子状導電助剤の含有量が30質量%以下であると、繊維状導電助剤との併用による効果がより顕著に得られる。 In the negative electrode material, the content of the particulate conductive auxiliary with respect to the total mass of the metal oxide, the particulate conductive auxiliary, a fibrous conductive auxiliary described later, and a binder is 3 to 30% by mass. More preferably, it is more preferably 5 to 20% by mass. When the content of the particulate conductive aid is 3% by mass or more, the effect of using the particulate conductive aid is more remarkably obtained, and the content of the particulate conductive aid is 30% by mass or less. In this case, the effect of the combined use with the fibrous conductive additive can be more remarkably obtained.
(繊維状導電助剤)
前記繊維状導電助剤は、導電助剤として機能する繊維状のものであれば特に限定されないが、好ましいものとしては、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンが例示できる。
(Fibrous conductive assistant)
The fibrous conductive aid is not particularly limited as long as it is a fibrous one that functions as a conductive aid. Preferred examples include carbon nanotubes and carbon nanohorns.
繊維状導電助剤は、平均繊維径が5nm〜300nmであることが好ましく、10nm〜150nmであることがより好ましい。また、繊維状導電助剤は、平均繊維長が0.1μm〜30μmであることが好ましく、0.5μm〜20μmであることがより好ましい。このような繊維状導電助剤を用いることで、粒子状導電助剤との併用による効果がより顕著に得られる。 The average fiber diameter of the fibrous conductive assistant is preferably 5 nm to 300 nm, more preferably 10 nm to 150 nm. Moreover, the average fiber length of the fibrous conductive auxiliary agent is preferably 0.1 μm to 30 μm, and more preferably 0.5 μm to 20 μm. By using such a fibrous conductive aid, the effect of the combined use with the particulate conductive aid is more remarkably obtained.
繊維状導電助剤の平均繊維径は、例えば、電子顕微鏡を用いて、任意の繊維状導電助剤約100本について繊維径を計測し、その平均値を算出することで求められる。同様に、繊維状導電助剤の平均繊維長は、例えば、電子顕微鏡を用いて、任意の繊維状導電助剤約100本について繊維長を計測し、その平均値を算出することで求められる。 The average fiber diameter of the fibrous conductive aid can be determined, for example, by measuring the fiber diameter of about 100 arbitrary fibrous conductive aids using an electron microscope and calculating the average value. Similarly, the average fiber length of the fibrous conductive additive is determined by, for example, measuring the fiber length of about 100 arbitrary fibrous conductive aids using an electron microscope and calculating the average value.
繊維状導電助剤は、後述する負極活物質層中において、好ましくは負極活物質層全体に、網目構造を形成することで、負極活物質層の構造安定化に寄与すると共に、負極活物質層中に導電ネットワークを形成して、導電性の向上に寄与していると推測される。 The fibrous conductive aid contributes to the stabilization of the structure of the negative electrode active material layer by forming a network structure in the negative electrode active material layer, which will be described later, preferably over the entire negative electrode active material layer. It is presumed that a conductive network is formed therein to contribute to the improvement of conductivity.
本実施形態の製造方法において、前記繊維状導電助剤は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよく、二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜調整すればよい。 In the production method of the present embodiment, the fibrous conductive auxiliary may be used alone or in combination of two or more, and when two or more are used in combination, the combination and ratio thereof May be appropriately adjusted according to the purpose.
前記負極材において、前記金属酸化物、粒子状導電助剤、繊維状導電助剤及びバインダーの総質量に対する、繊維状導電助剤の含有量は、1〜25質量%であることが好ましく、2〜15質量%であることがより好ましい。前記繊維状導電助剤の含有量が1質量%以上であると、繊維状導電助剤を用いたことによる効果がより顕著に得られ、前記繊維状導電助剤の含有量が25質量%以下であると、粒子状導電助剤との併用による効果がより顕著に得られる。 In the negative electrode material, the content of the fibrous conductive aid is preferably 1 to 25% by mass relative to the total mass of the metal oxide, the particulate conductive aid, the fibrous conductive aid, and the binder. It is more preferable that the content be 15 to 15% by mass. When the content of the fibrous conductive aid is 1% by mass or more, the effect of using the fibrous conductive aid is more remarkably obtained, and the content of the fibrous conductive aid is 25% by mass or less. In this case, the effect of the combined use with the particulate conductive additive is more remarkably obtained.
本実施形態の製造方法で使用する前記負極材において、「粒子状導電助剤:繊維状導電助剤」の配合量の質量比率(配合質量比)は、90:10〜30:70であることが好ましく、80:20〜40:60であることがより好ましい。粒子状導電助剤及び繊維状導電助剤の配合質量比がこのような範囲であることで、粒子状導電助剤及び繊維状導電助剤の併用による効果がより顕著に得られる。 In the negative electrode material used in the production method of the present embodiment, the mass ratio (mixing mass ratio) of the compounding amount of “particulate conductive auxiliary: fibrous conductive auxiliary” is 90:10 to 30:70. , And more preferably 80:20 to 40:60. When the compounding mass ratio of the particulate conductive aid and the fibrous conductive aid is in such a range, the effect of the combined use of the particulate conductive aid and the fibrous conductive aid is more remarkably obtained.
(その他の成分)
前記負極材は、酸化ケイ素、粒子状導電助剤、繊維状導電助剤及びバインダー以外に、これらに該当しないその他の成分がさらに配合されてなるものでもよい。
前記その他の成分は、特に限定されず、目的に応じて任意に選択できる。例えば、好ましい成分としては、前記配合成分(酸化ケイ素、粒子状導電助剤、繊維状導電助剤、バインダー)を溶解又は分散させるための溶媒が例示できる。
溶媒が配合されてなる負極材は、使用時において流動性を有する液状組成物であることが好ましい。
(Other components)
The negative electrode material may be a material in which other components other than these, in addition to the silicon oxide, the particulate conductive auxiliary, the fibrous conductive auxiliary, and the binder, are further compounded.
The other components are not particularly limited and can be arbitrarily selected according to the purpose. For example, as a preferred component, a solvent for dissolving or dispersing the above-mentioned components (silicon oxide, particulate conductive aid, fibrous conductive aid, binder) can be exemplified.
The negative electrode material containing the solvent is preferably a liquid composition having fluidity during use.
前記溶媒は、前記配合成分の種類に応じて任意に選択できる。例えば、好ましい溶媒としては、水、有機溶媒が例示できる。
前記有機溶媒で好ましいものとしては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール等のアルコール;N−メチルピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)等の鎖状又は環状アミド;アセトン等のケトンが例示できる。
前記溶媒は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよく、二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。
The solvent can be arbitrarily selected according to the type of the component. For example, preferable solvents include water and an organic solvent.
Preferred examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol and 2-propanol; linear or cyclic amides such as N-methylpyrrolidone (NMP) and N, N-dimethylformamide (DMF); And the like.
The solvents may be used alone or in combination of two or more. When two or more solvents are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected depending on the purpose.
負極材における前記溶媒の配合量は、特に限定されず、目的に応じて適宜調節すればよい。例えば、溶媒が配合された液状組成物である負極材を塗工及び乾燥させて、後述する負極活物質層を形成する場合には、この液状組成物が塗工に適した粘度となるように、溶媒の配合量を調節すればよい。具体的には、負極材において、配合成分の総量に対する、溶媒以外の配合成分の総量の割合が、好ましくは5〜60質量%、より好ましくは10〜35質量%となるように、溶媒の配合量を調節するとよい。 The amount of the solvent in the negative electrode material is not particularly limited, and may be appropriately adjusted depending on the purpose. For example, when a negative electrode material, which is a liquid composition in which a solvent is blended, is applied and dried to form a negative electrode active material layer described below, the liquid composition has a viscosity suitable for coating. The amount of the solvent may be adjusted. Specifically, in the negative electrode material, the mixing ratio of the solvent is adjusted so that the ratio of the total amount of the components other than the solvent to the total amount of the components is preferably 5 to 60% by mass, more preferably 10 to 35% by mass. Adjust the amount.
前記その他の成分として、前記溶媒以外の成分(その他の固体成分)を配合する場合、前記負極材において、溶媒以外の配合成分の総量に対する、その他の固体成分の配合量の割合は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。 When a component (other solid component) other than the solvent is blended as the other component, the ratio of the blended amount of the other solid component to the total amount of the blended component other than the solvent in the negative electrode material is 10% by mass. Or less, more preferably 5% by mass or less.
前記負極材は、前記粒子状導電助剤がカーボンブラックであり、前記繊維状導電助剤がカーボンナノチューブである負極材が特に好ましい。 The negative electrode material is particularly preferably a negative electrode material in which the particulate conductive aid is carbon black and the fibrous conductive aid is carbon nanotube.
前記負極材は、前記酸化ケイ素、粒子状導電助剤、繊維状導電助剤、バインダー、及び必要に応じてその他の成分を配合することで製造できる。
各成分の配合時には、各成分を添加して、各種手段により十分に混合することが好ましい。各成分を個別に順次添加しながら混合してもよいし、全成分を一度に添加してから混合してもよく、各成分が均一に混合されることが好ましい。
The negative electrode material can be manufactured by blending the silicon oxide, the particulate conductive auxiliary, the fibrous conductive auxiliary, a binder, and other components as necessary.
At the time of compounding each component, it is preferable to add each component and sufficiently mix them by various means. The components may be mixed while sequentially adding them individually, or all the components may be added at once and then mixed, and it is preferable that the components are uniformly mixed.
前記その他の成分として前記溶媒を配合する場合、この溶媒は、少なくとも一部を、前記酸化ケイ素、粒子状導電助剤、繊維状導電助剤、バインダー、及びその他の固体成分からなる群から選択される一種以上とあらかじめ混合して、その選択された成分の溶液又は分散液として、配合されてもよい。前記溶液又は分散液の調製に用いる溶媒は、配合する溶媒の全量であってもよい。 When blending the solvent as the other component, at least a portion of the solvent is selected from the group consisting of the silicon oxide, the particulate conductive aid, the fibrous conductive aid, a binder, and other solid components. One or more of them may be pre-mixed and formulated as a solution or dispersion of the selected component. The solvent used for preparing the solution or dispersion may be the total amount of the solvent to be blended.
各成分の混合方法は、特に限定されず、例えば、撹拌子、撹拌翼、ボールミル、スターラー、超音波分散機、超音波ホモジナイザー、自公転ミキサー等を使用する公知の方法を適用することができる。また、複数種の方法を組み合わせて混合してもよい。
混合温度、混合時間等の混合条件は、各種方法に応じて適宜設定すればよい。通常は、混合時の温度は10〜50℃であることが好ましく、15〜35℃であることがより好ましい。また、混合時間は3〜40分程度が好ましく、5〜20分程度がより好ましい。
The mixing method of each component is not particularly limited, and for example, a known method using a stirrer, a stirring blade, a ball mill, a stirrer, an ultrasonic disperser, an ultrasonic homogenizer, a self-revolving mixer, or the like can be applied. Further, a plurality of methods may be combined and mixed.
Mixing conditions such as mixing temperature and mixing time may be appropriately set according to various methods. Usually, the temperature at the time of mixing is preferably from 10 to 50C, more preferably from 15 to 35C. The mixing time is preferably about 3 to 40 minutes, more preferably about 5 to 20 minutes.
各成分を混合して得られた組成物は、そのまま負極材として用いてもよいし、例えば、配合した前記溶媒の一部を留去等によって除去するなど、得られた組成物に何らかの操作を追加して行って得られたものを、負極材として用いてもよい。 The composition obtained by mixing the components may be used as a negative electrode material as it is, or any operation may be performed on the obtained composition, for example, by removing a part of the blended solvent by distillation or the like. A material obtained by additionally performing the above may be used as a negative electrode material.
[負極]
本実施形態の製造方法によって得られた負極は、前記負極材が集電体上に塗布され、乾燥されてなる。前記負極は、前記集電体上に前記負極材によって構成された負極活物質層を有することが好ましい。また、電池の容量発現率を高める観点から、前記負極活物質層にはリチウムがプレドープされていることが好ましい。前記負極のその他の構成は、公知の負極と同様の構成が適用できる。
[Negative electrode]
The negative electrode obtained by the manufacturing method of the present embodiment is obtained by applying the negative electrode material on a current collector and drying. The negative electrode preferably has a negative electrode active material layer formed of the negative electrode material on the current collector. In addition, from the viewpoint of increasing the capacity development rate of the battery, it is preferable that the negative electrode active material layer is pre-doped with lithium. Other configurations of the negative electrode can be the same as those of a known negative electrode.
集電体は、リチウムイオン二次電池の分野で使用される公知の集電体が適用できる。具体例として、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼等の金属が挙げられる。
集電体の形状は特に制限されないが、シート状であることが好ましい。シート状集電体の厚みは特に制限されないが、例えば5〜20μmの厚みが挙げられる。
As the current collector, a known current collector used in the field of a lithium ion secondary battery can be applied. Specific examples include metals such as copper, aluminum, titanium, nickel, and stainless steel.
The shape of the current collector is not particularly limited, but is preferably a sheet. Although the thickness of the sheet-like current collector is not particularly limited, a thickness of, for example, 5 to 20 μm is exemplified.
負極材が乾燥されてなる負極活物質層の厚みは、特に限定されないが、5〜100μmであることが好ましく、10〜60μmであることがより好ましい。 The thickness of the negative electrode active material layer formed by drying the negative electrode material is not particularly limited, but is preferably 5 to 100 μm, and more preferably 10 to 60 μm.
負極活物質層を構成する負極材を集電体上に塗布(塗工)する方法としては、例えば、バーコーター、グラビアコーター、コンマコーター、リップコーター等の各種コーターを用いる方法;ドクターブレード法;ディッピング法等の、各種塗布方法が例示できる。 As a method of applying (coating) the negative electrode material constituting the negative electrode active material layer on the current collector, for example, a method using various coaters such as a bar coater, a gravure coater, a comma coater, and a lip coater; a doctor blade method; Various coating methods such as a dipping method can be exemplified.
集電体上に塗布した負極材の乾燥は、公知の方法で常圧下又は減圧下で行うことができる。乾燥温度及び乾燥時間は、前述した通りである。 Drying of the negative electrode material applied on the current collector can be performed under a normal pressure or a reduced pressure by a known method. The drying temperature and the drying time are as described above.
負極活物質層は、集電体上に直接形成してもよいし、他の基材上に形成してから集電体上に移動し、集電体上に圧着させてもよい。集電体上に直接形成された負極活物質層を圧着しても構わない。 The negative electrode active material layer may be formed directly on the current collector, or may be formed on another base material, then moved onto the current collector, and pressed on the current collector. The negative electrode active material layer formed directly on the current collector may be pressed.
負極活物質層にリチウムをプレドープする方法は、特に限定されないが、例えば、負極活物質層を、電解液を介して金属リチウムに接触させる方法が挙げられる。このプレドープ方法によれば、負極活物質層の広範囲にリチウムをプレドープすることができる。前記電解液は、この負極を用いてリチウムイオン二次電池を製造する際に用いる電解液と同じであることが好ましい。接触させる金属リチウムは、シート状(金属リチウム箔)であることが好ましい。なお、リチウムのプレドープは、リチウムイオン(Li+)ではなくリチウム金属(Li)を用いて行う必要がある。
また、リチウムをプレドープする他の方法として、活物質スラリー(負極活物質層を形成する材料の組成物)の中にリチウム金属またはリチウム合金を混ぜ込むことでプレドープする方法が挙げられる。さらに、外部電源を用いて電気化学的にプレドープする公知方法が挙げられる。
The method of pre-doping lithium into the negative electrode active material layer is not particularly limited, and includes, for example, a method in which the negative electrode active material layer is brought into contact with metallic lithium via an electrolytic solution. According to this pre-doping method, lithium can be pre-doped in a wide area of the negative electrode active material layer. The electrolyte is preferably the same as the electrolyte used when manufacturing a lithium ion secondary battery using this negative electrode. The metal lithium to be brought into contact is preferably in the form of a sheet (metal lithium foil). Note that pre-doping of lithium needs to be performed using lithium metal (Li) instead of lithium ion (Li + ).
As another method of pre-doping lithium, there is a method of pre-doping by mixing lithium metal or a lithium alloy into an active material slurry (a composition of a material for forming a negative electrode active material layer). Further, a known method of electrochemically pre-doping using an external power supply may be used.
負極にプレドープされたリチウムの量は、負極活物質層中の二酸化ケイ素(SiO2)に対して、1〜4倍モル量であることが好ましく、2〜4倍モル量であることがより好ましく、3〜4倍モル量であることが特に好ましい。 The amount of lithium pre-doped in the negative electrode is preferably 1 to 4 times, more preferably 2 to 4 times the molar amount of silicon dioxide (SiO 2 ) in the negative electrode active material layer. It is particularly preferred that the molar amount is 3 to 4 times.
負極にプレドープされたリチウムは負極活物質層中の二酸化ケイ素と不可逆的に反応して、リチウムシリケート(Li4SiO4)を生成すると推測される。このプレドープが施された負極を備えたリチウムイオン二次電池においては、初期充電工程で負極にリチウムが吸蔵される際に、負極活物質層中の酸化ケイ素との上記反応が抑制されるため、放電時のリチウムの放出が妨げられることがなく、放電容量の低下が抑制される。 It is presumed that lithium pre-doped in the negative electrode irreversibly reacts with silicon dioxide in the negative electrode active material layer to generate lithium silicate (Li 4 SiO 4 ). In the lithium ion secondary battery including the pre-doped negative electrode, when lithium is occluded in the negative electrode in the initial charging step, the above reaction with silicon oxide in the negative electrode active material layer is suppressed, The release of lithium at the time of discharge is not hindered, and a decrease in discharge capacity is suppressed.
《正極の製造方法》
本発明にかかる電極の製造方法によって、リチウムイオン二次電池に適用可能な正極を製造することもできる。正極は、負極材に代えて正極材を用いる点以外は、負極の場合と同様の方法で製造することができる。具体的には、例えば、正極活物質、バインダー及び溶媒、並びに必要に応じて導電助剤を配合してなる正極材を集電体に塗布した後、前記正極材を乾燥することによって、集電体上に正極活物質層を備えた正極が得られる。正極活物質層は、例えば、20〜60μmの厚さで形成することができる。
<< Positive electrode manufacturing method >>
By the method for manufacturing an electrode according to the present invention, a positive electrode applicable to a lithium ion secondary battery can also be manufactured. The positive electrode can be manufactured by the same method as that for the negative electrode except that the positive electrode material is used instead of the negative electrode material. Specifically, for example, a positive electrode active material, a binder and a solvent, and, if necessary, a positive electrode material comprising a conductive additive is applied to the current collector, and then the positive electrode material is dried to collect current. A positive electrode having a positive electrode active material layer on the body is obtained. The positive electrode active material layer can be formed with a thickness of, for example, 20 to 60 μm.
正極におけるバインダー、溶媒及び集電体は、いずれも負極におけるバインダー、溶媒及び集電体と同様のものが適用できる。 As the binder, solvent and current collector in the positive electrode, those similar to the binder, solvent and current collector in the negative electrode can be applied.
正極における好適な導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック等の炭素系材料が挙げられる。
正極における前記導電助剤は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよく、二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。
Suitable conductive assistants for the positive electrode include, for example, carbonaceous materials such as graphite and acetylene black.
The conductive auxiliary agent in the positive electrode may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.When two or more kinds are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose. I just need.
正極活物質としては、公知の金属リチウム化合物が例示できる。例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、オリビン型リン酸リチウム等が例示できる。正極活物質は、一種が単独で使用されてもよいし、二種以上が併用されてもよく、二種以上が併用される場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。 Examples of the positive electrode active material include known metal lithium compounds. For example, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, olivine type lithium phosphate and the like can be exemplified. The positive electrode active material may be used singly, or two or more kinds may be used in combination.If two or more kinds are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected depending on the purpose. Good.
前記正極材に配合された各成分の総質量に対する、正極活物質、バインダー、溶媒、及び導電助剤のそれぞれの成分の含有量は、前記負極材に配合された各成分の総質量に対する、前記負極活物質、バインダー、溶媒、及び導電助剤のそれぞれの成分の含有量と同様であってもよいし、異なっていてもよい。 For the total mass of each component blended in the positive electrode material, the content of each component of the positive electrode active material, the binder, the solvent, and the conductive auxiliary is based on the total mass of each component blended in the negative electrode material, The contents of the respective components of the negative electrode active material, the binder, the solvent, and the conductive auxiliary may be the same or different.
≪リチウムイオン二次電池の製造方法≫
本発明に係るリチウムイオン二次電池の製造方法は、前述した電極の製造方法によって電極を得る工程と、対極(対向電極)との間に電解質を設置する工程を有する。
前記電極が負極である場合、前記対極は正極であり、前記電極が正極である場合、前記対極は負極である。前記対極は、前述した本発明にかかる電極の製造方法によって得られた対極であってもよいし、他の方法で製造された対極であってもよい。
<< Production method of lithium ion secondary battery >>
The method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to the present invention includes a step of obtaining an electrode by the above-described method of manufacturing an electrode, and a step of installing an electrolyte between a counter electrode (a counter electrode).
When the electrode is a negative electrode, the counter electrode is a positive electrode, and when the electrode is a positive electrode, the counter electrode is a negative electrode. The counter electrode may be a counter electrode obtained by the above-described method for manufacturing an electrode according to the present invention, or may be a counter electrode manufactured by another method.
本発明に係る製造方法により得られたリチウムイオン二次電池は、本発明に係る電極の製造方法によって得られた電極を備えたことを特徴とする。この電極を備えた点以外は、従来のリチウムイオン二次電池と同様の構成が適用できる。前記構成としては、例えば、負極及び正極、並びに、電解液(電解質溶液)、ゲル電解質、固体電解質等の電解質を備えた構成が挙げられる。さらに、負極と正極との間に、セパレータを備えていてもよい。 A lithium ion secondary battery obtained by the manufacturing method according to the present invention includes the electrode obtained by the electrode manufacturing method according to the present invention. Except for having this electrode, a configuration similar to that of a conventional lithium ion secondary battery can be applied. Examples of the configuration include a configuration including an anode and a cathode, and an electrolyte such as an electrolyte solution (electrolyte solution), a gel electrolyte, and a solid electrolyte. Further, a separator may be provided between the negative electrode and the positive electrode.
[電解液]
前記電解液としては、従来のリチウムイオン二次電池で使用される電解液が使用できる。例えば、カルボン酸リチウム塩を電解質として含む電解液が好ましい。
[Electrolyte]
As the electrolyte, an electrolyte used in a conventional lithium ion secondary battery can be used. For example, an electrolytic solution containing lithium carboxylate as an electrolyte is preferable.
カルボン酸リチウム塩としては、例えば、ギ酸リチウム、酢酸リチウム、等の1価カルボン酸のリチウム塩;シュウ酸リチウム、マロン酸リチウム等の2価カルボン酸のリチウム塩;乳酸リチウム等の水酸基を有する1価カルボン酸のリチウム塩等が例示できる。これらの中でも、ギ酸リチウム、酢酸リチウム、シュウ酸リチウム、コハク酸リチウムがより好ましく、シュウ酸リチウムが特に好ましい。
カルボン酸リチウム塩は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すればよい。
Examples of the lithium carboxylate include lithium salts of monovalent carboxylic acids such as lithium formate and lithium acetate; lithium salts of divalent carboxylic acids such as lithium oxalate and lithium malonate; and salts having a hydroxyl group such as lithium lactate. Examples thereof include lithium salts of polyvalent carboxylic acids. Among these, lithium formate, lithium acetate, lithium oxalate, and lithium succinate are more preferable, and lithium oxalate is particularly preferable.
As the lithium carboxylate, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. When two or more kinds are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.
カルボン酸リチウム塩と錯形成反応が可能な三フッ化ホウ素又は三フッ化ホウ素錯体をカルボン酸リチウム塩と共に電解質として使用することも例示できる。 It is also possible to use boron trifluoride or a boron trifluoride complex capable of forming a complex with lithium carboxylate as an electrolyte together with lithium carboxylate.
好ましい三フッ化ホウ素錯体としては、三フッ化ホウ素ジメチルエーテル錯体(BF3・O(CH3)2)、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素ジn−ブチルエーテル錯体、等の三フッ化ホウ素アルキルエーテル錯体;三フッ化ホウ素メタノール錯体(BF3・HOCH3)、三フッ化ホウ素プロパノール錯体、三フッ化ホウ素フェノール錯体等の三フッ化ホウ素アルコール錯体が例示できる。 Preferred boron trifluoride complexes include boron trifluoride dimethyl ether complex (BF 3 .O (CH 3 ) 2 ), boron trifluoride diethyl ether complex, boron trifluoride di-n-butyl ether complex, and the like. Boron alkyl ether complex; boron trifluoride alcohol complex such as boron trifluoride methanol complex (BF 3 .HOCH 3 ), boron trifluoride propanol complex, boron trifluoride phenol complex and the like.
前記電解液を構成する有機溶媒は特に限定されないが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル及びスルホランからなる群から選択される一種以上であることが好ましい。 The organic solvent constituting the electrolytic solution is not particularly limited, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, dimethoxyethane, methyl formate, It is preferably at least one selected from the group consisting of methyl acetate, methyl propionate, acetonitrile and sulfolane.
前記電解液における有機溶媒の配合量は特に限定されず、例えば、電解質の種類に応じて、適宜調節すればよい。通常は、リチウム原子(Li)の濃度が、好ましくは0.2〜3.0モル/kg、より好ましくは0.4〜2.0モル/kgとなるように、配合量を調節することが好ましい。 The blending amount of the organic solvent in the electrolytic solution is not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to, for example, the type of the electrolyte. Usually, the amount is adjusted so that the concentration of lithium atoms (Li) is preferably 0.2 to 3.0 mol / kg, more preferably 0.4 to 2.0 mol / kg. preferable.
また、前記電解液としては、電解質として六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ素リチウム、リチウムビスフルオロスルホニルイミド、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム等の公知のリチウム塩が有機溶媒に溶解されてなるものも例示できる。 In addition, as the electrolyte, a known lithium salt such as lithium hexafluorophosphate, lithium boron tetrafluoride, lithium bisfluorosulfonylimide, and bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium is dissolved in an organic solvent as an electrolyte. Can also be exemplified.
前記電解液に公知のマトリクスポリマーが含有されて、当該電解液がゲル状態になった公知のゲル電解質を本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造に使用してもよい。また、前記電解液又はゲル電解質を構成する溶媒が乾燥除去されて固体状態になった公知の固体電解質を本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造に使用してもよい。 A known gel electrolyte in which a known matrix polymer is contained in the electrolytic solution and the electrolytic solution is in a gel state may be used for manufacturing the lithium ion secondary battery of the present embodiment. In addition, a known solid electrolyte in which a solvent constituting the electrolytic solution or the gel electrolyte is dried and removed to be in a solid state may be used for manufacturing the lithium ion secondary battery of the present embodiment.
[セパレータ]
前記セパレータの材質は特に限定されないが、微細孔を有する高分子膜、微細孔を有する無機質膜、不織布、ガラスファイバー等が例示でき、これら材質からなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
[Separator]
The material of the separator is not particularly limited, but a polymer film having micropores, an inorganic film having micropores, a nonwoven fabric, a glass fiber, and the like can be exemplified, and it is preferable that the separator be at least one selected from the group consisting of these materials. .
図1は、本発明によって得られたリチウムイオン二次電池の実施形態の一例を示す断面模式図である。ここに例示するリチウムイオン二次電池1は、シート状の負極13及び正極11が、セパレータ12を介して積層されたものである。セパレータは、単層であってもよいし、二層以上が積層された複数層であってもよい。図1において、電解質はセパレータ12に含浸されている。電解質は電解液、ゲル電解質又は固体電解質の何れの形態であってもよい。ここでは、負極13及び正極11がそれぞれ1枚ずつ積層された構成が示されているが、他の構成として、例えば、負極13、セパレータ12及び正極11がこの順に積層された積層体が、間にさらにセパレータ12を介して、複数個繰り返し積層された構成であってもよい。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an embodiment of a lithium ion secondary battery obtained by the present invention. The lithium ion
前記リチウムイオン二次電池は、公知の方法に従って、例えば、グローブボックス内又は乾燥空気雰囲気下で、前記電解液、ゲル電解質又は固体電解質、及び電極等を用いて製造すればよい。
例えば、ゲル電解質を備えたリチウムイオン二次電池であれば、加熱して液状としたゲル電解質を、負極及び正極のいずれか一方又は両方の電極面上に塗工し、次いで、このゲル電解質を備えた負極及び正極を、これらの電極面が対向するようにゲル電解質を介して積層し、必要に応じてこれらの電極面間にセパレータを介在させることで、容易に製造できる。液状のゲル電解質は、例えば、バーコーター等の各種コーターを用いる方法で、電極面上に塗工できる。
また、例えば、電解液を備えたリチウムイオン二次電池であれば、ゲル電解質に代えてこの電解液を、負極及び正極の電極面に接触するように配置すること以外は、上記のゲル電解質を備えたリチウムイオン二次電池と同様の方法で、容易に製造できる。
The lithium ion secondary battery may be manufactured according to a known method, for example, in a glove box or in a dry air atmosphere, using the electrolytic solution, gel electrolyte or solid electrolyte, electrodes, and the like.
For example, in the case of a lithium ion secondary battery provided with a gel electrolyte, a heated gel electrolyte is applied to one or both of the negative electrode and the positive electrode, and then the gel electrolyte is applied. The provided negative electrode and positive electrode are laminated via a gel electrolyte so that these electrode surfaces face each other, and if necessary, a separator can be interposed between these electrode surfaces to facilitate manufacture. The liquid gel electrolyte can be applied on the electrode surface by a method using various coaters such as a bar coater.
Further, for example, in the case of a lithium ion secondary battery provided with an electrolyte solution, except that this electrolyte solution is disposed in contact with the electrode surfaces of the negative electrode and the positive electrode instead of the gel electrolyte, the above-described gel electrolyte is used. It can be easily manufactured by the same method as the provided lithium ion secondary battery.
前記リチウムイオン二次電池の形状は、特に限定されず、円筒型、角型、コイン型、シート型等、種々のものに調節できる。 The shape of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and can be adjusted to various types such as a cylindrical type, a square type, a coin type, and a sheet type.
リチウムイオン二次電池は、カルボン酸リチウム塩並びに三フッ化ホウ素及び/又は三フッ化ホウ素錯体、あるいはカルボン酸リチウム塩−三フッ化ホウ素錯体を用いた場合、初期充電時に負極表面上において、フッ化リチウム(LiF)を含む界面皮膜(以下、「SEI」と略記する)を形成する。このSEIは、充放電時にリチウムイオンに溶媒和された溶媒分子が負極中に進入するのを阻止し、負極構造の破壊を抑制して、リチウムイオン二次電池のサイクル特性の向上に寄与する。 When using a lithium carboxylate and boron trifluoride and / or a boron trifluoride complex, or a lithium carboxylate-boron trifluoride complex, the lithium ion secondary battery has a structure in which the fluorine is formed on the surface of the negative electrode during initial charging. An interfacial film containing lithium fluoride (LiF) (hereinafter, abbreviated as “SEI”) is formed. The SEI prevents solvent molecules solvated in lithium ions from entering the negative electrode during charge and discharge, suppresses the destruction of the negative electrode structure, and contributes to the improvement of cycle characteristics of the lithium ion secondary battery.
本発明によって製造されたリチウムイオン二次電池は、酸化ケイ素、粒子状導電助剤、繊維状導電助剤及びバインダーが配合されてなる負極材を用いて形成された負極活物質層を有し、且つリチウムがプレドープされている負極を備えていることが好ましい。
前記リチウムイオン二次電池は、粒子状導電助剤及び繊維状導電助剤を併用し、さらにリチウムがプレドープされている負極を用いたことにより、容量発現率と、充放電を繰り返し行ったときの容量維持率とが共に高く、充放電特性に優れる。
The lithium ion secondary battery manufactured according to the present invention has a negative electrode active material layer formed using a negative electrode material formed by mixing silicon oxide, particulate conductive aid, fibrous conductive aid and a binder, Further, it is preferable to provide a negative electrode pre-doped with lithium.
The lithium ion secondary battery uses a particulate conductive aid and a fibrous conductive aid in combination, and further uses a negative electrode that is pre-doped with lithium. Both the capacity retention rate is high and the charge / discharge characteristics are excellent.
以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the examples described below.
(1)使用した原料
本実施例で使用した原料を以下に示す。
・導電助剤
アセチレンブラック(電気化学工業社製「HS−100」、平均粒子径48nm)
カーボンナノチューブ(保土谷化学社製「NT−7」、平均繊維径65nm、平均繊維長6μm以上)
・バインダー
スチレン−ブタジエン樹脂(以下、「SBR」と略記する)(JSR社製)
ポリアクリル酸(10万)(重量平均分子量Mw=10万、アルドリッチ社製)
ポリアクリル酸(25万)(重量平均分子量Mw=25万、アルドリッチ社製)
ポリアクリル酸(100万)(重量平均分子量Mw=100万、アルドリッチ社製)
水酸化リチウム(和光純薬工業社製)
・カルボン酸リチウム塩
シュウ酸リチウム(Alfa社製)
・三フッ化ホウ素錯体
三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体(BF3・O(C2H5)2)(アルドリッチ社製)
・有機溶媒
エチレンカーボネート(以下、「EC」と略記する)(キシダ化学社製)
プロピレンカーボネート(以下、「PC」と略記する)(キシダ化学社製)
・溶媒
ジメチルカーボネート(以下、「DMC」と略記する)(キシダ化学社製)
(1) Raw materials used The raw materials used in this example are shown below.
-Conductive aid Acetylene black ("HS-100" manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., average particle diameter 48 nm)
Carbon nanotubes (“NT-7” manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd., average fiber diameter 65 nm, average fiber length 6 μm or more)
・ Binder Styrene-butadiene resin (hereinafter abbreviated as “SBR”) (manufactured by JSR)
Polyacrylic acid (100,000) (weight average molecular weight Mw = 100,000, manufactured by Aldrich)
Polyacrylic acid (250,000) (weight average molecular weight Mw = 250,000, manufactured by Aldrich)
Polyacrylic acid (1,000,000) (weight average molecular weight Mw = 1,000,000, manufactured by Aldrich)
Lithium hydroxide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
-Lithium carboxylate Lithium oxalate (Alfa)
· Boron trifluoride complex of boron trifluoride diethyl etherate (BF 3 · O (C 2 H 5) 2) ( manufactured by Aldrich)
-Organic solvent Ethylene carbonate (hereinafter abbreviated as "EC") (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.)
Propylene carbonate (hereinafter abbreviated as "PC") (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.)
-Solvent dimethyl carbonate (hereinafter abbreviated as "DMC") (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.)
<有機酸リチウム塩−三フッ化ホウ素錯体の合成>
[合成例1](シュウ酸リチウム−三フッ化ホウ素錯体の合成)
シュウ酸リチウム(22.3g、223mmol)を丸底フラスコに量り取り、これを200mLのDMCに懸濁させた。これに23℃で三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体(63.3g、446mmol)をゆっくりと滴下した後、室温(23℃)で24時間撹拌し、反応液が透明になって不溶物が見られず、均一な溶液となったことを確認した。次いで、ロータリーエバポレーターを用いて、反応液から溶媒及び不純物を留去した。その後、析出した白色の固体を50℃にて乾燥させることにより、白色粉末のシュウ酸リチウム−三フッ化ホウ素錯体((COOLi)2・(BF3)2)を得た(収率96.5%)。
<Synthesis of organic acid lithium salt-boron trifluoride complex>
[Synthesis Example 1] (Synthesis of lithium oxalate-boron trifluoride complex)
Lithium oxalate (22.3 g, 223 mmol) was weighed into a round bottom flask and suspended in 200 mL of DMC. After slowly dropping boron trifluoride diethyl ether complex (63.3 g, 446 mmol) at 23 ° C., the mixture was stirred at room temperature (23 ° C.) for 24 hours, and the reaction solution became transparent and no insoluble matter was observed. It was confirmed that a homogeneous solution was obtained. Next, the solvent and impurities were distilled off from the reaction solution using a rotary evaporator. Thereafter, the precipitated white solid was dried at 50 ° C. to obtain a white powder of lithium oxalate-boron trifluoride complex ((COOLi) 2. (BF 3 ) 2 ) (yield 96.5). %).
<リチウムイオン二次電池の製造>
[試験例1]
(負極材の製造)
一酸化ケイ素(SiO、平均粒子径1.0μm、69質量部)、アセチレンブラック(10質量部)、カーボンナノチューブ(6質量部)、ポリアクリル酸(10万)(以下、「PAA(10万)」と略記することがある、10質量部)、及びSBR(5質量部)を試薬瓶に入れ、蒸留水を添加して濃度調整した後、自公転ミキサーを用いて2000rpmで3分間混合した。次いで、得られた混合物を超音波ホモジナイザーによって10分間分散処理し、得られた分散物を自公転ミキサーによって2000rpmで3分間混合し、負極材を得た。以上の操作は、すべて25℃で行った。
<Manufacture of lithium ion secondary batteries>
[Test Example 1]
(Manufacture of negative electrode material)
Silicon monoxide (SiO, average particle diameter 1.0 μm, 69 parts by mass), acetylene black (10 parts by mass), carbon nanotube (6 parts by mass), polyacrylic acid (100,000) ( hereinafter, “PAA (100,000) 10 parts by mass) and SBR (5 parts by mass) were placed in a reagent bottle, the concentration was adjusted by adding distilled water, and then mixed at 2,000 rpm for 3 minutes using a self-revolving mixer. Next, the obtained mixture was subjected to a dispersion treatment for 10 minutes by an ultrasonic homogenizer, and the obtained dispersion was mixed by a self-revolving mixer at 2,000 rpm for 3 minutes to obtain a negative electrode material. Or more of the operation was carried out in all 25 ℃.
(電解液の製造)
有機溶媒として、EC及びPCの混合溶媒(EC:PC=30:70(体積比))をサンプル瓶に量り取り、ここにシュウ酸リチウム−三フッ化ホウ素錯体(1.82g)を加えて、シュウ酸リチウム−三フッ化ホウ素錯体中のリチウム原子の濃度が1.0モル/kgとなるようにし、23℃で混合することにより、電解液を得た。
(Manufacture of electrolyte)
As an organic solvent, a mixed solvent of EC and PC (EC: PC = 30: 70 (volume ratio)) was weighed into a sample bottle, and lithium oxalate-boron trifluoride complex (1.82 g) was added thereto. The concentration of lithium atoms in the lithium oxalate-boron trifluoride complex was adjusted to 1.0 mol / kg, and the mixture was mixed at 23 ° C. to obtain an electrolytic solution.
(負極の製造)
バーコーターを用いて、厚さ18μmの銅箔の両面に負極材を塗布し、60℃のホットプレート上で乾燥させた後、ロールプレス機を用いて1kNでプレスすることにより、集電体である銅箔上に厚さ25μmの負極活物質層を形成し、負極前駆体を得た。さらに、残存水分を十分に除去するためにリチウム電池の作製前に電極を真空下で、50℃で6時間乾燥させた。
(Manufacture of negative electrode)
Using a bar coater, a negative electrode material was applied to both sides of a copper foil having a thickness of 18 μm, dried on a hot plate at 60 ° C., and then pressed at 1 kN using a roll press to obtain a current collector. A negative electrode active material layer having a thickness of 25 μm was formed on a certain copper foil to obtain a negative electrode precursor. Further, the electrodes were dried under vacuum at 50 ° C. for 6 hours before producing a lithium battery in order to sufficiently remove residual moisture.
形成した負極活物質層上に、電解液を50μL/cm2で滴下し、その上に厚さ200μmのリチウム金属箔を重ねた。この状態を24時間静置することにより、負極活物質層にリチウムをプレドープし、負極を得た。プレドープ後に残ったリチウム金属箔を取り除いた。 An electrolytic solution was dropped at 50 μL / cm 2 on the formed negative electrode active material layer, and a 200 μm-thick lithium metal foil was overlaid thereon. By allowing this state to stand for 24 hours, the negative electrode active material layer was pre-doped with lithium to obtain a negative electrode. The lithium metal foil remaining after the pre-doping was removed.
(正極の製造)
ニッケル・コバルト・マンガン酸リチウム(Ni:Co:Mn=1:1:1、LiNMC)(93質量部)と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)(3質量部)と、導電助剤であるカーボンブラック(4質量部)の混合し、得られた混合物をN−メチルピロリドン(NMP)中に分散させて、正極材(スラリー)を得た。次いで、バーコーターを用いて厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に正極材を塗布し、100℃、0.1MPa、10時間の条件で減圧乾燥させた後、ロールプレスすることにより、集電体であるアルミニウム箔上に厚さ60μmの正極活物質層が形成された正極を得た。
(Manufacture of positive electrode)
Nickel / cobalt / lithium manganate (Ni: Co: Mn = 1: 1: 1, LiNMC) (93 parts by mass), polyvinylidene fluoride (PVDF) (3 parts by mass), and carbon black as a conductive additive ( 4 parts by mass), and the resulting mixture was dispersed in N-methylpyrrolidone (NMP) to obtain a positive electrode material (slurry). Next, a positive electrode material was applied to both surfaces of a 15 μm-thick aluminum foil using a bar coater, dried under reduced pressure at 100 ° C., 0.1 MPa, and 10 hours, and then roll-pressed to obtain a current collector. A positive electrode in which a positive electrode active material layer having a thickness of 60 μm was formed on a certain aluminum foil was obtained.
(リチウムイオン二次電池の製造)
上記で得た負極及び正極を直径16mmの円盤状に打ち抜いた。また、ガラスファイバーからなるセパレータを直径17mmの円盤状に打ち抜いた。これら円盤状の正極、セパレータ及び負極を、この順にSUS製の電池容器(CR2032)内で積層し、上記で得た電解液を、セパレータ、負極及び正極に含浸させ、さらに負極上に、SUS製の板(厚さ1.2mm、直径16mm)を載せ、蓋をすることにより、コイン型のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Manufacture of lithium ion secondary batteries)
The negative electrode and the positive electrode obtained above were punched into a disk having a diameter of 16 mm. Further, a separator made of glass fiber was punched into a disk shape having a diameter of 17 mm. The disc-shaped positive electrode, the separator and the negative electrode are laminated in this order in a SUS battery container (CR2032), and the electrolytic solution obtained above is impregnated into the separator, the negative electrode and the positive electrode. Was mounted (1.2 mm thick, 16 mm diameter), and a lid was produced, thereby manufacturing a coin-type lithium ion secondary battery.
[試験例2]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、ポリアクリル酸(25万)(以下、「PAA(25万)」と略記することがある。)を10質量部使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 2]
In the production of the negative electrode, 10 parts by mass of polyacrylic acid (250,000) ( hereinafter sometimes abbreviated as “PAA (250,000)”) was used instead of 10 parts by mass of PAA (100,000). A lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as in Test Example 1.
[試験例3]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、ポリアクリル酸(100万)(以下、「PAA(100万)」と略記することがある。)を10質量部使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 3]
In the production of the negative electrode, 10 parts by mass of polyacrylic acid (1 million) ( hereinafter sometimes abbreviated as “PAA (1 million)”) was used instead of 10 parts by mass of PAA (100,000). A lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as in Test Example 1.
[試験例4]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(25万)9質量部と、PAA(100万)1質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 4]
In the production of the negative electrode, Test Example 1 was repeated except that 9 parts by mass of PAA (250,000) and 1 part by mass of PAA (1 million) were used in place of 10 parts by mass of PAA (100,000). Similarly, a lithium ion secondary battery was manufactured.
[試験例5]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(25万)7質量部と、PAA(100万)3質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 5]
In the production of the negative electrode, Test Example 1 was repeated except that 7 parts by mass of PAA (250,000) and 3 parts by mass of PAA (1 million) were used in place of 10 parts by mass of PAA (100,000). Similarly, a lithium ion secondary battery was manufactured.
[試験例6]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(25万)5質量部と、PAA(100万)5質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 6]
In the production of the negative electrode, Test Example 1 was repeated except that 5 parts by mass of PAA (250,000) and 5 parts by mass of PAA (1 million) were used in place of 10 parts by mass of PAA (100,000). Similarly, a lithium ion secondary battery was manufactured.
[試験例7]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(25万)3質量部と、PAA(100万)7質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 7]
In the production of the negative electrode, Test Example 1 was repeated except that 3 parts by mass of PAA (250,000) and 7 parts by mass of PAA (1 million) were used in place of 10 parts by mass of PAA (100,000). Similarly, a lithium ion secondary battery was manufactured.
[試験例8]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(25万)1質量部と、PAA(100万)9質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 8]
In the production of the negative electrode, Test Example 1 was repeated except that 1 part by mass of PAA (250,000) and 9 parts by mass of PAA (1 million) were used in place of 10 parts by mass of PAA (100,000). Similarly, a lithium ion secondary battery was manufactured.
[試験例9]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(10万)9質量部と、PAA(100万)1質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 9]
In the production of the negative electrode, in place of PA A (10 50,000) 10 parts by mass, and PAA (10 50,000) 9 parts by weight, except that it was used by mixing with PAA (100 50,000) 1 part by weight, the the Test Example 1 In the same manner as in the above, a lithium ion secondary battery was manufactured.
[試験例10]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(10万)7質量部と、PAA(100万)3質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 10]
In the production of the negative electrode, in place of PA A (10 50,000) 10 parts by mass, and PAA (10 50,000) 7 parts by weight, except that it was used by mixing with PAA (100 50,000) 3 parts by weight, the the Test Example 1 In the same manner as in the above, a lithium ion secondary battery was manufactured.
[試験例11]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(10万)5質量部と、PAA(100万)5質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 11]
In the production of the negative electrode, Test Example 1 was repeated except that 5 parts by mass of PAA (100,000) and 5 parts by mass of PAA (1 million) were used in place of 10 parts by mass of PAA (100,000). Similarly, a lithium ion secondary battery was manufactured.
[試験例12]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(10万)3質量部と、PAA(100万)7質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 12]
In the production of the negative electrode, Test Example 1 was repeated except that 3 parts by mass of PAA (100,000) and 7 parts by mass of PAA (1 million) were used in place of 10 parts by mass of PAA (100,000). Similarly, a lithium ion secondary battery was manufactured.
[試験例13]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(10万)1質量部と、PAA(100万)9質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 13]
In the production of the negative electrode, Test Example 1 was repeated except that 1 part by mass of PAA (100,000) and 9 parts by mass of PAA (1 million) were used in place of 10 parts by mass of PAA (100,000). Similarly, a lithium ion secondary battery was manufactured.
[試験例14]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(10万)9質量部と、PAA(25万)1質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 14]
In the production of the negative electrode, Test Example 1 was repeated except that 9 parts by mass of PAA (100,000) and 1 part by mass of PAA (250,000) were used in place of 10 parts by mass of PAA (100,000). Similarly, a lithium ion secondary battery was manufactured.
[試験例15]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(10万)7質量部と、PAA(25万)3質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 15]
In the production of the negative electrode, Test Example 1 was repeated except that 7 parts by mass of PAA (100,000) and 3 parts by mass of PAA (250,000) were used in place of 10 parts by mass of PAA (100,000). Similarly, a lithium ion secondary battery was manufactured.
[試験例16]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(10万)5質量部と、PAA(25万)5質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 16]
In the production of the negative electrode, Test Example 1 was repeated except that 5 parts by mass of PAA (100,000) and 5 parts by mass of PAA (250,000) were used in place of 10 parts by mass of PAA (100,000). Similarly, a lithium ion secondary battery was manufactured.
[試験例17]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(10万)3質量部と、PAA(25万)7質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 17]
In the production of the negative electrode, Test Example 1 was repeated except that 3 parts by mass of PAA (100,000) and 7 parts by mass of PAA (250,000) were used in place of 10 parts by mass of PAA (100,000). Similarly, a lithium ion secondary battery was manufactured.
[試験例18]
負極の製造において、PAA(10万)10質量部に代えて、PAA(10万)1質量部と、PAA(25万)9質量部と、を混合して使用した以外は、試験例1と同様にリチウムイオン二次電池を製造した。
[Test Example 18]
In the production of the negative electrode, Test Example 1 was repeated except that 1 part by mass of PAA (100,000) and 9 parts by mass of PAA (250,000) were used in place of 10 parts by mass of PAA (100,000). Similarly, a lithium ion secondary battery was manufactured.
試験例1〜3のリチウムイオン二次電池は、1種類のバインダーを含む負極を備えた比較例の二次電池である。
試験例4〜18のリチウムイオン二次電池は、重量平均分子量が異なる2種類のバインダーを含む負極を備えた実施例の二次電池である。
The lithium ion secondary batteries of Test Examples 1 to 3 are secondary batteries of Comparative Examples provided with a negative electrode containing one type of binder.
The lithium ion secondary batteries of Test Examples 4 to 18 are the secondary batteries of Examples provided with negative electrodes containing two types of binders having different weight average molecular weights.
<リチウムイオン二次電池の充放電特性の評価>
各試験例で作製したリチウムイオン二次電池について、25℃において0.2Cの定電流定電圧充電を、上限電圧4.2Vとして電流値が0.1Cに収束するまで行った後、0.2Cの定電流放電を2.5Vまで行った。次いで、充放電電流を1Cとして同様の方法で、充放電サイクルを3回繰り返し行い、リチウムイオン二次電池の状態を安定させた。次いで、充放電電流を1Cとして同様の方法で、充放電サイクルを繰り返し行い、100サイクルでの容量維持率({[100サイクル目の放電容量(mAh)]/[1サイクル目の放電容量(mAh)]}×100)(%)を算出した。その結果を表2〜表4に示す。
<Evaluation of charge / discharge characteristics of lithium ion secondary batteries>
For the lithium ion secondary batteries produced in each of the test examples, constant-current constant-voltage charging of 0.2 C at 25 ° C. was performed at an upper limit voltage of 4.2 V until the current value converged to 0.1 C. Was discharged to 2.5 V. Next, the charge / discharge cycle was repeated three times in the same manner with the charge / discharge current set to 1 C to stabilize the state of the lithium ion secondary battery. Next, the charge / discharge cycle was repeated by the same method with the charge / discharge current set to 1 C, and the capacity retention rate at 100 cycles ({[discharge capacity at 100th cycle (mAh)] / [discharge capacity at 1st cycle (mAh) )]} × 100) (%) was calculated. The results are shown in Tables 2 to 4.
<負極の剥離強度の評価>
各試験例で作製した負極について、90度剥離試験機(TE−3001:テスター産業(株)製)にて、剥離強度を測定した。
試験機の測定部であるアルミ板の基台に巾19mmの両面テープ(SPG−19:スリーエム ジャパン(株)製)を貼り付け、その上に負極を貼り付けて圧着した。JIS Z 0237(2000)を参照し、圧着は金属ローラーで行った。
続いて、貼り付けた負極の端部を挟み、引っ張る動作を一度行った。剥離速度は、30mm/分とし、剥離角度は90度とし、剥離時の剥離強度を測定した。剥離強度の数値が大きい程、外部からの応力に対する耐性が優れることを示す。その結果を表2〜表4に示す。
<Evaluation of peel strength of negative electrode>
The peel strength of the negative electrode produced in each test example was measured with a 90-degree peel tester (TE-3001: manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.).
A 19 mm wide double-sided tape (SPG-19: manufactured by 3M Japan KK) was attached to a base of an aluminum plate as a measuring unit of the testing machine, and a negative electrode was attached and crimped thereon. With reference to JIS Z 0237 (2000), pressure bonding was performed with a metal roller.
Subsequently, an operation of pulling the end portion of the attached negative electrode was performed once. The peeling speed was 30 mm / min, the peeling angle was 90 degrees, and the peeling strength at the time of peeling was measured. The larger the value of the peel strength, the better the resistance to external stress. The results are shown in Tables 2 to 4.
上記の結果から、次のことが明らかである。
・試験例4,5,10,18の容量維持率及び剥離強度が優れる。
The following is clear from the above results.
-The capacity retention rates and peel strengths of Test Examples 4, 5, 10, and 18 are excellent.
1…リチウムイオン二次電池、11…正極、12…セパレータ及び電解質、13…負極、14…筐体(ケース)、15…絶縁性ガスケット、16…キャップ
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記バインダーは、第一の高分子化合物と、前記第一の高分子化合物よりも重量平均分子量(Mw)が小さい第二の高分子化合物とを含み、
[前記第一の高分子化合物のMw/前記第二の高分子化合物のMw]で表されるMw比が、1.5〜10である電極であって、
前記バインダーの総質量に対して、前記第一の高分子化合物の含有比率が30〜80質量%であり、前記第二の高分子化合物の含有比率が20〜70質量%であり、
前記第一の高分子化合物及び前記第二の高分子化合物の少なくとも一方がカルボキシル基を有し、
前記カルボキシル基を有する高分子化合物は、一部のカルボキシル基の水素原子がリチウムイオンによって置換されている、電極。 A current collector and an electrode active material layer formed on the current collector, wherein the electrode active material layer includes an active material and a binder,
The binder includes a first polymer compound and a second polymer compound having a smaller weight average molecular weight (Mw) than the first polymer compound,
An electrode having an Mw ratio represented by [Mw of the first polymer compound / Mw of the second polymer compound] of 1.5 to 10 ,
The content ratio of the first polymer compound is 30 to 80% by mass, and the content ratio of the second polymer compound is 20 to 70% by mass, based on the total mass of the binder,
At least one of the first polymer compound and the second polymer compound has a carboxyl group,
An electrode, wherein the polymer compound having a carboxyl group has a part of hydrogen atoms of the carboxyl group replaced by lithium ions .
前記バインダーは、第一の高分子化合物と、前記第一の高分子化合物よりも重量平均分子量(Mw)が小さい第二の高分子化合物とを含み、
[前記第一の高分子化合物のMw/前記第二の高分子化合物のMw]で表されるMw比が、1.5〜10であり、
前記バインダーの総質量に対して、前記第一の高分子化合物の含有比率が30〜80質量%であり、前記第二の高分子化合物の含有比率が20〜70質量%であり、
前記第一の高分子化合物及び前記第二の高分子化合物の少なくとも一方がカルボキシル基を有し、
前記のカルボキシル基を有する高分子化合物は、一部のカルボキシル基の水素原子が、リチウムイオンによって置換されている、電極の製造方法。 After applying an electrode material containing an active material and a binder to a current collector or a substrate, a method for producing an electrode having a step of forming an electrode active material layer by drying,
The binder includes a first polymer compound and a second polymer compound having a smaller weight average molecular weight (Mw) than the first polymer compound,
Mw ratio expressed by [Mw of Mw / the second polymer compound of the first polymer compound] is Ri 1.5-10 der,
The content ratio of the first polymer compound is 30 to 80% by mass, and the content ratio of the second polymer compound is 20 to 70% by mass, based on the total mass of the binder,
At least one of the first polymer compound and the second polymer compound has a carboxyl group,
The method for producing an electrode, wherein the polymer compound having a carboxyl group has a part of hydrogen atoms of the carboxyl group substituted by lithium ions .
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