JP6977403B2 - Method for manufacturing lithium negative electrode complex - Google Patents
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Description
本発明は、負極活物質層上にリチウム層を形成して、リチウム負極複合体を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a lithium negative electrode composite by forming a lithium layer on a negative electrode active material layer.
リチウムイオン二次電池は、充放電容量が高く、高出力化が可能な二次電池である。リチウムイオン二次電池は、現在、主として携帯電子機器用の電源として用いられており、更に、今後普及が予想される電気自動車用の電源として期待されている。リチウムイオン二次電池は、リチウムを吸着及び放出できる活物質を正極及び負極にそれぞれ有する。そして、両極間に存在する電解液中を電荷担体であるリチウムイオンが移動することにより、リチウムイオン二次電池は動作する。 The lithium ion secondary battery is a secondary battery having a high charge / discharge capacity and capable of increasing output. Lithium-ion secondary batteries are currently mainly used as a power source for portable electronic devices, and are expected to be a power source for electric vehicles, which are expected to become widespread in the future. The lithium ion secondary battery has an active material capable of adsorbing and releasing lithium in the positive electrode and the negative electrode, respectively. Then, the lithium ion, which is a charge carrier, moves in the electrolytic solution existing between the two electrodes, so that the lithium ion secondary battery operates.
リチウムイオン二次電池の負極に用いる負極活物質として、SiやSnを含有する負極活物質を用いる技術が知られている。Si及びSnは、黒鉛などの負極活物質と比較して、理論上、1元素あたりのリチウムイオン吸蔵能力が高い。そのため、この種の負極活物質を選択することで、リチウムイオン二次電池の高容量化を実現し得ると考えられる。 As a negative electrode active material used for a negative electrode of a lithium ion secondary battery, a technique of using a negative electrode active material containing Si or Sn is known. Theoretically, Si and Sn have a higher lithium ion occlusion capacity per element than negative electrode active materials such as graphite. Therefore, it is considered that the capacity of the lithium ion secondary battery can be increased by selecting this type of negative electrode active material.
例えば、特許文献1及び特許文献2には、負極活物質がシリコンであるリチウムイオン二次電池が記載されている。特許文献3及び特許文献4には、負極活物質がSiOであるリチウムイオン二次電池が記載されている。
For example, Patent Document 1 and
特許文献5には、CaSi2を酸と反応させてCaを除去した層状ポリシランを主成分とする層状シリコン化合物を合成し、当該層状シリコン化合物を300℃以上で加熱して水素を離脱させたシリコン材料を製造したこと、及び、当該シリコン材料を負極活物質として具備するリチウムイオン二次電池が記載されている。
引用文献6には、負極活物質が、Si及びSnからなる群から選ばれる少なくとも一種であるA成分、並びにV、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及びSbからなる群から選ばれる少なくとも一種であるB成分から構成される複合粉末であるリチウム二次電池用電極が開示されている。
In Patent Document 5, a layered silicon compound containing CaSi 2 as a main component and layered polysilane from which Ca has been removed is synthesized by reacting
In
ところで、上記したSiやSn等を含む負極活物質は、高容量である反面、不可逆容量が大きいことも知られている。本発明の発明者は、この負極活物質の不可逆容量をキャンセルするために、当該不可逆容量に相当する量のリチウムイオンを負極活物質に予め導入しておくことを考えた。以下、負極活物質にリチウムイオンを導入することを、リチウムをドープするという。 By the way, it is known that the negative electrode active material containing the above-mentioned Si, Sn and the like has a high capacity but also a large irreversible capacity. In order to cancel the irreversible capacity of the negative electrode active material, the inventor of the present invention considered to introduce lithium ions in an amount corresponding to the irreversible capacity into the negative electrode active material in advance. Hereinafter, the introduction of lithium ions into the negative electrode active material is referred to as doping with lithium.
リチウムのドープ方法として、特許文献5に開示されるように、負極と、対極としての金属リチウムと、を用いたドープ用のリチウム電池を製造して当該負極にリチウムをドープする方法が知られている。以下、このドープ方法を電気的ドープ法という。当該電気的ドープ法においては、上記したドープ用のリチウム電池を充電することで、対極のリチウムイオンを負極に移動させて、負極にリチウムをドープする。リチウムがドープされた負極は、ドープ用のリチウム電池から取り外され、リチウムイオン二次電池用の負極として用いられる。 As a lithium doping method, as disclosed in Patent Document 5, a method of manufacturing a lithium battery for doping using a negative electrode and metallic lithium as a counter electrode and doping the negative electrode with lithium is known. There is. Hereinafter, this doping method is referred to as an electrical doping method. In the electrical doping method, by charging the above-mentioned lithium battery for doping, lithium ions at the counter electrode are transferred to the negative electrode, and lithium is doped into the negative electrode. The lithium-doped negative electrode is removed from the lithium battery for doping and used as a negative electrode for a lithium-ion secondary battery.
このような電気的ドープ法は、リチウムのドープ方法として有効ではあるが、多大な工数を要するため、比較的短い時間で数多くのリチウムイオン二次電池を生産するための工業的な方法としては現実的でない。 Although such an electrical doping method is effective as a lithium doping method, it requires a large amount of man-hours, and is therefore a practical industrial method for producing a large number of lithium ion secondary batteries in a relatively short time. Not the target.
他のリチウムドープ方法として、特許文献6に開示されるように、集電体の片面に形成した負極活物質層上に更にリチウム層を形成して、リチウム層から負極活物質にリチウムイオンを直接ドープする方法も提案されている。リチウム層は、リチウム体が箔状や板状に圧延されて形成される。以下、この種のドープ方法を直接的ドープ法と呼ぶ。当該直接的ドープ法を採用すれば、リチウムのドープに要する工数を低減できる可能性がある。
As another lithium doping method, as disclosed in
しかし、このような直接的ドープ法に用いるリチウム負極複合体、つまり、負極の負極活物質層上にリチウム層を形成した複合体を製造する方法について、現状では充分に検討が為されておらず、直接的ドープ法に好適なリチウム負極複合体の製造方法が望まれていた。 However, at present, sufficient studies have not been made on a method for producing a lithium negative electrode complex used in such a direct doping method, that is, a composite in which a lithium layer is formed on a negative electrode active material layer of a negative electrode. , A method for producing a lithium negative electrode composite suitable for the direct doping method has been desired.
本発明はかかる事情に鑑みて為されたものであり、負極活物質層にリチウム層を形成して、直接的ドープ法に好適なリチウム負極複合体を製造する新たな方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a new method for forming a lithium layer on a negative electrode active material layer to produce a lithium negative electrode composite suitable for a direct doping method. And.
本発明の発明者は、直接的ドープ法用のリチウム負極複合体を様々な条件で実際に製造した。そして、リチウム負極複合体を製造する際の問題の一つとして、リチウム層と負極活物質層との延び変形の違いに着目した。 The inventor of the present invention has actually produced a lithium negative electrode complex for the direct doping method under various conditions. Then, as one of the problems in manufacturing the lithium negative electrode composite, attention was paid to the difference in elongation deformation between the lithium layer and the negative electrode active material layer.
負極活物質層上にリチウム層を形成する方法として、負極活物質層上にリチウム体を圧着する方法が考えられる。具体的には、負極の負極活物質層上にリチウム体を配置した積層体を、負極とリチウム体とが密着する方向にプレスすることで、負極活物質層上にリチウム層を形成できる。以下、必要に応じて、負極とリチウム体との積層体を単に積層体と称する。なお、後述するリチウム箔及びリチウム板はリチウム体と読み替え得る。
引用文献6には、ロールプレス機を用いて薄いリチウム箔を負極活物質上に圧着する方法が開示されている。リチウム負極複合体を効率的に製造するという観点からは、当該圧着にロールプレス機を用いることは非常に有効であると考えられる。
As a method of forming a lithium layer on the negative electrode active material layer, a method of crimping a lithium body on the negative electrode active material layer can be considered. Specifically, the lithium layer can be formed on the negative electrode active material layer by pressing the laminated body in which the lithium body is arranged on the negative electrode active material layer of the negative electrode in the direction in which the negative electrode and the lithium body are in close contact with each other. Hereinafter, if necessary, the laminated body of the negative electrode and the lithium body is simply referred to as a laminated body. The lithium foil and the lithium plate described later can be read as a lithium body.
ところで、本発明の発明者は負極活物質層に多くの量のリチウムをドープすることを志向した。この場合、リチウム箔よりも厚いリチウム板を負極活物質層に圧着して、厚いリチウム層を形成すれば、負極活物質層にドープできるリチウムの量も多くなる。しかし本発明の発明者が、実際に、ロールプレス機を用いて負極活物質層にリチウム板を圧着したところ、負極活物質層が破断や破損する等の問題が生じ、リチウムイオン二次電池に使用可能なリチウム負極複合体を得ることはできなかった。本発明者は、その理由を以下のように推測した。 By the way, the inventor of the present invention has aimed to dope a large amount of lithium into the negative electrode active material layer. In this case, if a lithium plate thicker than the lithium foil is pressure-bonded to the negative electrode active material layer to form a thick lithium layer, the amount of lithium that can be doped into the negative electrode active material layer also increases. However, when the inventor of the present invention actually crimps a lithium plate to the negative electrode active material layer using a roll press machine, problems such as breakage or breakage of the negative electrode active material layer occur, and the lithium ion secondary battery has a problem. It was not possible to obtain a usable lithium negative electrode composite. The present inventor speculates the reason as follows.
リチウム体は、非常に柔らかく、延び変形し易い性質を有する。これに対して負極活物質層は、リチウム体に比べて硬く、延び変形し難い。このため、リチウム体を負極活物質層に圧着する場合、リチウム体の延び変形量が大きければ大きい程、負極活物質層に作用する力も大きくなると考えられる。負極活物質層に作用する力が過大であれば、負極活物質層が破損する可能性がある。 The lithium body is very soft and has the property of being easily stretched and deformed. On the other hand, the negative electrode active material layer is harder than the lithium body and is not easily elongated and deformed. Therefore, when the lithium body is crimped to the negative electrode active material layer, it is considered that the larger the amount of elongation and deformation of the lithium body, the larger the force acting on the negative electrode active material layer. If the force acting on the negative electrode active material layer is excessive, the negative electrode active material layer may be damaged.
ロールプレス機からリチウム体に作用する厚さ方向の荷重が所定の大きさである場合、リチウム体の延び変形量はリチウム体の厚さに関係し、リチウム体として薄手のリチウム箔を用いる場合と、厚手のリチウム板を用いる場合とでは、ロールプレス前後でのリチウム体の厚さの変化量が大きく異なる。つまり、所定荷重でロールプレスする場合、リチウム体の厚さが大きければ大きい程、リチウム体の変形量は大きくなるといえる。リチウム体の変形量が大きければ、リチウム体と圧着される負極活物質層に作用する力も大きくなり、負極活物質層は破損し易くなると考えられる。 When the load acting on the lithium body from the roll press machine in the thickness direction is a predetermined magnitude, the amount of elongation deformation of the lithium body is related to the thickness of the lithium body, and when a thin lithium foil is used as the lithium body. The amount of change in the thickness of the lithium body before and after the roll press is significantly different from that of using a thick lithium plate. That is, in the case of roll pressing with a predetermined load, it can be said that the larger the thickness of the lithium body, the larger the amount of deformation of the lithium body. It is considered that if the amount of deformation of the lithium body is large, the force acting on the negative electrode active material layer that is crimped to the lithium body is also large, and the negative electrode active material layer is easily damaged.
ここで、ロールプレス機は、2つのロールで構成されるロール部を有する。ロール部は、二つのロール間を通過する積層体に対して、ロールの軸方向に沿って積層体の厚さ方向に線圧を作用させる。それとともにロール部は、ロールの回転によって、ロールの軸方向及び積層体の厚さ方向と直交する方向に、当該対象物を搬送する。以下、必要に応じて、当該ロールの軸方向を単に軸方向と称し、当該軸方向及び積層体の厚さ方向と直交する方向を単に圧延方向と称する。
ロールプレス機によってリチウム板を負極活物質層上に圧着する場合には、ロール部は、負極とリチウム板との積層体に対して、負極とリチウム板とが密着する方向、つまり積層体の厚さ方向の線圧を軸方向に沿って作用させるとともに、ロール部を通過した積層体を圧延方向に搬送する。搬送時の積層体は、ロール部によって、圧延方向に延ばされる。つまり、このときロール部から積層体に作用する力は、積層体の厚さ方向の線圧と、積層体の圧延方向に沿って積層体を引っ張る及び/又は延ばす力と、の2つの力に大別される。
Here, the roll press machine has a roll portion composed of two rolls. The roll portion applies a linear pressure to the laminated body passing between the two rolls in the thickness direction of the laminated body along the axial direction of the roll. At the same time, the roll portion conveys the object in the direction orthogonal to the axial direction of the roll and the thickness direction of the laminated body by the rotation of the roll. Hereinafter, if necessary, the axial direction of the roll is simply referred to as an axial direction, and the direction orthogonal to the axial direction and the thickness direction of the laminated body is simply referred to as a rolling direction.
When the lithium plate is crimped onto the negative electrode active material layer by a roll press machine, the roll portion is in the direction in which the negative electrode and the lithium plate are in close contact with the laminated body of the negative electrode and the lithium plate, that is, the thickness of the laminated body. A linear pressure in the radial direction is applied along the axial direction, and the laminated body that has passed through the roll portion is conveyed in the rolling direction. The laminated body at the time of transportation is stretched in the rolling direction by the roll portion. That is, the force acting on the laminated body from the roll portion at this time is two forces, a linear pressure in the thickness direction of the laminated body and a force for pulling and / or extending the laminated body along the rolling direction of the laminated body. It is roughly divided.
ロールプレス機による上記の2つの力のなかで、上記した、積層体の圧延方向に沿って積層体を引っ張る及び/又は延ばす力は、積層体が延び変形する方向に大きく関係する。つまりロールプレス機により積層体をプレスする際、積層体は主として圧延方向に延び変形する。換言すると、このとき積層体の延び変形方向は分散せず、ほぼ圧延方向のみとなる。積層体におけるリチウム板に着目すると、当該リチウム板の延び変形方向は分散せず、圧延方向に限られるため、リチウム板の全体的な延び変形量は過大になり易いと考えられる。そしてその結果、リチウム板に圧着される負極活物質層に破損が生じ易いと考えられる。
つまり、上記した負極活物質層の破損の原因の一つは、負極活物質層に圧着するリチウム体として厚手のリチウム板を用い、かつ、積層体に対して一方向に大きな力を作用させたことにあると考えられる。
Among the above-mentioned two forces by the roll press machine, the above-mentioned force for pulling and / or extending the laminated body along the rolling direction of the laminated body is greatly related to the direction in which the laminated body is extended and deformed. That is, when the laminated body is pressed by the roll press machine, the laminated body mainly extends and deforms in the rolling direction. In other words, at this time, the extending and deforming directions of the laminated body are not dispersed, and are almost only in the rolling direction. Focusing on the lithium plate in the laminated body, it is considered that the overall elongation deformation amount of the lithium plate tends to be excessive because the elongation deformation direction of the lithium plate is not dispersed and is limited to the rolling direction. As a result, it is considered that the negative electrode active material layer crimped to the lithium plate is likely to be damaged.
That is, one of the causes of the above-mentioned damage to the negative electrode active material layer is that a thick lithium plate is used as the lithium body to be pressure-bonded to the negative electrode active material layer, and a large force is applied to the laminated body in one direction. It is thought that there is something in it.
本発明者は、上記の仮定に基づき、負極活物質層の破損の原因をなくすべく鋭意研究を重ね、本発明を発明した。
すなわち、本発明のリチウム負極複合体の製造方法は、
集電体及び前記集電体の表面に形成されている負極活物質層を有する負極と、前記負極活物質層上に形成されているリチウム層と、を有するリチウム負極複合体を製造する方法であって、
前記負極上にリチウム板を配置した積層体に対し、プレス機を用いて、前記負極と前記リチウム板とが密着する方向に面圧を作用させる、プレス工程を有し、
前記プレス工程において、前記プレス機と前記リチウム板との間に板材を介在させるとともに、前記リチウム板と前記板材との間に剥離剤を介在させる、リチウム負極複合体の製造方法である。
Based on the above assumptions, the present inventor has made extensive studies to eliminate the cause of damage to the negative electrode active material layer, and invented the present invention.
That is, the method for producing a lithium negative electrode complex of the present invention is:
A method for producing a lithium negative electrode composite having a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector and the current collector, and a lithium layer formed on the negative electrode active material layer. There,
It has a pressing process in which a surface pressure is applied to a laminate in which a lithium plate is arranged on the negative electrode in a direction in which the negative electrode and the lithium plate are in close contact with each other by using a press machine.
In the pressing step, a plate material is interposed between the press machine and the lithium plate, and a release agent is interposed between the lithium plate and the plate material, which is a method for producing a lithium negative electrode composite.
本発明のリチウム負極複合体の製造方法は、リチウム板を負極活物質層に圧着させリチウム層を形成して、直接的ドープ法に好適なリチウム負極複合体を製造する新たな方法である。 The method for producing a lithium negative electrode composite of the present invention is a new method for producing a lithium negative electrode composite suitable for a direct doping method by crimping a lithium plate to a negative electrode active material layer to form a lithium layer.
以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「x〜y」は、下限xおよび上限yをその範囲に含む。そして、これらの上限値および下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに数値範囲内から任意に選択した数値を新たな数値範囲の上限、下限の数値とすることができる。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described. Unless otherwise specified, the numerical range "x to y" described in the present specification includes the lower limit x and the upper limit y. Then, a numerical range can be configured by arbitrarily combining these upper limit values and lower limit values, as well as the numerical values listed in the examples. Further, the numerical value arbitrarily selected from the numerical range can be set as the upper limit and the lower limit of the new numerical range.
本発明のリチウム負極複合体の製造方法は、
集電体及び前記集電体の表面に形成されている負極活物質層を有する負極と、前記負極活物質層上に形成されているリチウム層と、を有するリチウム負極複合体を製造する方法であって、
前記負極上にリチウム板を配置した積層体に対し、プレス機を用いて、前記負極と前記リチウム板とが密着する方向に面圧を作用させる、プレス工程を有し、
前記プレス工程において、前記プレス機と前記リチウム板との間に板材を介在させるとともに、前記リチウム板と前記板材との間に剥離剤を介在させる、リチウム負極複合体の製造方法である。
The method for producing a lithium negative electrode complex of the present invention is:
A method for producing a lithium negative electrode composite having a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector and the current collector, and a lithium layer formed on the negative electrode active material layer. There,
It has a pressing process in which a surface pressure is applied to a laminate in which a lithium plate is arranged on the negative electrode in a direction in which the negative electrode and the lithium plate are in close contact with each other by using a press machine.
In the pressing step, a plate material is interposed between the press machine and the lithium plate, and a release agent is interposed between the lithium plate and the plate material, which is a method for producing a lithium negative electrode composite.
つまり、本発明のリチウム負極複合体の製造方法は、負極上にリチウム板を配置した積層体に対して、線圧ではなく面圧を作用させるものである。 That is, in the method for manufacturing a lithium negative electrode composite of the present invention, a surface pressure is applied instead of a linear pressure to a laminate in which a lithium plate is arranged on the negative electrode.
本発明のリチウム負極複合体の製造方法では、積層体に面圧を作用させることで、リチウム板の延び変形方向を多方向に分散させて、リチウム板の一方向への過大な延び変形を抑制し得る。こうすることで、厚手のリチウム板を破損なく負極活物質層に圧着させることが可能である。このため、本発明のリチウム負極複合体の製造方法によると、直接的ドープ法により多くのリチウムをドープし得るリチウム負極複合体を、負極活物質層の破損を抑制しつつ製造することが可能である。 In the method for producing a lithium negative electrode composite of the present invention, a surface pressure is applied to a laminated body to disperse the elongation deformation directions of the lithium plate in multiple directions and suppress excessive elongation deformation in one direction of the lithium plate. Can be. By doing so, it is possible to crimp the thick lithium plate to the negative electrode active material layer without damage. Therefore, according to the method for producing a lithium negative electrode composite of the present invention, it is possible to produce a lithium negative electrode composite that can be doped with a large amount of lithium by a direct doping method while suppressing damage to the negative electrode active material layer. be.
なお、本発明のリチウム負極複合体の製造方法は上記のプレス工程を有すれば良く、その他の工程を有しても良い。例えば、プレス工程の前に、集電体に負極活物質層を形成する負極形成工程を含んでも良い。
以下、必要に応じて、本発明のリチウム負極複合体の製造方法を本発明の製造方法と称する場合があり、本発明の製造方法で得られるリチウム負極複合体を、本発明のリチウム負極複合体と称する場合がある。更に、負極活物質層にリチウムがドープされた負極をリチウムドープ負極と称し、このうち本発明のリチウム負極複合体における負極活物質層にリチウム層のリチウムをドープすることで得られたリチウムドープ負極を、必要に応じて、本発明のリチウムドープ負極と称する。
The method for producing the lithium negative electrode composite of the present invention may have the above-mentioned pressing step, and may have other steps. For example, a negative electrode forming step of forming a negative electrode active material layer on the current collector may be included before the pressing step.
Hereinafter, the method for producing a lithium negative electrode composite of the present invention may be referred to as the production method of the present invention, if necessary, and the lithium negative electrode composite obtained by the production method of the present invention may be referred to as the lithium negative electrode composite of the present invention. May be called. Further, a negative electrode in which the negative electrode active material layer is doped with lithium is referred to as a lithium-doped negative electrode, and among these, a lithium-doped negative electrode obtained by doping the negative electrode active material layer in the lithium negative electrode composite of the present invention with lithium in the lithium layer. Is referred to as a lithium-doped negative electrode of the present invention, if necessary.
負極は、集電体と当該集電体の表面に形成されている負極活物質層とを有するものであれば良く、集電体の一方の面にのみ負極活物質層を形成した単層型のものであっても良いし、集電体の両面に各々負極活物質層を形成した2層型のものであっても良い。負極形成工程は、一般的な負極活物質層の形成方法を用い得る。負極形成工程及び負極の詳細については後述する。 The negative electrode may be any as long as it has a current collector and a negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector, and is a single-layer type in which the negative electrode active material layer is formed only on one surface of the current collector. It may be a two-layer type having a negative electrode active material layer formed on both sides of the current collector. In the negative electrode forming step, a general method for forming a negative electrode active material layer can be used. The details of the negative electrode forming step and the negative electrode will be described later.
プレス工程は、負極上にリチウム板を配置した積層体に対し、プレス機を用いて、負極とリチウム板とが密着する方向に面圧を作用させる工程である。 The pressing step is a step of applying a surface pressure to the laminate in which the lithium plate is arranged on the negative electrode in the direction in which the negative electrode and the lithium plate are in close contact with each other by using a press machine.
プレス機としては、積層体に対し、負極とリチウム板とが密着する方向に面圧を作用させ得るものを使用できる。既述したロールプレス機は、積層体に対して面圧ではなく線圧を作用させるものであるため、本発明でいうプレス機からは除外される。
具体的には、プレス機は、対向配置された第1プレス型及び第2プレス型と、第1プレス型及び/又は第2プレス型を他方に対して往復動させる駆動部と、を有し、第1プレス型と第2プレス型との間で積層体に面圧を作用させ得るものであれば良い。積層体に面圧を作用させる都合上、第1プレス型における第2プレス型側の面である第1プレス面、及び、第2プレス型における第1プレス型側の面である第2プレス面は、ともに平面であるのが好ましい。更に、第1プレス型及び第2プレス型は、第1プレス面及び第2プレス面が互いに平行となるように、相対的に往復動するのが好ましい。
As the press machine, one that can apply a surface pressure to the laminated body in the direction in which the negative electrode and the lithium plate are in close contact with each other can be used. Since the roll press machine described above applies linear pressure to the laminated body instead of surface pressure, it is excluded from the press machine of the present invention.
Specifically, the press machine has a first press die and a second press die arranged to face each other, and a drive unit for reciprocating the first press die and / or the second press die with respect to the other. , Anything can be used as long as the surface pressure can be applied to the laminated body between the first press mold and the second press mold. For the convenience of applying surface pressure to the laminate, the first press surface, which is the surface on the second press die side in the first press die, and the second press surface, which is the surface on the first press die side in the second press die. Is preferably flat. Further, it is preferable that the first press die and the second press die reciprocate relatively so that the first press surface and the second press surface are parallel to each other.
本発明のリチウム負極複合体において、プレス工程では、プレス機とリチウム板との間に板材を介在させるとともに、リチウム板と板材との間に剥離剤を介在させる。具体的には、積層体のうちリチウム板側の面に板材を配置し、かつ、リチウム板と板材との間に剥離剤を介在させれば良い。板材の材料、形状及び厚さは特に問わないが、積層体に面圧を作用させる都合上、平面を有する板状、シート状、フィルム状等の形状であるのが好ましい。 In the lithium negative electrode composite of the present invention, in the pressing process, a plate material is interposed between the press machine and the lithium plate, and a release agent is interposed between the lithium plate and the plate material. Specifically, the plate material may be arranged on the surface of the laminate on the lithium plate side, and a release agent may be interposed between the lithium plate and the plate material. The material, shape, and thickness of the plate material are not particularly limited, but for the convenience of applying surface pressure to the laminated body, it is preferably in the shape of a plate, a sheet, a film, or the like having a flat surface.
例えば負極が上記した単層型である場合、プレス工程における各要素は、第1プレス型、板材、剥離剤、リチウム板、負極、第2プレス型の順で配置される。ここで、既述したようにリチウムは柔らかく変形し易いため、第1プレス型をリチウム板に直接接触させてプレス工程を行うと、第1プレス型にリチウム板が強固に付着する。この場合には、プレス後の積層体、つまりリチウム負極複合体をプレス機から取り外す際に、リチウム層を第1プレス型から剥がし難く、リチウム層に変形や破損等が生じる可能性がある。リチウム層が破損すると、負極活物質層上のリチウム層の厚さにむらが生じたり、負極活物質層上にリチウム層が形成されない部分が生じたりする。このようなリチウム負極複合体を直接的ドープ法に用いると、負極活物質にリチウムが一様にドープされず、リチウムドープを好適に行い難い。つまりリチウム層が破損したリチウム負極複合体は、直接的ドープ法に好適とは言い難い。 For example, when the negative electrode is the single-layer type described above, each element in the pressing process is arranged in the order of the first press mold, the plate material, the release agent, the lithium plate, the negative electrode, and the second press mold. Here, since lithium is soft and easily deformed as described above, when the first press mold is brought into direct contact with the lithium plate and the pressing process is performed, the lithium plate is firmly adhered to the first press mold. In this case, when the laminated body after pressing, that is, the lithium negative electrode composite is removed from the press machine, it is difficult to remove the lithium layer from the first press mold, and the lithium layer may be deformed or damaged. When the lithium layer is damaged, the thickness of the lithium layer on the negative electrode active material layer becomes uneven, or a portion where the lithium layer is not formed is formed on the negative electrode active material layer. When such a lithium negative electrode complex is used in the direct doping method, lithium is not uniformly doped in the negative electrode active material, and it is difficult to suitably perform lithium doping. That is, it cannot be said that the lithium negative electrode complex in which the lithium layer is damaged is suitable for the direct doping method.
本発明の製造方法によると、第1プレス型及びリチウム板の間に板材及び剥離剤が介在することで、プレス時における第1プレス型へのリチウム板の強固な付着を回避できる。板材とリチウム板との間には剥離剤が介在するため、板材へのリチウム板の強固な付着もまた抑制される。その結果、本発明の製造方法によると、リチウム層の破損が抑制されたリチウム負極複合体を得ることが可能である。このように、第1プレス型とリチウム板との間に板材と剥離剤を介在させ、リチウム板と第1プレス型との強固な付着を回避することは、リチウム負極複合体の製造上、非常に有用である。 According to the manufacturing method of the present invention, by interposing the plate material and the release agent between the first press mold and the lithium plate, it is possible to avoid strong adhesion of the lithium plate to the first press mold during pressing. Since the release agent is interposed between the plate material and the lithium plate, strong adhesion of the lithium plate to the plate material is also suppressed. As a result, according to the production method of the present invention, it is possible to obtain a lithium negative electrode complex in which damage to the lithium layer is suppressed. In this way, interposing a plate material and a release agent between the first press mold and the lithium plate to avoid strong adhesion between the lithium plate and the first press mold is extremely difficult in the manufacture of the lithium negative electrode composite. It is useful for.
なお、板材を用いず、第1プレス型とリチウム板との間に直接剥離剤を介在させる場合にも、第1プレス型へのリチウム板の強固な付着を抑制でき、リチウム層の破損等が抑制されたリチウム負極複合体を製造することが可能である。しかしこの場合には、プレス後の第1プレス型には剥離剤が残存する。当該剥離剤は、第1プレス型の第1プレス面に不均一に付着した状態となり、この状態の剥離剤及び第1プレス型は使用に耐えない。したがって、この場合には残存する剥離剤を第1プレス型から除去する工程等が別途必要となり、第1プレス型を連続的に繰り返し使用することが困難である。つまりこの場合には、製造効率良くリチウム負極複合体を製造し難いといえる。 Even when a release agent is directly interposed between the first press mold and the lithium plate without using a plate material, the strong adhesion of the lithium plate to the first press mold can be suppressed, and the lithium layer may be damaged. It is possible to produce a suppressed lithium negative electrode complex. However, in this case, the release agent remains in the first press mold after pressing. The release agent is in a state of being unevenly adhered to the first press surface of the first press mold, and the release agent and the first press mold in this state cannot withstand use. Therefore, in this case, a step of removing the remaining release agent from the first press die is required separately, and it is difficult to continuously and repeatedly use the first press die. That is, in this case, it can be said that it is difficult to manufacture the lithium negative electrode complex with high manufacturing efficiency.
これに対して、板材を用い、板材とリチウム板との間に剥離剤を介在させる本発明の製造方法によると、プレス機の第1プレス型は、剥離剤やリチウム板に直接接触しないため、連続的に繰り返し使用でき、その結果、製造効率良くリチウム負極複合体を製造することが可能である。 On the other hand, according to the manufacturing method of the present invention in which a plate material is used and a release agent is interposed between the plate material and the lithium plate, the first press mold of the press machine does not come into direct contact with the release agent or the lithium plate. It can be used continuously and repeatedly, and as a result, it is possible to manufacture a lithium negative electrode composite with high manufacturing efficiency.
プレス工程において、単位面積あたりの積層体に作用する荷重は、製造対象である負極の仕様に応じて適宜設定すれば良く、本発明では特に限定しない。
但し、当該荷重が過少であれば、リチウム板が負極活物質層に付着せず、負極活物質層へのリチウムドープが良好に為されない場合がある。また、当該荷重が過大であれば、リチウム板の延び変形量が過大になり、負極活物質層に破損等が生じる可能性がある。このような事情を考慮すると、プレス工程において、単位面積あたりの積層体に作用する荷重は、3kN/cm2〜50kN/cm2の範囲内であるのが好ましく、4kN/cm2〜40kN/cm2の範囲内であるのがより好ましく、5kN/cm2〜30kN/cm2の範囲内であるのが更に好ましい。
In the pressing process, the load acting on the laminated body per unit area may be appropriately set according to the specifications of the negative electrode to be manufactured, and is not particularly limited in the present invention.
However, if the load is too small, the lithium plate may not adhere to the negative electrode active material layer, and lithium doping to the negative electrode active material layer may not be performed satisfactorily. Further, if the load is excessive, the amount of elongation and deformation of the lithium plate becomes excessive, and the negative electrode active material layer may be damaged. In view of such circumstances, in the pressing process, the load acting on the laminate per unit area is preferably in the range of 3kN / cm 2 ~50kN / cm 2 , 4kN /
なお、プレス工程における上記荷重は、プレス工程前後でのリチウム板の圧縮率が50〜90%となる大きさとするのが好ましく、当該圧縮率が60〜85%となる大きさとするのがより好ましい。ここでいうリチウム板の圧縮率とは、プレス工程前のリチウム板の厚さをbwとし、プレス工程後のリチウム板すなわちリチウム層の厚さをawとしたときに{(bw−aw)/bw}×100で算出される値である。 The load in the pressing process is preferably such that the compressibility of the lithium plate before and after the pressing process is 50 to 90%, and more preferably 60 to 85%. .. The compressibility of the lithium plate referred to here is {(bw-aw) / bw when the thickness of the lithium plate before the pressing process is bw and the thickness of the lithium plate after the pressing process, that is, the lithium layer is aw. } It is a value calculated by × 100.
既述したように板材は特に限定しないが、リチウム板を補強するという目的では、強度及び剛性に比較的優れる材料を選択するのが好ましい。板材に好適な材料として、具体的には、金属、樹脂、セラミックス等を挙げ得る。 As described above, the plate material is not particularly limited, but for the purpose of reinforcing the lithium plate, it is preferable to select a material having relatively excellent strength and rigidity. Specific examples of the material suitable for the plate material include metals, resins, and ceramics.
プレス工程を連続的に行うことを考慮すると、使い捨てにできる安価な板材を用いるのが好ましい。コスト及びリチウムとの反応性を考慮すると、板材は樹脂製であるのが好ましい。プレス工程における取り扱い性を考慮すると、板材は比較的板厚の薄いシート状やフィルム状であるのがより好ましい。具体的な板材の板厚として、5mm以下、2mm以下、1mm以下、0.5mm以下を挙げることができる。なお、当該板厚の下限は特に限定しないが、当該下限として25μm、10μmを挙げることができる。
板材用の樹脂材料としては、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンに代表されるポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート及びポリブチレンテレフタレートに代表されるポリエステル等が好ましく用いられる。これらは比較的安価であり、また、比較的強度に優れるため、例えば、リチウム板と剥離剤と板材とを重ねたリチウム板材複合体を予め準備しておき、当該リチウム板材複合体をプレス工程に用いる場合に、板材によってリチウム板を補強できる利点がある。
Considering that the pressing process is continuously performed, it is preferable to use an inexpensive plate material that can be disposable. Considering the cost and reactivity with lithium, the plate material is preferably made of resin. Considering the handleability in the pressing process, the plate material is more preferably in the form of a sheet or a film having a relatively thin plate thickness. Specific examples of the plate thickness of the plate material include 5 mm or less, 2 mm or less, 1 mm or less, and 0.5 mm or less. The lower limit of the plate thickness is not particularly limited, but 25 μm and 10 μm can be mentioned as the lower limit.
As the resin material for the plate material, for example, polyolefins typified by polyethylene and polypropylene, polyester typified by polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, and the like are preferably used. Since these are relatively inexpensive and have relatively excellent strength, for example, a lithium plate material composite in which a lithium plate, a release agent, and a plate material are layered is prepared in advance, and the lithium plate material composite is used in the pressing process. When used, it has the advantage that the lithium plate can be reinforced by the plate material.
剥離剤は、プレス工程において、板材とリチウム板との間に介在して、両者の強固な付着を抑制できれば良く、その材料は特に限定しない。
ここで、本明細書において、剥離剤とはある程度の潤滑機能を発揮し得る材料でありかつ、板材とリチウム板との間で層として形をなし得る程度に流動性の低いものを指す。
The release agent is not particularly limited as long as it can be interposed between the plate material and the lithium plate in the pressing process to suppress strong adhesion between the two.
Here, in the present specification, the release agent refers to a material that can exhibit a certain degree of lubricating function and has low fluidity to the extent that it can form a layer between a plate material and a lithium plate.
剥離剤を板材とリチウム板との間に介在させる場合、剥離剤は、予め板材に一体に設けておいても良いし、プレス工程前にリチウム板と板材との間に形成しても良い。既述したように板材と剥離剤とリチウム板とを重ねてリチウム板材複合体としても良い。何れの場合にも、剥離剤は、板材とリチウム板との間で層状をなすのが良い。以下、必要に応じて、層状の剥離剤を剥離層と称する場合がある。
剥離層は、板材上に直接形成しても良いし、或いは、リチウム板上に直接形成しても良い。リチウム板の変形性を考慮すると、板材上に剥離層を形成し、剥離層上にリチウム板を重ねるのが好ましい。
When the release agent is interposed between the plate material and the lithium plate, the release agent may be integrally provided on the plate material in advance, or may be formed between the lithium plate and the plate material before the pressing process. As described above, the plate material, the release agent, and the lithium plate may be layered to form a lithium plate material composite. In any case, the release agent is preferably formed in a layer between the plate material and the lithium plate. Hereinafter, the layered release agent may be referred to as a release layer, if necessary.
The release layer may be formed directly on the plate material, or may be formed directly on the lithium plate. Considering the deformability of the lithium plate, it is preferable to form a release layer on the plate material and superimpose the lithium plate on the release layer.
剥離剤は特に限定しないが、無機粉体系剥離剤、炭素系剥離剤又はシリコーン系剥離剤は剥離剤として有用である。これらは単独で用いても良いし、組み合わせて用いても良い。 The release agent is not particularly limited, but an inorganic powder-based release agent, a carbon-based release agent, or a silicone-based release agent is useful as a release agent. These may be used alone or in combination.
無機粉体系剥離剤としては、アルミナ、シリカ、チタニア、タルク、マイカ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、珪酸カルシウム、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の無機化合物であり、かつ粉末状のものを挙げることができる。これらの無機粉体系剥離剤は粒子径の小さなものが好ましく、平均粒子径5nm〜1000nmの範囲内であるのがより好ましく、8nm〜200nmの範囲内であるのが更に好ましく、10nm〜100nmの範囲内であるのが特に好ましい。なお、本明細書において平均粒子径とは、レーザー回折式粒度分布測定におけるD50の値を意味する。
特に好ましい無機粉体系剥離剤として、フュームドシリカ、フュームドアルミナ等の微細な粒子状をなすシリカやアルミナが挙げられる。
また、特に好ましい無機粉体系剥離剤として、窒化ホウ素が挙げられる。窒化ホウ素として、立方晶系の窒化ホウ素(c−BN:cubic boron nitride)、六方晶系の窒化ホウ素(h−BN:hexagonal boron nitride)が挙げられ、特に、このうちc−BNが好ましく用いられる。
Examples of the inorganic powder-based release agent include inorganic compounds such as alumina, silica, titania, talc, mica, silicon nitride, boron nitride, calcium silicate, molybdenum disulfide, and tungsten disulfide, and powdery ones. can. These inorganic powder-based release agents preferably have a small particle size, more preferably in the range of an average particle size of 5 nm to 1000 nm, further preferably in the range of 8 nm to 200 nm, and further preferably in the range of 10 nm to 100 nm. It is particularly preferable to be inside. In the present specification, the average particle size means the value of D50 in the laser diffraction type particle size distribution measurement.
Particularly preferable inorganic powder-based release agents include silica and alumina in the form of fine particles such as fumed silica and fumed alumina.
Further, as a particularly preferable inorganic powder-based release agent, boron nitride can be mentioned. Examples of the boron nitride include cubic boron nitride (c-BN) and hexagonal boron nitride (h-BN), of which c-BN is particularly preferably used. ..
炭素系剥離剤としては、グラファイト、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、クラスターダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、窒化炭素等が挙げられる。このうちダイヤモンドライクカーボン及び窒化炭素は、膜状で用いられるのが一般的であり、板材上に膜状に形成するのが好ましい。その他の炭素系剥離剤の多くは、一般的には粒子状であり、粒子状のままで用いても良いし、必要に応じて板材上に膜状又は層状に配置しても良い。粒子状の炭素系剥離剤は、静電塗工等の方法で粒子状のまま板材上に配置することもできるし、溶媒や増粘剤等の添加剤とともにスラリーを形成し、板材上に膜状又は層状に配置することもできる。カーボンブラックは、比較的安価でありかつ性能にも優れるため、炭素系剥離剤として特に好適に使用できる。 Examples of the carbon-based release agent include graphite, carbon black, fullerene, carbon nanotubes, cluster diamond, diamond-like carbon, carbon nitride and the like. Of these, diamond-like carbon and carbon nitride are generally used in the form of a film, and are preferably formed in the form of a film on a plate material. Most of the other carbon-based release agents are generally in the form of particles, and may be used as they are in the form of particles, or may be arranged in a film or layer on a plate material if necessary. The particulate carbon-based release agent can be placed on the plate material in the form of particles by a method such as electrostatic coating, or a slurry is formed with an additive such as a solvent or a thickener to form a film on the plate material. It can also be arranged in a shape or a layer. Since carbon black is relatively inexpensive and has excellent performance, it can be particularly preferably used as a carbon-based release agent.
シリコーン系剥離剤は、シロキサン結合による主骨格を持つ化合物であり、主として当該シロキサン結合に由来する各種の特性を有する。シリコーンの特性のうち、特に、相手材と固着し難い性質は、板材へのリチウム板の付着を抑制しつつ積層体をプレスすることに大きく寄与すると考えられる。 The silicone-based release agent is a compound having a main skeleton due to a siloxane bond, and has various properties mainly derived from the siloxane bond. Among the properties of silicone, the property of being difficult to adhere to the mating material is considered to greatly contribute to pressing the laminate while suppressing the adhesion of the lithium plate to the plate material.
シリコーン系剥離剤としては、剥離層を形成したときに比較的変形し易く、相手材に対する一定程度の粘着性を示し、かつ、相手材に強固に固着し難いシリコーン材料を選択するのが好ましい。このようなシリコーン系剥離剤としては、後述するシリコーンレジンを用いても良いが、付加硬化型又は過酸化物硬化型のシリコーン粘着剤を用いるのが好ましい。この種のシリコーン粘着剤は、優れた感圧粘着作用を示すことから、ラベル及びマスキングテープに代表される粘着テープ用の粘着剤として用いられている。 As the silicone-based release agent, it is preferable to select a silicone material that is relatively easily deformed when the release layer is formed, exhibits a certain degree of adhesiveness to the mating material, and is difficult to firmly adhere to the mating material. As such a silicone-based release agent, a silicone resin described later may be used, but it is preferable to use an addition-curing type or peroxide curing type silicone pressure-sensitive adhesive. This type of silicone pressure-sensitive adhesive is used as a pressure-sensitive adhesive for pressure-sensitive adhesive tapes typified by labels and masking tapes because it exhibits an excellent pressure-sensitive pressure-sensitive adhesive effect.
付加硬化型のシリコーン粘着剤は、下記一般式(1)で表されるシロキサン単位を繰り返し単位とするものが好ましく、当該繰り返し単位を主鎖とする直鎖構造を有しても良い。
R5 ySiO(4−y)×0.5 (1)
(式中R5は、それぞれ独立に、置換されていても良い炭素数1〜20の一価又は二価の炭化水素基であり、yは1.0〜3.0である。)
The addition-curing type silicone pressure-sensitive adhesive preferably has a siloxane unit represented by the following general formula (1) as a repeating unit, and may have a linear structure having the repeating unit as a main chain.
R 5 y SiO (4-y) x 0.5 (1)
(R 5 in the formula is a monovalent or divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may be substituted independently, and y is 1.0 to 3.0.)
上式(1)におけるyとしては1.5〜2.05が挙げられる。 Examples of y in the above equation (1) include 1.5 to 2.05.
上式(1)においてR5で表される一価又は二価の炭化水素基の炭素数として、1〜14、1〜12の範囲を挙げることができる。当該炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基又はアルキレン基から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。R5の2以上はアルケニル基であっても良い。当該アルキル基の具体例としてはメチル基が挙げられる。当該アルケニル基の具体例としては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基又はヘプテニル基から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。当該アリール基の具体例としてはフェニル基が挙げられる。 The number of carbon atoms of the monovalent or divalent hydrocarbon group represented by R 5 in the above formula (1) include a range of 1~14,1~12. Examples of the hydrocarbon group include at least one selected from an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, an aralkyl group or an alkylene group. Two or more of R 5 may be an alkenyl group. Specific examples of the alkyl group include a methyl group. Specific examples of the alkenyl group include at least one selected from a vinyl group, an allyl group, a butenyl group, a pentenyl group, a hexenyl group or a heptenyl group. Specific examples of the aryl group include a phenyl group.
付加硬化型のシリコーン粘着剤としては、アルケニル基を有するオルガノポリシロキサンと、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとを含むシリコーン粘着剤原料が付加反応により硬化したものが挙げられる。当該付加反応の速度を高めるため、付加反応触媒を用いても良い。 Examples of the addition-curing type silicone pressure-sensitive adhesive include those in which an organopolysiloxane having an alkenyl group and a silicone pressure-sensitive adhesive raw material containing an organohydrogenpolysiloxane are cured by an addition reaction. An addition reaction catalyst may be used to increase the rate of the addition reaction.
付加硬化型のシリコーン粘着剤が上式(1)で表されるシロキサン単位を繰り返し単位とする場合、オルガノポリシロキサンとしては下記一般式(1−1)で表されるシロキサン単位を含む化合物が挙げられる。
R6 ySiO(4−y)×0.5 (1−1)
(式中R6はそれぞれ独立にアルケニル基でありyは1.0〜3.0である。)
When the addition-curable silicone pressure-sensitive adhesive uses the siloxane unit represented by the above formula (1) as a repeating unit, examples of the organopolysiloxane include compounds containing a siloxane unit represented by the following general formula (1-1). Be done.
R 6 y SiO (4-y) x 0.5 (1-1)
(In the formula, R 6 is an alkenyl group independently, and y is 1.0 to 3.0.)
オルガノポリシロキサンとしては、上記一般式(1−1)で表されるシロキサン単位を繰り返し単位とするものが好ましく、当該繰り返し単位を主鎖とする直鎖構造を有しても良い。オルガノポリシロキサンは直鎖状であっても良いし、直鎖状の部分構造とともに分岐状及び/又は環状の部分構造を有しても良い。オルガノポリシロキサンの分子量は特に問わない。 The organopolysiloxane preferably has a siloxane unit represented by the above general formula (1-1) as a repeating unit, and may have a linear structure having the repeating unit as a main chain. The organopolysiloxane may be linear or may have a branched and / or cyclic partial structure as well as a linear partial structure. The molecular weight of the organopolysiloxane is not particularly limited.
オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、分子中にSiH基を有するものであり、その有機基については特に限定されない。オルガノハイドロジェンポリシロキサン1分子中のSiH基の数は特に限定せず、2〜300、3〜200、4〜150の範囲を挙げることができる。当該SiH基はオルガノポリシロキサンにおけるR6のアルケニル基と反応し、付加硬化型のシリコーン粘着剤の硬化に寄与する。このため、オルガノハイドロジェンポリシロキサン1分子中におけるSiH基の数は2以上であるのが好ましい。オルガノハイドロジェンポリシロキサンは直鎖状であっても良いし分岐状であっても良い。 The organohydrogenpolysiloxane has a SiH group in the molecule, and the organic group thereof is not particularly limited. The number of SiH groups in one molecule of organohydrogenpolysiloxane is not particularly limited, and may range from 2 to 300, 3 to 200, and 4 to 150. The SiH groups may react with the alkenyl group R 6 in the organopolysiloxane, which contributes to curing of the addition curing type silicone adhesive. Therefore, the number of SiH groups in one molecule of organohydrogenpolysiloxane is preferably 2 or more. The organohydrogenpolysiloxane may be linear or branched.
付加硬化型のシリコーン粘着剤の原料としては、KS−774、KS−775、KS−778、KS−779H、KS−847H、KR3700、KR3701、X−40−3237−1、X−40−3240、X−40−3291−1、X−40−3229、X−40−3270、X−40−3306(以上、信越化学工業株式会社製)、SD4584、SD4585、SD4560、SD4570、SD4600PFC、SD4593、(以上、東レ・ダウコ−ニング株式会社製)、TSR1512、TSR1516、XR37−B9204(以上、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製)等が挙げられる。付加硬化型のシリコーン粘着剤としては、これらを単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。2種以上のシリコーン粘着剤を併用する場合の具体的な組み合わせとして、信越化学工業株式会社製のKS−847Hと、東レ・ダウコ−ニング株式会社製のSD4584と、の組み合わせを挙げることができるが、これに限定されない。
また、後述するシリコーンレジンの原料をシリコーン粘着剤の原料と組み合わせて剥離層を形成しても良い。なお、東レ・ダウコ−ニング株式会社製のSD4584は3官能性又は4官能性のシロキサン単位を含むものであり、当該原料を用いて得られたシリコーン粘着剤は、シリコーンレジンと共通する特性を発揮し、粘着性と剥離性とのバランスの良い剥離層を形成し得ると考えられる。
As raw materials for the addition-curable silicone pressure-sensitive adhesive, KS-774, KS-775, KS-778, KS-779H, KS-847H, KR3700, KR3701, X-40-3237-1, X-40-3240, X-40-3291-1, X-40-3229, X-40-3270, X-40-3306 (above, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), SD4584, SD4585, SD4560, SD4570, SD4600PFC, SD4593, (above) , Toray DouConning Co., Ltd.), TSR1512, TSR1516, XR37-B9204 (all manufactured by Momentive Performance Materials Co., Ltd.) and the like. As the addition-curing type silicone pressure-sensitive adhesive, these may be used alone or in combination of two or more. As a specific combination when two or more kinds of silicone adhesives are used in combination, a combination of KS-847H manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. and SD4584 manufactured by Toray Industries, Inc. can be mentioned. , Not limited to this.
Further, a release layer may be formed by combining the raw material of the silicone resin described later with the raw material of the silicone pressure-sensitive adhesive. SD4584 manufactured by Toray Industries, Inc. contains a trifunctional or tetrafunctional siloxane unit, and the silicone adhesive obtained by using the raw material exhibits the same characteristics as the silicone resin. However, it is considered that a peeling layer having a good balance between adhesiveness and peelability can be formed.
付加反応触媒としては、上記の付加反応の触媒として機能し得るものを使用すれば良く、例えば、白金や白金化合物、白金の各種錯体等の各種白金系触媒、塩化ロジウム等のロジウム系触媒、パラジウム、塩化パラジウム等のパラジウム系触媒等を例示できる。 As the addition reaction catalyst, one that can function as the catalyst for the above-mentioned addition reaction may be used. For example, various platinum-based catalysts such as platinum, platinum compounds, and various complexes of platinum, rhodium-based catalysts such as rhodium chloride, and palladium. , Palladium-based catalysts such as palladium chloride can be exemplified.
過酸化物硬化型のシリコーン粘着剤は、上記した付加硬化型のシリコーン粘着剤と異なり、有機過酸化物の存在下でオルガノポリシロキサンの硬化反応を行うものである。過酸化物硬化型のシリコーン粘着剤の材料となるオルガノポリシロキサンは、上記した付加硬化型のシリコーン粘着剤で説明したオルガノポリシロキサンと同様のものを用いても良いが、R6がアルキル基のものが好ましい。 The peroxide-curing type silicone pressure-sensitive adhesive is different from the above-mentioned addition-curing type silicone pressure-sensitive adhesive in that it performs a curing reaction of organopolysiloxane in the presence of an organic peroxide. As the organopolysiloxane used as a material for the peroxide-curable silicone pressure-sensitive adhesive, the same organopolysiloxane as described in the above-mentioned addition-curable silicone pressure-sensitive adhesive may be used, but R 6 is an alkyl group. Those are preferable.
有機過酸化物としては、分解して遊離酸素ラジカルを発生するものを用いれば良く、特に限定はない。過酸化物硬化型のシリコーン粘着剤の原料として使用可能な有機過酸化物の一例を挙げると、ジベンゾイルパーオキサイド、4,4’−ジメチルベンゾイルパーオキサイド、3,3’−ジメチルベンゾイルパーオキサイド、2,2’−ジメチルベンゾイルパーオキサイド等が挙げられる。 As the organic peroxide, one that decomposes to generate free oxygen radicals may be used, and is not particularly limited. Examples of organic peroxides that can be used as raw materials for peroxide-curable silicone pressure-sensitive adhesives include dibenzoyl peroxide, 4,4'-dimethylbenzoyl peroxide, and 3,3'-dimethylbenzoyl peroxide. Examples thereof include 2,2'-dimethylbenzoyl peroxide.
上記の各シリコーン粘着剤により、剥離層を形成するためには、上記の各原料を必要に応じて有機溶媒等の溶剤とともに混合し、板材に塗布して硬化反応を行えば良い。硬化反応と前後して、板材上のシリコーン粘着剤又はシリコーン粘着剤の原料を加熱しても良い。加熱により、溶剤の除去や、硬化反応の促進が可能である。 In order to form a release layer with each of the above-mentioned silicone pressure-sensitive adhesives, each of the above-mentioned raw materials may be mixed with a solvent such as an organic solvent, if necessary, and applied to a plate material to carry out a curing reaction. Before and after the curing reaction, the silicone pressure-sensitive adhesive or the raw material of the silicone pressure-sensitive adhesive on the plate material may be heated. By heating, it is possible to remove the solvent and accelerate the curing reaction.
板材に設ける剥離層の材料としては、上記のシリコーン粘着剤以外にも、以下のシリコーンレジンを用いることもできる。既述したように、シリコーンレジンはシリコーン粘着剤と併用しても良い。シリコーンレジンを含有する剥離層は、シリコーン粘着剤を含有する剥離層に比べて、変形し難く粘着性が低いという特性を発揮し得る。シリコーン粘着剤を含有する剥離層は、シリコーンレジンを含有する剥離層に比べて、粘着性が高いという特性を発揮し得る。
以下、シリコーンレジンについて説明する。
As the material of the release layer provided on the plate material, the following silicone resin can also be used in addition to the above-mentioned silicone pressure-sensitive adhesive. As described above, the silicone resin may be used in combination with the silicone adhesive. The release layer containing a silicone resin can exhibit the characteristics of being less likely to be deformed and having lower adhesiveness than the release layer containing a silicone adhesive. The peeling layer containing the silicone adhesive can exhibit the property of having higher tackiness than the peeling layer containing the silicone resin.
Hereinafter, the silicone resin will be described.
シリコーンレジンは、既述したように、比較的変形し難く粘着性の低い特性を有する。具体的には、シリコーンレジンは、下記一般式(2)で表される2官能性のシロキサン単位、下記一般式(3)で表される3官能性のシロキサン単位、又は、下記一般式(4)で表される4官能性のシロキサン単位を含むポリオルガノシロキサン材料を含むのが好ましい。
R1R2SiO(0.5×2) (2)
R1SiO(0.5×3) (3)
SiO(0.5×4) (4)
(式中R1、R2は、それぞれ独立に、炭素数1〜3のアルキル基、フェニル基、ビニル基、及び、アミノ基の何れかである。R1、R2は同一であっても良いし異なっていても良い。)
As described above, the silicone resin has the property of being relatively hard to be deformed and having low adhesiveness. Specifically, the silicone resin is a bifunctional siloxane unit represented by the following general formula (2), a trifunctional siloxane unit represented by the following general formula (3), or the following general formula (4). ), It is preferable to include a polyorganosiloxane material containing a tetrafunctional siloxane unit.
R 1 R 2 SiO (0.5 × 2) (2)
R 1 SiO (0.5 × 3) (3)
SiO (0.5 × 4) (4)
(In the formula, R 1 and R 2 are independently any of an alkyl group, a phenyl group, a vinyl group, and an amino group having 1 to 3 carbon atoms. Even if R 1 and R 2 are the same. It may be good or different.)
上記一般式(2)〜(4)のシロキサン単位の何れかを含むポリオルガノシロキサン材料は、三次元網目構造の比較的硬い剥離層を構成し得る。 The polyorganosiloxane material containing any of the siloxane units of the general formulas (2) to (4) can form a relatively hard release layer having a three-dimensional network structure.
上記一般式(2)〜(4)のシロキサン単位の何れかを含むポリオルガノシロキサン材料の原料としては、それぞれ、下記一般式(2−1)〜(4−1)で表される化合物が挙げられる。
R1R2Si(OR3)2 (2−1)
R1Si(OR3)3 (3−1)
Si(OR3)4 (4−1)
(式中R1、R2は、それぞれ独立に、H、炭素数1〜3のアルキル基、フェニル基、ビニル基、及び、アミノ基の何れかである。R3は炭素数1〜3のアルキル基である。R1〜R3はそれぞれ同一であっても良いし異なっていても良い。)
Examples of the raw material of the polyorganosiloxane material containing any of the siloxane units of the general formulas (2) to (4) include compounds represented by the following general formulas (2-1) to (4-1), respectively. Be done.
R 1 R 2 Si (OR 3 ) 2 (2-1)
R 1 Si (OR 3 ) 3 (3-1)
Si (OR 3 ) 4 (4-1)
(In the formula, R 1 and R 2 are each independently H, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a phenyl group, a vinyl group, and an amino group. R 3 has 1 to 3 carbon atoms. It is an alkyl group. R 1 to R 3 may be the same or different from each other.)
当該ポリオルガノシロキサン材料の原料としては、上記一般式(2−1)で表される2官能性の化合物、上記一般式(3−1)で表される3官能性の化合物、又は、上記一般式(4−1)で表される4官能性の化合物の何れを用いても良く、当該原料において2官能性の化合物、3官能性の化合物及び4官能性の化合物の占める割合は特に問わない。当該原料に含まれるこれらの化合物のうち、2官能性の化合物の占める割合が多いと剥離層の可撓性が高まり、3官能性の化合物の占める割合が多いと剥離層が硬くなり、4官能性の化合物の占める割合が多いと剥離層がより硬くなるとされている。 The raw material of the polyorganosiloxane material is a bifunctional compound represented by the general formula (2-1), a trifunctional compound represented by the general formula (3-1), or the general formula. Any of the tetrafunctional compounds represented by the formula (4-1) may be used, and the proportion of the bifunctional compound, the trifunctional compound and the tetrafunctional compound in the raw material is not particularly limited. .. Of these compounds contained in the raw material, when the proportion of the bifunctional compound is large, the flexibility of the release layer is increased, and when the proportion of the trifunctional compound is large, the release layer is hard and the tetrafunctional compound is used. It is said that the release layer becomes harder when the proportion of the sex compound is large.
剥離層用のシリコーンレジンとしては3官能性のシロキサン単位を含むもの、3官能性のシロキサン単位及び2官能性のシロキサン単位を含むものを例示し得る。R1、R2及びR3としては、それぞれ、メチル基、プロピル基又はフェニル基を挙げることができる。また、シリコーンレジンの質量平均分子量としては300以上30000以下の範囲を挙げることができ、シリコーンレジン中の残存アルコキシ量としては2質量%以上50質量%以下の範囲を挙げることができる。 Examples of the silicone resin for the release layer include those containing a trifunctional siloxane unit and those containing a trifunctional siloxane unit and a bifunctional siloxane unit. Examples of R 1 , R 2 and R 3 include a methyl group, a propyl group and a phenyl group, respectively. Further, the mass average molecular weight of the silicone resin may be in the range of 300 or more and 30,000 or less, and the residual alkoxy amount in the silicone resin may be in the range of 2% by mass or more and 50% by mass or less.
上記一般式(2)のシロキサン単位を含むシリコーンレジンの原料としては、メチルハイドロジェンジメトキシシラン、メチルハイドロジェンジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルエチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、メチルプロピルジメトキシシラン、メチルプロピルジエトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン等を例示できる。これらは2官能性のアルコキシシランである。 As raw materials for the silicone resin containing the siloxane unit of the general formula (2), methylhydrogendimethoxysilane, methylhydrogendiethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methylethyldimethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyl. Examples thereof include diethoxysilane, methylpropyldimethoxysilane, methylpropyldiethoxysilane, phenylmethyldimethoxysilane, and vinylmethyldimethoxysilane. These are bifunctional alkoxysilanes.
上記一般式(3)のシロキサン単位を含むシリコーンレジンの原料としては、KR220L、KR242A、KR271、KR282、KR300、KR311、KC89、KR500、KR212、KR213、KR9218、KR251、KR400、KR255、KR216、KR152(以上、信越化学工業株式会社製)、804RESIN、805RESIN、806ARESIN、840RESIN、SR2400、3037INTERMEDIATE、3074INTERMEDIATE、Z−6018、217FLAKE、220FLAKE、233FLAKE、249FLAKE、QP8−5314、SR2402、AY42−161、AY42−162、AY42−163(以上、東レ・ダウコーニング株式会社製)、SY231、SY550、SY300、SY409、SY430、IC836(以上、旭化成ワッカー株式会社製)を例示できる。これらは3官能性のアルコキシシラン及び/又はその誘導体を含有する。 As raw materials for the silicone resin containing the siloxane unit of the general formula (3), KR220L, KR242A, KR271, KR282, KR300, KR311, KC89, KR500, KR212, KR213, KR9218, KR251, KR400, KR255, KR216, KR152 ( (Made by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 804RESIN, 805RESIN, 806ARESIN, 840RESIN, SR2400, 3037INTERMEDIATE, 3074INTERMEDIATE, Z-6018, 217FLAKE, 220FLAKE, 233FLAKE, 249FLAKE, 249FLAKE, QP862-14 AY42-163 (above, manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.), SY231, SY550, SY300, SY409, SY430, IC836 (above, manufactured by Asahi Kasei Wacker Co., Ltd.) can be exemplified. These contain trifunctional alkoxysilanes and / or derivatives thereof.
上記一般式(4)のシロキサン単位を含むシリコーンレジンの原料としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシランを例示できる。その他、Mシリケート51、シリケート35、シリケート45、FR−3(以上、多摩化学工業株式会社製)、MSI51、ESI40、ESI48、EMSi48(以上、コルコート社製)、MS51、MS56(以上、三菱化学株式会社製)を例示できる。これらは4官能性のアルコキシシラン及び/又はその誘導体を含有する。 Examples of the raw material of the silicone resin containing the siloxane unit of the general formula (4) include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and tetraisopropoxysilane. In addition, M silicate 51, silicate 35, silicate 45, FR-3 (above, manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd.), MSI51, ESI40, ESI48, EMCi48 (above, manufactured by Colcourt), MS51, MS56 (above, Mitsubishi Chemical Corporation) (Made by a company) can be illustrated. These contain tetrafunctional alkoxysilanes and / or derivatives thereof.
剥離層を構成するシリコーンレジンは、シリコーンレジンの原料つまりアルコキシシラン及び/又はその誘導体が脱水縮合反応することで生成する。シリコーンレジンの原料としては、上記(2−1)〜(4−1)のアルコキシシラン及び/又はその誘導体を1種のみを用いても良いし、2種以上を併用しても良い。 The silicone resin constituting the release layer is produced by the dehydration condensation reaction of the raw material of the silicone resin, that is, alkoxysilane and / or its derivative. As the raw material of the silicone resin, only one kind of the alkoxysilanes (2-1) to (4-1) and / or a derivative thereof may be used, or two or more kinds thereof may be used in combination.
剥離層を形成する方法は特に限定されず、既知のコート方法を用いれば良い。また、剥離層の厚さは、リチウム板の厚さ、板材の厚さ、プレス工程において単位面積当たりの積層体に作用する荷重等に応じて適宜設定すれば良い。 The method for forming the release layer is not particularly limited, and a known coating method may be used. Further, the thickness of the release layer may be appropriately set according to the thickness of the lithium plate, the thickness of the plate material, the load acting on the laminated body per unit area in the pressing process, and the like.
リチウム板の変形等をより信頼性高く抑制する目的では、剥離剤として、シリコーンレジンを用いるのが好ましい。既述したようにシリコーンレジンは粘着力が小さくかつリチウム板から容易に剥離し得るため、シリコーンレジンの粘着力によりリチウム板に与えるダメージを抑制できる。
一方、板材と剥離剤とリチウム板とを予め積層し、リチウム板材複合体としてプレス工程に用いる場合には、剥離剤としてある程度粘着力の高いものを用いることで、板材からのリチウム板の脱落等を抑制でき、リチウム板材複合体の取り扱い性が大きく向上する。したがって、この場合には、剥離剤としてシリコーン粘着剤を用いるのが特に好ましい。
For the purpose of suppressing the deformation of the lithium plate with higher reliability, it is preferable to use a silicone resin as the release agent. As described above, the silicone resin has a small adhesive force and can be easily peeled off from the lithium plate, so that the adhesive force of the silicone resin can suppress damage to the lithium plate.
On the other hand, when the plate material, the release agent, and the lithium plate are laminated in advance and used as a lithium plate material composite in the pressing process, the lithium plate may fall off from the plate material by using a release agent having a high adhesive strength to some extent. Can be suppressed, and the handleability of the lithium plate material composite is greatly improved. Therefore, in this case, it is particularly preferable to use a silicone pressure-sensitive adhesive as the release agent.
本発明のリチウム負極複合体の製造方法において、負極活物質層上に圧着するリチウム板の厚さ、すなわち、負極活物質層にドープするリチウム量は、負極活物質の種類や量に応じて適宜設定すれば良い。例えば、負極活物質として不可逆容量の大きなSi含有負極活物質を用いる場合には、負極活物質層にドープするリチウム量は、負極活物質層の不可逆容量をキャンセルし得る程度に多量であるのが良い。ドープに必要なリチウム量が多ければ、厚手のリチウム体、すなわちリチウム板を負極活物質層上に積層する必要があるが、既述したように、本発明の製造方法によると負極活物質層の破損を抑制しつつリチウム体を負極活物質層に圧着し得る。つまり本発明の製造方法は、不可逆容量の大きな負極活物質を含有するリチウム負極複合体を製造する方法として特に有用である。
本発明の製造方法において、リチウム板の厚さは15μm以上、20μm以上、25μm以上、とすることができる。リチウム板の厚さの上限は特に問わないが、例えば、200μm、500μmを挙げることができる。
In the method for producing a lithium negative electrode composite of the present invention, the thickness of the lithium plate pressure-bonded onto the negative electrode active material layer, that is, the amount of lithium doped in the negative electrode active material layer is appropriately determined according to the type and amount of the negative electrode active material. Just set it. For example, when a Si-containing negative electrode active material having a large irreversible capacity is used as the negative electrode active material, the amount of lithium doped in the negative electrode active material layer is large enough to cancel the irreversible capacity of the negative electrode active material layer. good. If the amount of lithium required for doping is large, it is necessary to laminate a thick lithium body, that is, a lithium plate on the negative electrode active material layer. However, as described above, according to the production method of the present invention, the negative electrode active material layer The lithium body can be pressure-bonded to the negative electrode active material layer while suppressing damage. That is, the production method of the present invention is particularly useful as a method for producing a lithium negative electrode complex containing a negative electrode active material having a large irreversible capacity.
In the production method of the present invention, the thickness of the lithium plate can be 15 μm or more, 20 μm or more, and 25 μm or more. The upper limit of the thickness of the lithium plate is not particularly limited, and examples thereof include 200 μm and 500 μm.
プレス工程においては、板材とリチウム板との間に剥離剤を介在させることが必須であるが、必要に応じて、剥離剤に加えて潤滑剤を介在させても良い。潤滑剤は、剥離剤とリチウム板との間に配置されれば良い。潤滑剤とは、剥離剤よりも流動性の高いもの、層として形をなし得ない程度の流動性を有するものを指す。
潤滑剤としては、シリコーン系剥離剤等の剥離剤となじみが良く、かつ、リチウムに対する反応性の低いものを用いるのが好ましい。
In the pressing process, it is essential to interpose a release agent between the plate material and the lithium plate, but if necessary, a lubricant may be interposed in addition to the release agent. The lubricant may be placed between the release agent and the lithium plate. The lubricant refers to a lubricant having a higher fluidity than the release agent and a lubricant having a fluidity that cannot be formed as a layer.
As the lubricant, it is preferable to use a lubricant that has good compatibility with a release agent such as a silicone-based release agent and has low reactivity with lithium.
潤滑剤としては、例えば、非プロトン性有機溶媒が挙げられる。具体的には、20℃における蒸気圧が0.3〜65.0kPaの範囲にあるか、又は、25℃における蒸気圧が0.5〜100kPaの範囲にあるものを用いるのが好ましい。
潤滑剤として、具体的には、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、フルオロメチルメチルカーボネート、ジフルオロメチルメチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネート、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、アクリロニトリル、ジメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,2−ジオキサン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン、2−メチルテトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、N,N−ジメチルアセトアミド、イソプロピルイソシアネート、n−プロピルイソシアネート、クロロメチルイソシアネート、ジメチルアセタール、ジエチルエーテル、メチルイソブチルケトン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸イソブチル、プロピオン酸メチル、酢酸ビニル、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、グリシジルメチルエーテル、エポキシブタン、2−エチルオキシラン、オキサゾール、2−エチルオキサゾール、オキサゾリン、2−メチル−2−オキサゾリン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、無水酢酸、1−ニトロプロパン、2−ニトロプロパン、フラン、γ−ブチロラクトン、チオフェン、ピリジン、1−メチルピロリジン、N−メチルモルフォリン等が挙げられる。本発明のリチウム負極複合体の製造方法においては、これらの非プロトン性有機溶媒を1種又は2種以上組み合わせて、潤滑剤として用いれば良い。
このうち、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、メチルイソブチルケトン、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートから選ばれる少なくとも1種は潤滑剤として特に好ましい。これらの潤滑剤はリチウムイオン二次電池の電解液に用いられているものであるか、或いは、充分に揮発せずリチウムイオン二次電池に持ち込まれたとしてもリチウムイオン二次電池の性能を悪化させ難い利点がある。
Examples of the lubricant include an aprotic organic solvent. Specifically, it is preferable to use one having a vapor pressure in the range of 0.3 to 65.0 kPa at 20 ° C. or a vapor pressure in the range of 0.5 to 100 kPa at 25 ° C.
Specific examples of the lubricant include pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, ethylmethylcarbonate, propylene carbonate, dimethylcarbonate, diethylcarbonate, fluoromethylmethylcarbonate, difluoromethylmethylcarbonate, 2,2,2-. Trifluoroethyl methyl carbonate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, acrylonitrile, dimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetra, 1,2 -Dioxane, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 2,2-dimethyl-1,3-dioxolane, 2-methyltetrahydropyran, 1,3-dioxolan, N, N-dimethylacetamide, isopropylisocyanate, n -Propyl isocyanate, chloromethylisocyanate, dimethylacetal, diethyl ether, methylisobutylketone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, methyl nitate, ethyl nitate, propyl silicate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate , Methyl acetate, isopropyl acetate, isobutyl acetate, methyl propionate, vinyl acetate, methyl acrylate, methyl methacrylate, glycidyl methyl ether, epoxy butane, 2-ethyloxylan, oxazole, 2-ethyloxazole, oxazoline, 2-methyl-2- Examples thereof include oxazoline, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, anhydrous acetic acid, 1-nitropropane, 2-nitropropane, furan, γ-butyrolactone, thiophene, pyridine, 1-methylpyrrolidin, N-methylmorpholin and the like. In the method for producing a lithium negative electrode composite of the present invention, one or a combination of two or more of these aprotic organic solvents may be used as a lubricant.
Of these, at least one selected from hexane, heptane, octane, nonane, decane, methyl isobutyl ketone, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate is particularly preferable as a lubricant. These lubricants are used in the electrolytic solution of the lithium ion secondary battery, or even if they are not sufficiently volatilized and are brought into the lithium ion secondary battery, the performance of the lithium ion secondary battery deteriorates. There is an advantage that is difficult to make.
リチウム板としては、市販のものを用いても良いし、市販の厚手のリチウム板、つまりリチウム厚板を適宜圧延したものを用いても良い。つまり、本発明のリチウム負極複合体の製造方法は、リチウム厚板を圧延してリチウム板を得るためのリチウム板圧延工程を有しても良い。 As the lithium plate, a commercially available one may be used, or a commercially available thick lithium plate, that is, a commercially available thick lithium plate, that is, an appropriately rolled lithium plate may be used. That is, the method for producing a lithium negative electrode composite of the present invention may include a lithium plate rolling step for rolling a lithium thick plate to obtain a lithium plate.
リチウム板圧延工程に用いる圧延装置としては、上記したプレス工程と同様のプレス機を用いても良いし、ロールプレス機を用いても良い。
リチウム板圧延工程で圧延するリチウム厚板は、板材で挟んだ状態で圧延しても良い。この場合、板材とリチウム厚板との間に剥離剤を介在させておけば、リチウム板圧延工程で得られたリチウム板と板材との間に剥離剤が介在し、リチウム板の変形を抑制しつつリチウム板から板材を容易に剥がすことができる。また、この場合には、リチウム板圧延工程によって、同時に、板材、剥離剤及びリチウム板が積層されたリチウム板積層体を製造し得る利点もある。
As the rolling apparatus used in the lithium plate rolling process, a press machine similar to the above-mentioned press process may be used, or a roll press machine may be used.
The lithium thick plate to be rolled in the lithium plate rolling step may be rolled in a state of being sandwiched between plate materials. In this case, if a release agent is interposed between the plate material and the lithium thick plate, the release agent is interposed between the lithium plate obtained in the lithium plate rolling process and the plate material, and the deformation of the lithium plate is suppressed. At the same time, the plate material can be easily peeled off from the lithium plate. Further, in this case, there is an advantage that a lithium plate laminate in which a plate material, a release agent and a lithium plate are laminated can be produced at the same time by the lithium plate rolling step.
プレス工程後の積層体、つまり、本発明のリチウム負極複合体は、負極活物質層とリチウム層とを有するものであり、負極活物質層にリチウムがドープされた本発明のリチウムドープ負極の前駆体ともいえる。負極活物質層へのリチウムのドープは、リチウム負極複合体をそのまま放置しておくだけでも徐々に進行する。しかし、リチウム負極複合体を電解液に接触させることで、リチウムのドープ速度を早めることができる。 The laminated body after the pressing process, that is, the lithium negative electrode composite of the present invention has a negative electrode active material layer and a lithium layer, and is a precursor of the lithium-doped negative electrode of the present invention in which the negative electrode active material layer is doped with lithium. It can be called a body. The doping of lithium into the negative electrode active material layer gradually progresses even if the lithium negative electrode complex is left as it is. However, the lithium doping rate can be increased by bringing the lithium negative electrode complex into contact with the electrolytic solution.
具体的には、電解液としては、有機溶媒とリチウム塩とを含むものを用いれば良い。有機溶媒及びリチウム塩については、後述するリチウムイオン二次電池用の電解液に使用できるものを用いれば良い。リチウム負極複合体を電解液に接触させる工程をドープ工程と呼ぶ。ドープ工程により、負極活物質層上に設けられたリチウム層のリチウムは負極活物質層に移行する。したがって、ドープ工程後のリチウム負極複合体においては、実質的に、リチウム層が消失し、集電体上にはリチウムが一体化した一層構造の負極活物質層のみが残存する。したがって、ドープ工程後のリチウム負極複合体は、リチウムの剥離等を考慮しなくても良くなり、取り扱い性が向上する。 Specifically, as the electrolytic solution, one containing an organic solvent and a lithium salt may be used. As the organic solvent and the lithium salt, those that can be used as the electrolytic solution for the lithium ion secondary battery described later may be used. The step of bringing the lithium negative electrode complex into contact with the electrolytic solution is called a dope step. By the doping step, the lithium in the lithium layer provided on the negative electrode active material layer is transferred to the negative electrode active material layer. Therefore, in the lithium negative electrode composite after the doping step, the lithium layer is substantially eliminated, and only the negative electrode active material layer having a one-layer structure in which lithium is integrated remains on the current collector. Therefore, the lithium negative electrode complex after the doping step does not need to consider peeling of lithium and the like, and the handleability is improved.
なお、この技術思想を基に、本発明を、当該ドープ工程を有するリチウムドープ負極の製造方法に関する発明と捉えることもできる。 In addition, based on this technical idea, the present invention can also be regarded as an invention relating to a method for manufacturing a lithium-doped negative electrode having the doping step.
ドープ工程において、リチウム負極複合体は、それ単体で電解液に接触させても良いし、正極等の負極以外の電池構成材料とともに電池容器内で電解液に接触させても良い。 In the doping step, the lithium negative electrode composite may be brought into contact with the electrolytic solution by itself, or may be brought into contact with the electrolytic solution in the battery container together with the battery constituent material other than the negative electrode such as the positive electrode.
リチウム負極複合体を単体で電解液に接触させてドープ工程を行う場合には、上記したようにリチウム負極複合体の取り扱い性が向上し、リチウムイオン二次電池の組立作業が容易になる。また、負極活物質層は多数の細孔を有する多孔質であり、当該細孔の体積分だけ密度の増大を許容し得ると考えられる。したがって、ドープ工程においてリチウムがドープされた負極活物質層は、実質的に、消失したリチウム層の分だけ外形が小さくなり、その一方で密度が高まると考えられる。その結果、ドープ工程後のリチウムドープ負極の厚さは、ドープ工程前のリチウム負極複合体の厚さに比べて薄くなると考えられる。
このため、同じ大きさの電池容器に入れることのできるリチウムドープ負極の量は、リチウム負極複合体の量に比べて多い。換言すると、リチウムドープ負極は、リチウム負極複合体に比べて、電池容器に高密度で充填できる。よって、この場合には、容量の大きなリチウムイオン二次電池を製造できるといえる。
When the lithium negative electrode composite is brought into contact with the electrolytic solution by itself to perform the doping step, the handleability of the lithium negative electrode composite is improved as described above, and the assembly work of the lithium ion secondary battery becomes easy. Further, the negative electrode active material layer is porous having a large number of pores, and it is considered that an increase in density can be tolerated by the volume of the pores. Therefore, it is considered that the negative electrode active material layer doped with lithium in the doping step has a substantially smaller outer shape by the amount of the lost lithium layer, while the density increases. As a result, it is considered that the thickness of the lithium-doped negative electrode after the doping process is thinner than the thickness of the lithium negative electrode composite before the doping process.
Therefore, the amount of the lithium-doped negative electrode that can be put in the battery container of the same size is larger than the amount of the lithium negative electrode composite. In other words, the lithium-doped negative electrode can be filled in the battery container at a higher density than the lithium negative electrode composite. Therefore, in this case, it can be said that a lithium ion secondary battery having a large capacity can be manufactured.
一方、リチウム負極複合体を、正極等の負極以外の電池構成材料とともに電池容器内で電解液に接触させる場合には、リチウムイオン二次電池の製造工数が低減する。また、上述したように、リチウムドープ後のリチウムドープ負極の体積は、リチウムドープ前のリチウム負極複合体の体積に比べて減少する。したがって、電池容器内でリチウム負極複合体を電解液と接触させてリチウムドープを進行させる場合には、リチウムドープ前のリチウム負極複合体の体積とリチウムドープ後のリチウムドープ負極との差の分、電池容器内に空間的な余裕が生じる。よってこの場合には、負極の膨張時にも、負極等の電池構成要素に大きな応力が作用し難く、充放電に伴う負極の膨張に長期間耐え得るリチウムイオン二次電池、すなわち、耐久性に優れるリチウムイオン二次電池が得られるといえる。 On the other hand, when the lithium negative electrode composite is brought into contact with the electrolytic solution in the battery container together with the battery constituent material other than the negative electrode such as the positive electrode, the man-hours for manufacturing the lithium ion secondary battery are reduced. Further, as described above, the volume of the lithium-doped negative electrode after lithium doping is smaller than the volume of the lithium negative electrode composite before lithium doping. Therefore, when the lithium negative electrode composite is brought into contact with the electrolytic solution in the battery container to proceed with lithium doping, the difference between the volume of the lithium negative electrode composite before lithium doping and the lithium-doped negative electrode after lithium doping is the difference. There is a space in the battery container. Therefore, in this case, even when the negative electrode expands, it is difficult for a large stress to act on the battery components such as the negative electrode, and the lithium ion secondary battery that can withstand the expansion of the negative electrode due to charging and discharging for a long period of time, that is, has excellent durability. It can be said that a lithium ion secondary battery can be obtained.
ところで、プレス工程後のリチウム負極複合体の表面には板材が重ねられたまま残存する。上記したように、この板材をリチウム負極複合体から剥がす際には、リチウム板が圧延されてなるリチウム層に応力が作用するため、当該応力が過大であれば、リチウム層の破損等が生じる可能性がある。 By the way, the plate material remains on the surface of the lithium negative electrode composite after the pressing process. As described above, when this plate material is peeled off from the lithium negative electrode composite, stress acts on the lithium layer formed by rolling the lithium plate, and if the stress is excessive, the lithium layer may be damaged. There is sex.
しかし、板材を重ねたままでリチウム負極複合体をドープ工程に供すれば、上記のリチウム層の破損等を抑制することができる。つまり、ドープ工程によってリチウム層のリチウムは負極活物質層に移動するため、ドープ工程後の板材と負極活物質層との間からはリチウム層が消失する。したがってこの場合の板材と負極活物質層との密着性も低い。このため、ドープ工程後の板材はリチウム負極複合体から容易に剥がれる。また、リチウム層は負極活物質層にドープされ消失しているため、リチウム層の破損も生じ得ない。 However, if the lithium negative electrode complex is subjected to the doping step with the plate materials stacked, damage to the lithium layer and the like can be suppressed. That is, since the lithium in the lithium layer is transferred to the negative electrode active material layer by the doping step, the lithium layer disappears between the plate material and the negative electrode active material layer after the doping step. Therefore, the adhesion between the plate material and the negative electrode active material layer in this case is also low. Therefore, the plate material after the doping step is easily peeled off from the lithium negative electrode composite. Further, since the lithium layer is doped with the negative electrode active material layer and disappears, the lithium layer cannot be damaged.
本発明のリチウム負極複合体を有する本発明のリチウムイオン二次電池は、当該リチウム負極複合体又はリチウムドープ負極、正極体、電解液及び必要に応じてセパレータを具備する。正極体は、正極用集電体と、当該正極用集電体上に設けられた正極活物質層と、を有する。リチウム負極複合体は、負極用集電体と、当該負極用集電体の両面に各々設けられた負極活物質層と、各々の負極活物質層上に設けられたリチウム層と、を有する。 The lithium ion secondary battery of the present invention having the lithium negative electrode composite of the present invention includes the lithium negative electrode composite or the lithium-doped negative electrode, a positive electrode body, an electrolytic solution and, if necessary, a separator. The positive electrode body has a current collector for the positive electrode and a positive electrode active material layer provided on the current collector for the positive electrode. The lithium negative electrode composite has a negative electrode current collector, a negative electrode active material layer provided on both sides of the negative electrode current collector, and a lithium layer provided on each negative electrode active material layer.
負極活物質としては、一般的なリチウムイオン二次電池用の負極活物質を用いることができ、例えば、炭素、ゲルマニウム、錫などの14族元素、アルミニウム、インジウムなどの13族元素、亜鉛、カドミウムなどの12族元素、アンチモン、ビスマスなどの15族元素、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、銀、金などの11族元素の少なくとも1種の単体、化合物または合金を選択し得る。上記合金又は化合物の具体例としては、Ag−Sn合金、Cu−Sn合金、Co−Sn合金等の錫系材料、各種黒鉛などの炭素系材料、が挙げられる。また、負極活物質として、Nb2O5、TiO2、Li4Ti5O12、WO2、MoO2、Fe2O3等の酸化物、又は、Li3−xMxN(M=Co、Ni、Cu)で表される窒化物を採用しても良い。 As the negative electrode active material, a negative electrode active material for a general lithium ion secondary battery can be used, for example, group 14 elements such as carbon, germanium and tin, group 13 elements such as aluminum and indium, zinc and cadmium. Group 12 elements such as antimony, group 15 elements such as bismuth, alkaline earth metals such as magnesium and calcium, and at least one simple substance, compound or alloy of group 11 elements such as silver and gold can be selected. Specific examples of the alloy or compound include tin-based materials such as Ag-Sn alloys, Cu-Sn alloys, and Co-Sn alloys, and carbon-based materials such as various graphites. Further, as the negative electrode active material, oxides such as Nb 2 O 5 , TIO 2 , Li 4 Ti 5 O 12 , WO 2 , MoO 2 , Fe 2 O 3 or Li 3-x M x N (M = Co). , Ni, Cu) may be used.
本発明のリチウム負極複合体は、リチウムを負極活物質層にドープするものであるため、負極活物質として不可逆容量の大きなSi含有負極活物質を好ましく選択し得る。
Si含有負極活物質としては、ケイ素単体、ケイ素単体と二酸化ケイ素に不均化するSiOx(0.3≦x≦1.6)などのケイ素系材料、ケイ素単体若しくはケイ素系材料と後述する炭素系材料等を組み合わせた複合体が挙げられる。更には、ケイ素系材料として、特許文献5に開示されるシリコン材料を用いることも好ましい。特許文献5には、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するシリコン材料が開示されている。そして当該特許文献5には、CaSi2と酸とを反応させてCaを除去したポリシランを主成分とする層状シリコン化合物を合成し、当該層状シリコン化合物を300℃以上で加熱して水素を離脱させたシリコン材料を製造したこと、及び、当該シリコン材料を活物質として具備するリチウムイオン二次電池が記載されている。
Since the lithium negative electrode composite of the present invention is for doping the negative electrode active material layer with lithium, a Si-containing negative electrode active material having a large irreversible capacity can be preferably selected as the negative electrode active material.
Examples of the Si-containing negative electrode active material include elemental silicon, elemental silicon and silicon-based materials such as SiO x (0.3 ≤ x ≤ 1.6) that disproportionate to silicon dioxide, elemental silicon or silicon-based materials, and carbon described later. Examples thereof include a composite in which system materials and the like are combined. Further, it is also preferable to use the silicon material disclosed in Patent Document 5 as the silicon-based material. Patent Document 5 discloses a silicon material having a structure in which a plurality of plate-shaped silicon bodies are laminated in the thickness direction. Then, in Patent Document 5, a layered silicon compound containing polysilane as a main component, which is obtained by reacting CaSi 2 with an acid to remove Ca, is synthesized, and the layered silicon compound is heated at 300 ° C. or higher to release hydrogen. It describes the manufacture of the silicon material and the lithium ion secondary battery containing the silicon material as an active material.
負極活物質層は、負極活物質の他に、必要に応じて、導電助剤、結着剤、分散剤等の添加剤を適宜適当な量で含有し得る。なお、正極活物質層もまた同様に、後述する正極活物質の他に、これらの添加剤を適宜適当な量で含有し得るため、以下の項では負極活物質層及び正極活物質層を包括して説明する。以下、必要に応じて、負極及び正極を包括して電極といい、負極活物質及び正極活物質を包括して活物質といい、負極活物質層及び正極活物質層を包括して活物質層という。 The negative electrode active material layer may contain, if necessary, an additive such as a conductive auxiliary agent, a binder, and a dispersant in an appropriate amount in addition to the negative electrode active material. Similarly, since the positive electrode active material layer can also contain these additives in an appropriate amount in addition to the positive electrode active material described later, the following sections include the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer. I will explain. Hereinafter, if necessary, the negative electrode and the positive electrode are collectively referred to as an electrode, the negative electrode active material and the positive electrode active material are collectively referred to as an active material, and the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer are collectively referred to as an active material layer. That is.
導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。導電助剤は化学的に不活性な電子高伝導体であれば良く、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber)、及び各種金属粒子等が例示される。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、チャンネルブラック等が例示される。これらの導電助剤を単独または二種以上組み合わせて活物質層に添加することができる。 Conductive aids are added to increase the conductivity of the electrodes. The conductive auxiliary agent may be a chemically inert electron high conductor, and examples thereof include carbon black, which are carbonaceous fine particles, graphite, Vapor Grown Carbon Fiber, and various metal particles. .. Examples of carbon black include acetylene black, Ketjen black (registered trademark), furnace black, and channel black. These conductive auxiliary agents can be added to the active material layer alone or in combination of two or more.
結着剤は、活物質等を集電体の表面に繋ぎ止める役割を果たすものである。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂を例示することができる。また、結着剤として、親水基を有するポリマーを採用してもよい。親水基を有するポリマーの親水基としては、カルボキシル基、スルホ基、シラノール基、アミノ基、水酸基、リン酸基が例示される。親水基を有するポリマーの具体例として、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリメタクリル酸、ポリ(p−スチレンスルホン酸)を挙げることができる。
導電助剤及び結着剤以外の分散剤などの添加剤は、公知のものを採用することができる。
The binder plays a role of binding the active material or the like to the surface of the current collector. Examples of the binder include fluororesins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide-based resins such as polyimide and polyamideimide, and alkoxysilyl group-containing resins. be able to. Further, a polymer having a hydrophilic group may be adopted as the binder. Examples of the hydrophilic group of the polymer having a hydrophilic group include a carboxyl group, a sulfo group, a silanol group, an amino group, a hydroxyl group and a phosphoric acid group. Specific examples of the polymer having a hydrophilic group include polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose, polymethacrylic acid, and poly (p-styrene sulfonic acid).
Known additives such as dispersants other than the conductive auxiliary agent and the binder can be adopted.
集電体は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子高伝導体をいう。集電体としては、銀、銅、金、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。 A current collector is a chemically inert electronic high conductor that keeps current flowing through the electrodes during the discharge or charging of a lithium ion secondary battery. As a current collector, at least one selected from silver, copper, gold, aluminum, magnesium, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin, indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and stainless steel. Metallic materials such as can be exemplified.
集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。
また、集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。
The current collector may be covered with a known protective layer. A current collector whose surface is treated by a known method may be used as the current collector.
Further, the current collector can take the form of a foil, a sheet, a film, a linear shape, a rod shape, a mesh or the like. Therefore, as the current collector, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, or a stainless steel foil can be preferably used.
集電体の表面に活物質層を形成するには、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いて、集電体の表面に活物質を有する電極合材を塗布すればよい。具体的には、活物質、溶剤、並びに必要に応じて結着剤及び導電助剤を混合してスラリー状の電極合材とし、当該スラリー状の電極合材を集電体の表面に塗布後、乾燥する。溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトン、水を例示できる。電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮しても良い。
なお、本発明のリチウムイオン二次電池が複数の負極を有する場合、少なくとも一つの負極が本発明のリチウム負極複合体又はリチウムドープ負極であれば良い。つまり本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明のリチウム負極複合体又はリチウムドープ負極以外の負極を有しても良い。当該負極は、集電体の片面にだけ負極活物質層を有するものであっても良いし、更にはリチウムドープされたものでなくても良い。
To form an active material layer on the surface of the current collector, a conventionally known method such as a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method is used to collect electricity. An electrode mixture having an active material may be applied to the surface of the body. Specifically, an active material, a solvent, and if necessary, a binder and a conductive auxiliary agent are mixed to form a slurry-like electrode mixture, and the slurry-like electrode mixture is applied to the surface of the current collector. ,dry. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, methyl isobutyl ketone, and water. In order to increase the electrode density, the dried one may be compressed.
When the lithium ion secondary battery of the present invention has a plurality of negative electrodes, at least one negative electrode may be the lithium negative electrode composite or the lithium-doped negative electrode of the present invention. That is, the lithium ion secondary battery of the present invention may have a negative electrode other than the lithium negative electrode composite or the lithium-doped negative electrode of the present invention. The negative electrode may have a negative electrode active material layer on only one side of the current collector, or may not be lithium-doped.
正極に用いる正極活物質については特に限定されず、リチウムイオン二次電池用の一般的な正極活物質を使用し得る。
リチウムイオン二次電池用の一般的な正極活物質としては、層状岩塩構造の一般式:LiaNibCocMndDeOf(0.2≦a≦2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Al、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3)で表されるリチウム複合金属酸化物、Li2MnO3を挙げることができる。また、正極活物質として、LiMn2O4等のスピネル構造の金属酸化物、スピネル構造の金属酸化物と層状化合物の混合物で構成される固溶体、LiMPO4、LiMVO4又はLi2MSiO4(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種から選択される)などで表されるポリアニオン系化合物を挙げることができる。さらに、正極活物質として、LiFePO4FなどのLiMPO4F(Mは遷移金属)で表されるタボライト系化合物、LiFeBO3などのLiMBO3(Mは遷移金属)で表されるボレート系化合物を挙げることができる。正極活物質として用いられるいずれの金属酸化物も上記の組成式を基本組成とすればよく、基本組成に含まれる金属元素を他の金属元素で置換したものも使用可能である。
The positive electrode active material used for the positive electrode is not particularly limited, and a general positive electrode active material for a lithium ion secondary battery can be used.
Common cathode active material for lithium ion secondary batteries, the general formula of the layered rock salt structure: Li a Ni b Co c Mn d D e O f (0.2 ≦ a ≦ 2, b + c + d + e = 1,0 ≦ e <1, D are W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Al, Nb, Mg, Ta, Ti, La, Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, It is represented by at least one element selected from Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P and V, 1.7 ≦ f ≦ 3). Lithium composite metal oxide, Li 2 MnO 3 can be mentioned. Further, as the positive electrode active material, a metal oxide having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 , a solid solution composed of a mixture of the metal oxide having a spinel structure and a layered compound, LiMPO 4 , LiMVO 4 or Li 2 MSiO 4 (in the formula). M is selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe) and the like. Furthermore, as the positive electrode active material, tavorite compound (the M a transition metal) LiMPO 4 F, such as LiFePO 4 F represented by, Limbo 3 such LiFeBO 3 (M is a transition metal) include borate-based compound represented by be able to. Any metal oxide used as the positive electrode active material may have the above composition formula as the basic composition, and those in which the metal element contained in the basic composition is replaced with another metal element can also be used.
上記した本発明のリチウム負極複合体又はリチウムドープ負極は、正極及び必要に応じて既知のセパレータとともに電池容器に入れ、電解液を注入してリチウムイオン二次電池とすれば良い。 The above-mentioned lithium negative electrode composite or lithium-doped negative electrode of the present invention may be placed in a battery container together with a positive electrode and, if necessary, a known separator, and an electrolytic solution may be injected to obtain a lithium ion secondary battery.
電解液は、有機溶媒と当該有機溶媒に溶解されたリチウム塩とを含む。
有機溶媒としては、環状エステル類、鎖状エステル類、エーテル類等が使用できる。環状エステル類としては、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、ガンマブチロラクトン、ビニレンカーボネート、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトンを例示できる。鎖状エステル類としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル等を例示できる。エーテル類としては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタンを例示できる。電解液には、これらの有機溶媒を単独で用いてもよいし、又は、複数を併用してもよい。
The electrolytic solution contains an organic solvent and a lithium salt dissolved in the organic solvent.
As the organic solvent, cyclic esters, chain esters, ethers and the like can be used. Examples of the cyclic esters include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, gamma-butyrolactone, vinylene carbonate, 2-methyl-gamma-butyrolactone, acetyl-gamma-butyrolactone, and gamma-valerolactone. Examples of the chain esters include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, ethylmethyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, acetic acid alkyl ester and the like. Examples of ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane and 1,2-dibutoxyethane. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more as the electrolytic solution.
リチウム塩としては、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(FSO2)2等を例示できる。 Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) 2, and the like.
電解液としては、エ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、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネートなどの有機溶媒に、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3などのリチウム塩を0.5mol/lから1.7mol/l程度の濃度で溶解させた溶液を例示できる。 As the electrolytic solution, lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , and LiCF 3 SO 3 are added to an organic solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, propylene carbonate, and dimethyl carbonate from 0.5 mol / l. An example is an example of a solution dissolved at a concentration of about 1.7 mol / l.
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。また、実施形態及び以下の実施例を含む本明細書に示した各構成要素は、それぞれ任意に抽出し組み合わせて実施することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments. As long as it does not deviate from the gist of the present invention, it can be carried out in various forms with modifications, improvements, etc. that can be made by those skilled in the art. In addition, each component shown in the present specification including the embodiment and the following examples can be arbitrarily extracted and combined.
以下に、試験例及び実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to test examples and examples. The present invention is not limited to these examples.
(試験例1)
プレス機から積層体に作用させる面圧の最適な大きさを明らかにするため、以下の試験を行った。
先ず、後述する実施例1で用いた積層体と同じ積層体を準備した。当該積層体は、負極用集電体の2面に各々負極活物質層が形成された負極と、2つの負極活物質層上に各々積層されたリチウム板と、2つのリチウム板上に各々形成された剥離層と、2つの剥離層上に各々重ねられた板材と、で構成されたものである。当該積層体は、負極の負極活物質層上にリチウム板が配置されたものである、ともいい得る。
(Test Example 1)
The following tests were conducted to clarify the optimum magnitude of the surface pressure applied to the laminate from the press machine.
First, the same laminated body as the laminated body used in Example 1 described later was prepared. The laminate is formed on a negative electrode having negative electrode active material layers formed on two surfaces of a current collector for negative electrodes, a lithium plate laminated on each of the two negative electrode active material layers, and two lithium plates, respectively. It is composed of a peeled layer and a plate material laminated on each of the two peeled layers. It can also be said that the laminated body has a lithium plate arranged on the negative electrode active material layer of the negative electrode.
同じ積層体を3枚準備し、ロールプレス機を用いてこの積層体をプレスした。積層体の厚さは120μm程度であり、積層体をプレスするロールプレス機は、2つのロールの距離が70μm、100μm又は140μmとなるよう設定した。ロール間の距離70μmでロールプレスした積層体を積層体Aとし、ロール間の距離100μmでロールプレスした積層体を積層体Bとし、ロール間の距離140μmでロールプレスした積層体を積層体Cとした。積層体A〜積層体Cについて、プレス後直ぐに板材を剥がし、各々直流抵抗を測定した。また、積層体A〜積層体Cをプレス後直ぐに板材を剥がして室温で放置し、経時的に外観の変化を観測した。目視にて、積層体の表面に金属光沢が確認されなくなった時点をドープ完了時と判断した。
結果を表1に示す。
Three of the same laminates were prepared, and the laminates were pressed using a roll press machine. The thickness of the laminated body is about 120 μm, and the roll press machine for pressing the laminated body is set so that the distance between the two rolls is 70 μm, 100 μm, or 140 μm. The laminate A is roll-pressed at a distance of 70 μm between rolls, the laminate B is roll-pressed at a distance of 100 μm between rolls, and the laminate C is roll-pressed at a distance of 140 μm between rolls. did. For the laminated body A to the laminated body C, the plate material was peeled off immediately after pressing, and the DC resistance of each was measured. Moreover, the plate material was peeled off immediately after pressing the laminated body A to the laminated body C and left at room temperature, and the change in appearance was observed with time. The time when no metallic luster was visually confirmed on the surface of the laminated body was determined to be the time when the doping was completed.
The results are shown in Table 1.
表1に示すように、製造直後の積層体Aの直流抵抗は9.4mΩ、製造直後の積層体Bの直流抵抗は8.8mΩと低い値であったのに対し、製造直後の積層体Cの直流抵抗は88mΩと非常に高い値であった。積層体Cについては、ロールプレス時における2つのロール間の距離140μmが積層体の厚さ120μmよりやや大きいため、リチウム板が負極に充分に圧着されていなかったと考えられる。そして、リチウム板が負極に充分に圧着されていないことから、両者の間に隙間が生じ、これが抵抗成分となって直流抵抗値が大きい値となったと考えられる。更に、積層体Cについては、リチウム板が負極に充分に圧着されていないために、直接的ドープ法によるリチウムのドープが充分に進行せず、ドープ開始後24時間が経過しても、リチウムのドープが完了しなかったと考えられる。
この結果から、プレス後の積層体つまりリチウム負極複合体の直流抵抗が88mΩ以上であれば、当該リチウム負極複合体は直接的ドープ法に好適とは言い難いことがわかる。更に、上記の結果を基にすると、直流抵抗が10mΩ以下のリチウム負極複合体であれば、直接的ドープ法に特に好適だと考えられる。
As shown in Table 1, the DC resistance of the laminate A immediately after production was 9.4 mΩ, and the DC resistance of the laminate B immediately after production was as low as 8.8 mΩ, whereas the DC resistance of the laminate C immediately after production was as low as 8.8 mΩ. The DC resistance of was 88 mΩ, which was a very high value. Regarding the laminated body C, since the distance of 140 μm between the two rolls at the time of roll pressing is slightly larger than the thickness of the laminated body of 120 μm, it is considered that the lithium plate was not sufficiently pressure-bonded to the negative electrode. Since the lithium plate is not sufficiently crimped to the negative electrode, it is considered that a gap is formed between the two, which becomes a resistance component and the DC resistance value becomes a large value. Further, in the laminated body C, since the lithium plate is not sufficiently pressure-bonded to the negative electrode, the lithium doping by the direct doping method does not proceed sufficiently, and even if 24 hours have passed after the start of the doping, the lithium It is probable that the dope was not completed.
From this result, it can be seen that if the DC resistance of the laminated body after pressing, that is, the lithium negative electrode complex is 88 mΩ or more, it is difficult to say that the lithium negative electrode complex is suitable for the direct doping method. Further, based on the above results, a lithium negative electrode complex having a DC resistance of 10 mΩ or less is considered to be particularly suitable for the direct doping method.
(試験例2)
後述する実施例1で用いたプレス機により、上記の試験例1で用いたものと同じ積層体を0.5kN/cm2、1.0kN/cm2、1.5kN/cm2、5.00kN/cm2の各面圧でプレスした。当該プレスにより得られた各リチウム負極複合体から板材を剥がし、製造直後の各リチウム負極複合体の直流抵抗を測定した。更に、同じ積層体を面圧1.25kN/cm2で3回プレスし、同様にリチウム負極複合体の直流抵抗を測定した。結果を表2に示す。
(Test Example 2)
By the press machine used in Example 1 described later, the same laminate as that used in Test Example 1 above was obtained at 0.5 kN / cm 2 , 1.0 kN / cm 2 , 1.5 kN / cm 2 , and 5.00 kN. Pressed at each surface pressure of / cm 2. The plate material was peeled off from each lithium negative electrode composite obtained by the press, and the DC resistance of each lithium negative electrode complex immediately after production was measured. Further, the same laminate was pressed three times at a surface pressure of 1.25 kN / cm 2 , and the DC resistance of the lithium negative electrode complex was measured in the same manner. The results are shown in Table 2.
表2に示すように、積層体を面圧1.5kN/cm2以下でプレスした場合、得られたリチウム負極複合体の直流抵抗は何れも10mΩを超えていた。1.25kN/cm2程度の小さい面圧であっても複数回プレスを行えば、直流抵抗10mΩ以下のリチウム負極複合体を得ることはできるが、この場合、製造工数が過大であり、リチウム負極複合体を効率良く製造し難い問題がある。
これに対して、積層体を面圧5.0kN/cm2でプレスした場合には、一度のプレスで直流抵抗10mΩ以下のリチウム負極複合体が得られた。表2に示す結果を勘案すると、面圧0.5〜1.5kN/cm2の範囲でリチウム負極複合体の直流抵抗とプレス時の面圧との関係は線形関係となり、面圧2.6kN/cm2において当該線形関係は終了し、それ以上面圧が増大しても直流抵抗は一定のままであると考えられる。このことから、プレス時の面圧が2.6kN/cm2以上であれば一度のプレスで直流抵抗10mΩ以下のリチウム負極複合体が得られると推測される。更に、より確実に、一度のプレスで直流抵抗10mΩ以下のリチウム負極複合体を得るためには、プレス時の面圧を5.0kN/cm2以上とするのが好ましいことがわかる。以下の実施例では、プレス時の面圧を20kN/cm2とした。
As shown in Table 2, when the laminate was pressed at a surface pressure of 1.5 kN / cm 2 or less, the DC resistance of each of the obtained lithium negative electrode complexes exceeded 10 mΩ. Even with a small surface pressure of about 1.25 kN / cm 2, a lithium negative electrode complex with a DC resistance of 10 mΩ or less can be obtained by pressing multiple times, but in this case, the manufacturing man-hours are excessive and the lithium negative electrode is used. There is a problem that it is difficult to efficiently manufacture the complex.
On the other hand, when the laminated body was pressed at a surface pressure of 5.0 kN / cm 2 , a lithium negative electrode composite having a DC resistance of 10 mΩ or less was obtained by one press. Considering the results shown in Table 2, the relationship between the DC resistance of the lithium negative electrode composite and the surface pressure during pressing is linear in the range of surface pressure 0.5 to 1.5 kN / cm 2, and the surface pressure is 2.6 kN. It is considered that the linear relationship ends at / cm 2 and the DC resistance remains constant even if the surface pressure increases further. From this, it is presumed that if the surface pressure at the time of pressing is 2.6 kN / cm 2 or more, a lithium negative electrode composite having a DC resistance of 10 mΩ or less can be obtained by one press. Further, it can be seen that in order to more reliably obtain a lithium negative electrode complex having a DC resistance of 10 mΩ or less in one press, it is preferable to set the surface pressure at the time of pressing to 5.0 kN / cm 2 or more. In the following examples, the surface pressure during pressing was set to 20 kN / cm 2 .
(実施例1)
(リチウム負極複合体の製造)
実施例1のリチウム負極複合体の製造装置を用いる実施例1のリチウム負極複合体の製造方法を模式的に表す説明図を図1に示し、図1におけるX部分の要部拡大図を図2に示す。実施例1のリチウム負極複合体の製造方法で得られる実施例1のリチウム負極複合体を模式的に表す説明図を図3に示す。以下、上、下とは、図1に示す上、下を指す。
(Example 1)
(Manufacturing of lithium negative electrode complex)
FIG. 1 shows an explanatory diagram schematically showing a method for manufacturing the lithium negative electrode complex of Example 1 using the apparatus for manufacturing the lithium negative electrode complex of Example 1, and FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the X portion in FIG. Shown in. FIG. 3 shows an explanatory diagram schematically showing the lithium negative electrode complex of Example 1 obtained by the method for producing the lithium negative electrode complex of Example 1. Hereinafter, the terms "upper" and "lower" refer to the upper and lower parts shown in FIG.
図1に示すプレス装置1は、実施例1のリチウム負極複合体を製造し得るプレス装置の一例である。図1に示すように、プレス装置1は、フレーム2、プレス部3、及び駆動部4を備える。
The press device 1 shown in FIG. 1 is an example of a press device capable of producing the lithium negative electrode composite of Example 1. As shown in FIG. 1, the press device 1 includes a
フレーム2は、上下に離れて対向する下側テーブル21及び上側テーブル22と、下側テーブル21及び上側テーブル22を連結する支持部23と、を有する。下側テーブル21は略平板状をなし、上側テーブル22は貫通孔22oを有する。
The
駆動部4は、駆動装置41とロッド42とを有する。駆動装置41はフレーム2に一体化されている。ロッド42は細長い柱状をなし、貫通孔22oに挿通されている。ロッド42の一端は駆動装置41に保持されている。ロッド42の他端は上側テーブル22と下側テーブル21との間で、後述する第1プレス型31を保持している。なお、実施例1では、駆動装置41として油圧シリンダ装置を用いた。駆動装置41は、ロッド42を上下に往復動させ得る。
The drive unit 4 has a
プレス部3は、第1プレス型31及び第2プレス型32で構成されている。第1プレス型31及び第2プレス型32は、略平板状をなし、上下に対向するよう配置されている。第1プレス型31は、第1プレス面31pを下に向けてロッド42に保持されている。第2プレス型32は、第2プレス面32pを上に向けて下側テーブル21に保持されている。駆動装置41によってロッド42を上下に往復動させると、ロッド42に保持されている第1プレス型31もまた上下に往復動する。第1プレス型31が下方に移動すると、第1プレス型31の第1プレス面31pと第2プレス型32の第2プレス面32pとが近接する。第1プレス型31が上方に移動すると、第1プレス型31の第1プレス面31pと第2プレス型32の第2プレス面32pとが離れる。プレス装置1において、第1プレス型31は可動型であり、第2プレス型32は固定型であるといえる。
The press unit 3 is composed of a
実施例1のリチウム負極複合体の製造方法を以下に説明する。 The method for producing the lithium negative electrode complex of Example 1 will be described below.
実施例1のリチウム負極複合体の製造方法は、負極形成工程、リチウム板材複合体形成工程、及びプレス工程を有する。 The method for producing a lithium negative electrode composite of Example 1 includes a negative electrode forming step, a lithium plate material composite forming step, and a pressing step.
<負極形成工程>
<シリコン材料の製造>
1質量%のフッ化水素を含有する濃塩酸を準備し、0℃の氷浴下、20mlの当該濃塩酸に5gのCaSi2を加えて1時間攪拌し、その後水を加えて更に5分間攪拌して反応液を得た。当該反応液を濾過して得られた黄色の固形分を、水及びエタノールで洗浄し、これを減圧乾燥することにより、層状ポリシランを得た。この層状ポリシランを、アルゴン雰囲気下、500℃で加熱することにより、ポリシランから水素が離脱したシリコン材料を得た。
当該シリコン材料をSi含有負極活物質として用い、以下の方法で負極90を製造した。
<Negative electrode forming process>
<Manufacturing of silicon material>
Prepare concentrated hydrochloric acid containing 1% by mass of hydrogen fluoride, add 5 g of CaSi 2 to 20 ml of the concentrated hydrochloric acid in an ice bath at 0 ° C., stir for 1 hour, then add water and stir for another 5 minutes. The reaction solution was obtained. The yellow solid content obtained by filtering the reaction solution was washed with water and ethanol, and dried under reduced pressure to obtain layered polysilane. This layered polysilane was heated at 500 ° C. under an argon atmosphere to obtain a silicon material in which hydrogen was removed from the polysilane.
Using the silicon material as a Si-containing negative electrode active material, the
<負極の製造>
Si含有負極活物質として上記のシリコン材料を70質量部、その他の負極活物質として天然黒鉛を15質量部、導電助剤としてアセチレンブラック5質量部、及び結着剤としてポリアミドイミド15質量部を混合するとともに、この混合物に適量のN−メチル−2−ピロリドンを加えてスラリー状の負極合材を得た。負極用集電体91として、25μmの電解銅箔を準備し、ドクターブレードを用いて当該負極用集電体91の両面に各々負極合材を塗布し、負極合材を材料とする負極合材層と、負極用集電体91と、を有する負極前駆体を得た。この負極前駆体を乾燥させ、負極合材中のN−メチル−2−ピロリドンを揮発させた。乾燥後の負極前駆体を、図略のロールプレス装置により、負極合材層の厚さが70μmとなるように圧延した。なお、この圧延によって、負極合材層と負極用集電体91とが強固に一体化した。このときの負極合材層の密度は1.2g/cm3であった。
<Manufacturing of negative electrode>
70 parts by mass of the above silicon material as the Si-containing negative electrode active material, 15 parts by mass of natural graphite as the other negative electrode active material, 5 parts by mass of acetylene black as the conductive auxiliary agent, and 15 parts by mass of the polyamide-imide as the binder. At the same time, an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone was added to this mixture to obtain a slurry-like negative electrode mixture. A 25 μm electrolytic copper foil is prepared as the negative electrode current collector 91, and a negative electrode mixture is applied to both sides of the negative electrode current collector 91 using a doctor blade, and the negative electrode mixture is used as the negative electrode mixture. A negative electrode precursor having a layer and a current collector 91 for a negative electrode was obtained. The negative electrode precursor was dried to volatilize N-methyl-2-pyrrolidone in the negative electrode mixture. The dried negative electrode precursor was rolled by a roll press device (not shown) so that the thickness of the negative electrode mixture layer was 70 μm. By this rolling, the negative electrode mixture layer and the negative electrode current collector 91 were firmly integrated. The density of the negative electrode mixture layer at this time was 1.2 g / cm 3 .
圧延後の負極前駆体を更に減圧下にて200℃で2時間加熱して、負極用集電体91と、負極用集電体91の一方の面に形成されている第1負極活物質層92と、負極用集電体91の他方の面に形成されている第2負極活物質層93と、を有する負極90を得た(図2参照)。当該負極90において、第1負極活物質層92及び第2負極活物質層93の厚さは、各々63〜100μm程度であった。負極用集電体91の厚さは25μm程度であった。当該負極90を所定の形状に裁断したものを、後述するプレス工程に用いた。
The rolled negative electrode precursor is further heated at 200 ° C. for 2 hours under reduced pressure to form a first negative electrode active material layer formed on one surface of the negative electrode current collector 91 and the negative electrode current collector 91. A
(リチウム板材複合体形成工程)
実施例1の製造方法では、板材60と剥離層61との複合体として、リンテック株式会社製、厚さ約25μmのフィルムを用いた。当該板材60は、ポリエチレンテレフタレート製の樹脂フィルムであり、剥離層61はシリコーン層である。剥離層61は板材60上に形成されている。剥離層61の原料は、付加硬化型のシリコーン粘着剤であるKS−847H(信越化学工業株式会社製)を固形分換算で30質量部、同じく付加硬化型のシリコーン粘着剤であるSD4584(東レ・ダウコ−ニング株式会社製)を固形分換算で18質量部、及び白金触媒であるPL−50T(信越化学工業株式会社製)を1.6質量部に、溶剤としてのトルエンを加えて、固形分濃度を約30質量%としたものである。当該剥離層61の原料を、上記した板材60上に塗布し、130℃で2分間加熱し硬化させるとともに溶剤を揮発させることで、剥離層61を形成した。剥離層61の厚さは0.05μm、板材60の厚さは25μmである。更に、剥離層61上に厚さ100μmのリチウム板62を重ねて、リチウム板材複合体6を得た(図2参照)。当該リチウム板材複合体6を所定の形状に裁断したものを、以下のプレス工程に用いた。
(Lithium plate composite formation process)
In the production method of Example 1, a film manufactured by Lintec Corporation and having a thickness of about 25 μm was used as a composite of the
(プレス工程)
図1及び図2に示すように、プレス工程には、負極90及びリチウム板材複合体6を用いた。
負極90の第1負極活物質層92及び第2負極活物質層93に各々リチウム板材複合体6を重ねて、2枚のリチウム板材複合体6で負極90を挟んだ積層体95を得た。当該積層体95において、各リチウム板材複合体6のリチウム板62は各々負極90上に配置された。
(Press process)
As shown in FIGS. 1 and 2, a
A
駆動装置41を作動させ第1プレス型31及び第2プレス型32を離して、第1プレス面31pと第2プレス面32pとの間に上記の積層体95を配置した。そして、駆動装置41を作動させ第1プレス型31及び第2プレス型32を近接させることで、積層体95をその厚さ方向にプレスした。このとき積層体95には、第1プレス面31p及び第2プレス面32pによる面圧が作用し、第1負極活物質層92及び第2負極活物質層93は各々リチウム板62と密着した。このときプレス装置1により積層体95に作用するプレス圧は、面圧20kN/cm2であり、プレス後のリチウム板62の厚さは25μmであった。つまり、プレス工程においてリチウム板62は圧縮率75%になるまで圧縮され延び変形した。参考までに、プレス後の負極用集電体91の厚さはプレス前と同じ25μmであった。プレス後の第1負極活物質層92及び第2負極活物質層93の厚さは、プレス前と同じ63〜100μm程度であった。
The
上記のプレスを行った後に、駆動装置41を作動させ、第1プレス型31及び第2プレス型32を再度離した。そして、第1プレス面31pと第2プレス面32pとの間からプレス後の積層体95、つまり、実施例1のリチウム負極複合体96を取り出した。以上の工程で、実施例1のリチウム負極複合体96を得た。
After performing the above press, the
(実施例2)
板材の表面にダイヤモンドライクカーボン層が形成された複合体を準備した。この複合体におけるダイヤモンドライクカーボン層を剥離層とした。実施例1と同様に、当該剥離層上にリチウム板を重ねてリチウム板材複合体とし、当該リチウム板材複合体を負極の負極活物質層に重ねて、厚さ120μmの積層体を得た。当該積層体に実施例1と同様のプレス工程を行い、実施例2のリチウム負極複合体を製造した。
(Example 2)
A complex having a diamond-like carbon layer formed on the surface of the plate was prepared. The diamond-like carbon layer in this complex was used as a release layer. In the same manner as in Example 1, a lithium plate was laminated on the peeling layer to form a lithium plate composite, and the lithium plate composite was laminated on the negative electrode active material layer of the negative electrode to obtain a laminated body having a thickness of 120 μm. The same pressing process as in Example 1 was performed on the laminate to produce the lithium negative electrode composite of Example 2.
(比較例1)
ロールプレス機を用い、実施例1で用いたものと同じ積層体を、線圧20kN/cmとなる荷重でロールプレスし、比較例1のリチウム負極複合体を製造した。
(Comparative Example 1)
Using a roll press machine, the same laminate as that used in Example 1 was roll-pressed with a load having a linear pressure of 20 kN / cm to produce a lithium negative electrode complex of Comparative Example 1.
(評価 外観評価)
製造直後の実施例1のリチウム負極複合体96(図3参照)の2表面から、各々板材60を剥がし取った。板材60を剥がし取った後の実施例1のリチウム負極複合体96を目視し、第1負極活物質層92、第1負極活物質層92上のリチウム層62、第2負極活物質層93、及び第2負極活物質層93上のリチウム層62に破損があるか否かを評価した。
実施例2のリチウム負極複合体及び比較例1のリチウム負極複合体についても同様に、目視にて外観の評価を行った。
(Evaluation Appearance evaluation)
The
Similarly, the appearance of the lithium negative electrode complex of Example 2 and the lithium negative electrode complex of Comparative Example 1 was visually evaluated.
実施例1のリチウム負極複合体及び実施例2のリチウム負極複合体については、上記の破損は認められなかった。これに対して、比較例1のリチウム負極複合体については、負極活物質層92、93に大きな破断が数多く生じていた。
この結果から、積層体に面圧を作用させた実施例1及び実施例2の製造方法によると、積層体に線圧を作用させた比較例1の製造方法とは異なり、負極活物質層に破損のないリチウム負極複合体を製造し得るということができる。
また、この結果から、シリコーン系剥離剤を用いた実施例1の製造方法、及び、炭素系剥離剤を用いた実施例2の製造方法の何れによっても、リチウム層及び負極活物質層に破損のないリチウム負極複合体を得ることができるといえる。
The above-mentioned damage was not observed in the lithium negative electrode complex of Example 1 and the lithium negative electrode complex of Example 2. On the other hand, in the lithium negative electrode complex of Comparative Example 1, many large breaks occurred in the negative electrode active material layers 92 and 93.
From this result, according to the manufacturing methods of Examples 1 and 2 in which the surface pressure was applied to the laminated body, unlike the manufacturing method of Comparative Example 1 in which the linear pressure was applied to the laminated body, the negative electrode active material layer was used. It can be said that a damage-free lithium negative electrode composite can be manufactured.
Further, from this result, the lithium layer and the negative electrode active material layer were damaged by either the manufacturing method of Example 1 using the silicone-based stripping agent and the manufacturing method of Example 2 using the carbon-based stripping agent. It can be said that a non-lithium negative electrode composite can be obtained.
なお、様々な大きさの面圧で積層体をプレスして得られた様々なリチウム負極複合体についても、同様の外観評価を行った。
具体的には、実施例1と同様のシリコーン系剥離剤を用いた積層体、及び、実施例2と同様の炭素系剥離剤を用いた積層体をそれぞれ複数準備し、各積層体を1〜30kN/cm2の範囲の様々な面圧でプレスした。得られた各リチウム負極複合体について、上記と同様の外観評価を行ったところ、何れの場合にも、リチウム層及び負極活物質層に破損は認められなかった。この結果から、プレス時の面圧を30kN/cm2以下とすることで、リチウム層及び負極活物質層に破損のないリチウム負極複合体を製造し得るといえる。
Similar appearance evaluations were also performed on various lithium negative electrode complexes obtained by pressing the laminates with surface pressures of various sizes.
Specifically, a plurality of laminates using the same silicone-based release agent as in Example 1 and a plurality of laminates using the same carbon-based release agent as in Example 2 are prepared, and each laminate is prepared from 1 to 1. Pressed at various surface pressures in the range of 30 kN / cm 2. When the appearance evaluation of each of the obtained lithium negative electrode complexes was carried out in the same manner as described above, no damage was observed in the lithium layer and the negative electrode active material layer in any case. From this result, it can be said that a lithium negative electrode complex in which the lithium layer and the negative electrode active material layer are not damaged can be produced by setting the surface pressure at the time of pressing to 30 kN / cm 2 or less.
(試験例3)
負極活物質層の破損を生じない条件下で、比較例1の製造方法に倣いロールプレス機により積層体をロールプレスすることで、リチウム負極複合体を得た。当該リチウム負極複合体を、電解液と接触させた場合、電解液に接触させずそのまま放置しておいた場合、及び、電解質を含まない有機溶媒に接触させた場合、につき、それぞれ、リチウムドープの程度について評価した。電解液としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比1:1で混合した混合溶媒に、LiPF6を1Mの濃度で溶解させたものを用いた。この電解液に用いた有機溶媒を、有機溶媒として用いた。
電解液に接触させずそのまま放置したリチウム負極複合体を試験例3−1とし、電解液に接触させたリチウム負極複合体を試験例3−2とし、有機溶媒に接触させたリチウム負極複合体を試験例3−3として、各リチウム負極複合体につき、リチウム層の厚さの経時変化を測定した。なお、試験後のリチウム負極複合体は、リチウムがドープされたものであるため、リチウムドープ負極ともいえる。
試験例3−1及び試験例3−2につき、結果を表3に示す。
(Test Example 3)
A lithium negative electrode complex was obtained by roll-pressing the laminate with a roll press machine according to the manufacturing method of Comparative Example 1 under the condition that the negative electrode active material layer was not damaged. When the lithium negative electrode complex is brought into contact with the electrolytic solution, when it is left as it is without being brought into contact with the electrolytic solution, and when it is brought into contact with an organic solvent containing no electrolyte, the lithium-doped compound is used. The degree was evaluated. As the electrolytic solution, one in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 M in a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1 was used. The organic solvent used for this electrolytic solution was used as the organic solvent.
The lithium negative electrode composite left as it was without contacting the electrolytic solution was designated as Test Example 3-1 and the lithium negative electrode composite contacted with the electrolytic solution was designated as Test Example 3-2, and the lithium negative electrode composite contacted with the organic solvent was designated. As Test Example 3-3, the change over time in the thickness of the lithium layer was measured for each lithium negative electrode composite. Since the lithium negative electrode complex after the test is lithium-doped, it can be said to be a lithium-doped negative electrode.
The results of Test Example 3-1 and Test Example 3-2 are shown in Table 3.
表3に示すように、電解液に接触させず放置した試験例3−1のリチウム負極複合体においては、リチウム層の減少速度が非常に遅く、試験開始から48時間後に漸くリチウム層が消失した。これに対して、電解液に接触させた試験例3−2のリチウム負極複合体においてはリチウム層の減少速度が非常に速く、試験開始の3時間後にはリチウム層が消失した。消失したリチウム層は、負極活物質層にドープされたものと考えられるため、この結果から、電解液の存在下ではリチウムドープが迅速に進行するといえる。また、電解液の非存在下においても非常に緩やかではあるがリチウムドープが進行するといえる。 As shown in Table 3, in the lithium negative electrode complex of Test Example 3-1 left without contact with the electrolytic solution, the rate of decrease of the lithium layer was very slow, and the lithium layer gradually disappeared 48 hours after the start of the test. .. On the other hand, in the lithium negative electrode complex of Test Example 3-2 in contact with the electrolytic solution, the rate of decrease of the lithium layer was very fast, and the lithium layer disappeared 3 hours after the start of the test. Since the lost lithium layer is considered to have been doped into the negative electrode active material layer, it can be said from this result that the lithium doping proceeds rapidly in the presence of the electrolytic solution. Further, it can be said that lithium doping proceeds even in the absence of the electrolytic solution, albeit very slowly.
これに対して、試験例3−3のリチウム負極複合体においては、電解液に接触させず放置した試験例3−1のリチウム負極複合体と同様に、試験開始から48時間後に漸くリチウム層が消失した。この結果から、リチウムのドープは電解液中のリチウムイオンを介して進行することが示唆される。 On the other hand, in the lithium negative electrode complex of Test Example 3-3, the lithium layer was gradually formed 48 hours after the start of the test, as in the case of the lithium negative electrode complex of Test Example 3-1 which was left uncontacted with the electrolytic solution. Disappeared. This result suggests that lithium doping proceeds via lithium ions in the electrolytic solution.
1:プレス装置 2:フレーム
21:下側テーブル 22:上側テーブル
23:支持部 22o:貫通孔
3:プレス部 31:第1プレス型
32:第2プレス型 31p:第1プレス面
32p:第2プレス面 4:駆動部
41:駆動装置 42:ロッド
6:リチウム板材複合体 60:板材
61:剥離層 62:リチウム板
90:負極 91:負極用集電体
92:第1負極活物質層 93:第2負極活物質層
95:積層体 96:リチウム負極複合体
1: Press device 2: Frame 21: Lower table 22: Upper table 23: Support portion 22o: Through hole 3: Press portion 31: First press mold 32:
Claims (7)
前記負極上にリチウム板を配置した積層体に対し、プレス機を用いて、前記負極と前記リチウム板とが密着する方向に面圧を作用させる、プレス工程を有し、
前記リチウム板の厚さは25μm以上であるか、及び/又は、前記プレス工程において、単位面積当たりの前記積層体に作用する荷重は5kN/cm 2 以上30kN/cm 2 以下であり、
前記プレス工程において、前記プレス機と前記リチウム板との間に板材を介在させるとともに、前記リチウム板と前記板材との間に剥離剤を介在させる、リチウム負極複合体の製造方法。 A method for producing a lithium negative electrode composite having a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector and the current collector, and a lithium layer formed on the negative electrode active material layer. There,
It has a pressing process in which a surface pressure is applied to a laminate in which a lithium plate is arranged on the negative electrode in a direction in which the negative electrode and the lithium plate are in close contact with each other by using a press machine.
Or the thickness of the lithium plate is 25μm or more, and / or, in the pressing step, the load acting on the laminate per unit area is at 5 kN / cm 2 or more 30 kN / cm 2 or less,
A method for producing a lithium negative electrode composite, in which a plate material is interposed between the press machine and the lithium plate and a release agent is interposed between the lithium plate and the plate material in the pressing step.
前記負極上にリチウム板を配置した積層体に対し、プレス機を用いて、前記負極と前記リチウム板とが密着する方向に面圧を作用させる、プレス工程を有し、
前記プレス工程において、前記プレス機と前記リチウム板との間に板材を介在させるとともに、前記リチウム板と前記板材との間に剥離剤を介在させる、リチウム負極複合体の製造方法で得られた前記リチウム負極複合体を、前記板材を重ねたままで有機溶媒とリチウム塩とを含む電解液に接触させてリチウムドープ負極を得るドープ工程を有する、リチウムドープ負極の製造方法。 A method for producing a lithium negative electrode composite having a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector and the current collector, and a lithium layer formed on the negative electrode active material layer. There,
It has a pressing process in which a surface pressure is applied to a laminate in which a lithium plate is arranged on the negative electrode in a direction in which the negative electrode and the lithium plate are in close contact with each other by using a press machine.
The above obtained by the method for producing a lithium negative electrode composite, in which a plate material is interposed between the press machine and the lithium plate and a release agent is interposed between the lithium plate and the plate material in the pressing step. A method for manufacturing a lithium-doped negative electrode, comprising a doping step of contacting a lithium negative electrode composite with an electrolytic solution containing an organic solvent and a lithium salt while the plate materials are stacked to obtain a lithium-doped negative electrode.
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