JP7410074B2 - Method for manufacturing electrodes for secondary batteries - Google Patents
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Description
本発明は二次電池用電極の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electrode for a secondary battery.
リチウムイオン二次電池等の二次電池に用いられる電極は、導電性を有する集電箔(集電体)と、集電箔上に保持された活物質や結着剤を含む合材層と、を備えている。このような二次電池では、合材層中に十分な導電パスを形成するために、導電材が用いられる場合がある。例えば、導電材としては、炭素材料が好適に用いられる。活物質、結着剤、及び導電材等の電極材料は、適当な溶媒を含んだ液状又は流動体状であるスラリー、又は湿潤状態である造粒体の形態で集電箔上に塗工され、これを乾燥することにより集電箔上に合材層を形成することができる。 Electrodes used in secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are made of a conductive current collector foil (current collector) and a composite material layer containing an active material and a binder held on the current collector foil. , is equipped with. In such a secondary battery, a conductive material may be used in order to form a sufficient conductive path in the composite material layer. For example, a carbon material is preferably used as the conductive material. The electrode materials such as the active material, the binder, and the conductive material are coated on the current collector foil in the form of a liquid or fluid slurry containing an appropriate solvent, or a wet granule. By drying this, a composite material layer can be formed on the current collector foil.
特に、高出力性能を要する二次電池では、微細化された活物質は、一次粒子が凝集しやすく、容易に二次粒子を形成する。そのため、合材層中におけるイオン拡散抵抗の増加を抑制するためには、活物質が一次粒子の形態で良好に分散することが望ましい。また、導電材として凝集力の高い炭素材料を用いる場合は、合材層中において導電材を適度に分散させることにより良好な導電パスを形成し、電極の導電性を向上することができる。このように、合材層中における電極材料の分散状態は、電池性能に影響を与え得る。 In particular, in secondary batteries that require high output performance, primary particles of a finely divided active material tend to aggregate and easily form secondary particles. Therefore, in order to suppress the increase in ion diffusion resistance in the composite material layer, it is desirable that the active material is well dispersed in the form of primary particles. Furthermore, when a carbon material with high cohesive force is used as the conductive material, by appropriately dispersing the conductive material in the composite material layer, a good conductive path can be formed and the conductivity of the electrode can be improved. In this way, the state of dispersion of the electrode material in the composite material layer can affect battery performance.
特許文献1には、カーボンナノ粒子及び分散媒を混合して第1混合物を得る工程S1と、第1混合物及びカーボンブラック粒子を混合して第2混合物を得る工程S2と、第2混合物及び活物質粒子を混ぜ、せん断応力τ=200N/m2以上で固練りして第3混合物を得る工程S3と、湿潤粒子の粒子集合体を形成する工程S4と、未乾燥活物質膜を集電箔上に形成する工程S5と、未乾燥活物質膜を乾燥させて活物質層を形成する工程S6とを備える電極板の製造方法が開示されている。 Patent Document 1 describes a step S1 of mixing carbon nanoparticles and a dispersion medium to obtain a first mixture, a step S2 of mixing the first mixture and carbon black particles to obtain a second mixture, and a step S2 of mixing the first mixture and carbon black particles to obtain a second mixture. Step S3 of mixing the material particles and kneading them at a shear stress τ = 200 N/m2 or more to obtain a third mixture; Step S4 of forming a particle aggregate of wet particles; A method for manufacturing an electrode plate is disclosed, which includes a step S5 of forming an active material layer on the active material layer, and a step S6 of drying the undried active material film to form an active material layer.
特許文献1では、電極板を形成するにあたり、電極材料を含む湿潤粒子の粒子集合体(造粒体)をロール対の間隙を通して圧延し、膜状(シート状)に成形したものを集電箔上に転写することにより、集電箔上に造粒体を成膜する塗工方法を用いている。この塗工方法に用いられる造粒体は、上記したスラリーと比較して少量の溶媒を用いて作製されるため、電極の乾燥時間が短縮されるというメリットがある。 In Patent Document 1, in forming an electrode plate, a particle aggregate (granule) of wet particles containing an electrode material is rolled through a gap between a pair of rolls and formed into a film (sheet), which is then used as a current collector foil. A coating method is used in which the granules are transferred onto the current collector foil to form a film. Since the granules used in this coating method are produced using a smaller amount of solvent than the above-described slurry, there is an advantage that the drying time of the electrode is shortened.
一方で、固形分率の高い造粒体を作製する際には、電極材料を均一に混合することが困難な場合がある。そのため、特許文献1では、分散媒を含んだ比較的高い固形分率を有する混合物に対して高いせん断応力を与えて電極材料を混合することにより、合材層中における電極材料の分散性を改善することが検討されている。しかしながら、このように高いせん断応力を与える方法では、生産性が低下するという問題があった。 On the other hand, when producing granules with a high solid content, it may be difficult to mix electrode materials uniformly. Therefore, in Patent Document 1, the dispersibility of the electrode material in the composite layer is improved by applying high shear stress to a mixture containing a dispersion medium and having a relatively high solid content and mixing the electrode material. It is being considered to do so. However, this method of applying high shear stress has a problem in that productivity decreases.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、生産性を確保しつつ、電極材料を良好に分散させることにより電池性能に優れた二次電池用電極の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made to solve these problems, and provides a method for manufacturing electrodes for secondary batteries that has excellent battery performance by dispersing electrode materials well while ensuring productivity. The purpose is to
一実施の形態にかかる二次電池用電極の製造方法は、磁性金属触媒を用いて合成され、磁性金属触媒を含む導電性の炭素材料に対して鉛直方向の下方に向かう磁場を印加しながら粉体状の活物質と混合して混合粉体を得るステップと、混合粉体に対して鉛直方向の下方に向かう磁場を印加しながら結着剤が溶媒中に溶解又は分散された結着剤液を滴下して造粒体を得るステップと、造粒体を圧延して集電箔上に合材層を形成するステップと、を有し、炭素材料のかさ密度は活物質のかさ密度より小さい。 A method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to one embodiment is a method for producing an electrode for a secondary battery, which is synthesized using a magnetic metal catalyst, and powdered while applying a vertically downward magnetic field to a conductive carbon material containing the magnetic metal catalyst. a binder liquid in which a binder is dissolved or dispersed in a solvent while applying a vertically downward magnetic field to the mixed powder; dropwise to obtain a granule, and rolling the granule to form a composite layer on the current collector foil, wherein the bulk density of the carbon material is smaller than the bulk density of the active material. .
本発明により、生産性を確保しつつ、電極材料を良好に分散させることにより電池性能に優れた二次電池用電極、及び二次電池用電極の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electrode for a secondary battery and a method for manufacturing the electrode for a secondary battery that have excellent battery performance by dispersing electrode materials well while ensuring productivity.
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
Embodiment 1
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. Further, in order to clarify the explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.
以下、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法の好適な実施形態の一つとして、リチウムイオン二次電池用電極の製造方法に具体化して説明する。リチウムイオン二次電池は、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正極(正極板)と負極(負極板)との間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池である。 Hereinafter, as one of the preferred embodiments of the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to the present embodiment, a method for manufacturing an electrode for a lithium ion secondary battery will be specifically described. A lithium ion secondary battery is a secondary battery that uses lithium ions as electrolyte ions and is charged and discharged by the transfer of charge associated with lithium ions between the positive electrode (positive electrode plate) and the negative electrode (negative electrode plate). .
まず、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法により製造される電極板の概略を説明する。電極板は、集電箔と、集電箔上に形成される合材層と、を有する。集電箔は、板状又は箔状に形成され、導電性の良好な金属により構成される。正極である場合、集電箔を構成する金属は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等が挙げられる。負極である場合、集電箔を構成する金属は、例えば、銅、銅合金、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等が挙げられる。 First, an outline of an electrode plate manufactured by the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to this embodiment will be explained. The electrode plate includes a current collector foil and a composite material layer formed on the current collector foil. The current collector foil is formed into a plate shape or a foil shape, and is made of a metal with good conductivity. In the case of a positive electrode, examples of the metal constituting the current collector foil include aluminum, aluminum alloy, nickel, titanium, stainless steel, and the like. In the case of a negative electrode, examples of the metal constituting the current collector foil include copper, copper alloy, nickel, titanium, stainless steel, and the like.
合材層は、幅方向の一方の縁に沿った縁部を除いて、集電箔の少なくとも一方の表面上に形成される。また、電極板は、集電箔の当該縁部に、合材層が形成されず集電箔が露出した露出部を有する。合材層は、活物質、導電材、及び結着剤を含み、集電箔に保持される。合材層は、その他に必要に応じて増粘剤等の添加剤を含んでも良い。 The composite material layer is formed on at least one surface of the current collector foil, except for the edge along one edge in the width direction. Further, the electrode plate has an exposed portion at the edge of the current collector foil where the composite material layer is not formed and the current collector foil is exposed. The composite material layer includes an active material, a conductive material, and a binder, and is held by the current collector foil. The composite material layer may also contain other additives such as a thickener, if necessary.
本実施形態では、固形分率が比較的高い湿潤状態の造粒体をロール対の間に通して圧延し、圧延された造粒体を集電箔上に転写することにより、集電箔上に造粒体を成膜する塗工方法を用いて電極板を形成する場合について説明する。造粒体とは、活物質、結着剤、導電剤、及び溶媒を含み、合材層を形成するための材料である。 In this embodiment, wet granules having a relatively high solids content are rolled between a pair of rolls, and the rolled granules are transferred onto the current collector foil. A case will be described in which an electrode plate is formed using a coating method in which granules are formed into a film. The granule is a material containing an active material, a binder, a conductive agent, and a solvent, and is used to form a composite material layer.
次に、図1を参照して本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法について説明する。図1は、実施の形態1にかかる二次電池用電極の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法は、正極及び負極の双方の電極に適用可能である。 Next, a method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to the first embodiment. The method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to this embodiment is applicable to both a positive electrode and a negative electrode.
図1に示すように、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法は、ステップS1~S3の工程を有する。ステップS1は、磁性金属触媒を用いて合成され、磁性金属触媒を含む導電性の炭素材料に対して鉛直方向の下方に向かう磁場を印加しながら粉体状の活物質と混合して混合粉体を得る粉体混合工程である。ステップS2は、混合粉体に対して鉛直方向の下方に向かう磁場を印加しながら結着剤が溶媒中に溶解又は分散された結着剤液を滴下して造粒体を得る造粒工程である。ステップS3は、造粒体を圧延して集電箔上に合材層を形成する合材層形成工程である。 As shown in FIG. 1, the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to this embodiment includes steps S1 to S3. Step S1 is a conductive carbon material that is synthesized using a magnetic metal catalyst and is mixed with a powdery active material while applying a vertically downward magnetic field to the conductive carbon material containing the magnetic metal catalyst to form a mixed powder. This is a powder mixing process to obtain Step S2 is a granulation step in which a binder liquid in which a binder is dissolved or dispersed in a solvent is dropped to obtain granules while applying a vertically downward magnetic field to the mixed powder. be. Step S3 is a composite material layer forming step of rolling the granules to form a composite material layer on the current collector foil.
なお、ステップS1及びS2において、撹拌に用いる撹拌装置は、同一の撹拌装置を用いてもよく、異なる撹拌装置を用いてもよい。生産性の観点からは、同一の撹拌装置を用いることが好ましい。 Note that in steps S1 and S2, the same stirring device may be used for stirring, or different stirring devices may be used for stirring. From the viewpoint of productivity, it is preferable to use the same stirring device.
撹拌を行うための撹拌装置は特に限定されない。撹拌装置は、例えば、容器と、回転する撹拌子(撹拌羽根及び解砕羽根)と、を有し、この撹拌子を回転することにより粉体を解砕・混合・造粒できるものであればよい。このような撹拌装置としては、プラネタリミキサ、フードプロセッサ、ホモミキサ、ヘンシェルミキサ、スーパーミキサ、プロペラ撹拌機、高速ミキサ等の機械式の撹拌装置が例示される。 The stirring device for stirring is not particularly limited. The stirring device may include, for example, a container and a rotating stirrer (stirring blades and crushing blades), and can crush, mix, and granulate powder by rotating the stirrer. good. Examples of such stirring devices include mechanical stirring devices such as a planetary mixer, a food processor, a homomixer, a Henschel mixer, a super mixer, a propeller stirrer, and a high-speed mixer.
上記の各工程について詳細に説明する。まず、ステップS1の粉体混合工程では、活物質と導電材である炭素材料とを均一に混合して混合物を得る。 Each of the above steps will be explained in detail. First, in the powder mixing step of step S1, an active material and a carbon material that is a conductive material are uniformly mixed to obtain a mixture.
[活物質]
正極に用いられる活物質は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な材料であり、リチウムイオン二次電池に用いられ得る活物質を特に制限なく用いることができる。活物質は、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム(NCA)、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(NCM)等を単独又はこれらを組み合わせて用いることができる。また、活物質には、他の金属元素が添加されていても良い。
[Active material]
The active material used in the positive electrode is a material capable of intercalating and deintercalating lithium ions, and any active material that can be used in lithium ion secondary batteries can be used without particular limitation. Examples of active materials include lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), lithium nickel cobalt aluminate (NCA), Nickel cobalt lithium manganate (NCM) and the like can be used alone or in combination. Further, other metal elements may be added to the active material.
負極に用いられる活物質は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な材料であり、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、活性炭等の炭素材料を用いることができる。 The active material used in the negative electrode is a material that can absorb and release lithium ions, and for example, carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, hard carbon, soft carbon, and activated carbon can be used.
活物質の一次粒子は、粒子状である。活物質の平均粒径(D50)は、例えば、0.1μm~50μmであり、造粒時の流動性の観点から、好ましくは1μm~20μmである。活物質の平均粒径(D50)は、例えば、レーザー回折散乱法による粒度分布測定の結果から求めることができる。そして、本実施形態では、活物質は、粉末の形態で導電材としての炭素材料と混合される。活物質のかさ密度は、例えば、0.5g/cm3~2.5g/cm3である The primary particles of the active material are particulate. The average particle diameter (D50) of the active material is, for example, 0.1 μm to 50 μm, and preferably 1 μm to 20 μm from the viewpoint of fluidity during granulation. The average particle diameter (D50) of the active material can be determined, for example, from the results of particle size distribution measurement using a laser diffraction scattering method. In this embodiment, the active material is mixed with a carbon material as a conductive material in powder form. The bulk density of the active material is, for example, 0.5 g/cm 3 to 2.5 g/cm 3
[導電材]
導電材は、活物質で発生した電気を集電箔に伝達する機能を有する。合材層に導電材を混合することにより、活物質粒子間、並びに集電箔と活物質との間に導電パスを形成し、電極全体の導電性を向上させることができる。
[Conductive material]
The conductive material has a function of transmitting electricity generated in the active material to the current collecting foil. By mixing a conductive material into the composite material layer, conductive paths can be formed between the active material particles and between the current collector foil and the active material, thereby improving the conductivity of the entire electrode.
本実施形態において、導電材は、磁石との接触又は近接により磁性を帯びることで磁性を有し得る軟磁性体を含有するものである。軟磁性体を含有する導電材として、軟磁性を示す磁性金属触媒を用いて合成された導電性の良好な炭素材料が挙げられる。このような炭素材料の具体例は、カーボンナノファイバー(CNF)及びカーボンナノチューブ(CNT)である。なお、以下の説明において、CNF及びCNTを総称して、繊維状炭素材料とする場合がある。 In this embodiment, the electrically conductive material contains a soft magnetic material that can become magnetic by becoming magnetic upon contact with or proximity to a magnet. Examples of the conductive material containing a soft magnetic substance include a carbon material with good conductivity synthesized using a magnetic metal catalyst exhibiting soft magnetism. Specific examples of such carbon materials are carbon nanofibers (CNF) and carbon nanotubes (CNT). In addition, in the following description, CNF and CNT may be collectively referred to as a fibrous carbon material.
また、磁性金属触媒は、繊維状炭素材料の成長起点となる成長触媒である。このような磁性金属触媒は、遷移金属のうち鉄、ニッケル、及びコバルトの金属単体、又はこれらのうち少なくとも1種類を含む合金で構成される金属ナノ粒子である。磁性金属触媒は、これらのうち少なくとも1種類を含む金属酸化物であっても良い。磁性金属触媒が合金で構成される場合、鉄、ニッケル、及びコバルトのうち、少なくとも1種類を50質量%以上含有する合金であることが好ましい。磁性金属触媒の組成によって、磁性金属触媒を含有する繊維状炭素材料の磁気特性を調整することが可能である。 Further, the magnetic metal catalyst is a growth catalyst that serves as a growth starting point for the fibrous carbon material. Such magnetic metal catalysts are metal nanoparticles made of transition metals such as iron, nickel, and cobalt alone, or an alloy containing at least one of these metals. The magnetic metal catalyst may be a metal oxide containing at least one of these. When the magnetic metal catalyst is composed of an alloy, it is preferably an alloy containing at least 50% by mass of at least one of iron, nickel, and cobalt. Depending on the composition of the magnetic metal catalyst, it is possible to adjust the magnetic properties of the fibrous carbon material containing the magnetic metal catalyst.
磁性金属触媒の粒径は、例えば、1nm~500nm、好ましくは10nm~200nmである。磁性金属触媒の粒径が小さすぎると、繊維状炭素材料が十分に成長しない虞がある。また、磁性金属触媒の粒径が大きすぎると、磁性金属触媒を繊維状炭素材料に担持することが困難になる。 The particle size of the magnetic metal catalyst is, for example, 1 nm to 500 nm, preferably 10 nm to 200 nm. If the particle size of the magnetic metal catalyst is too small, there is a risk that the fibrous carbon material will not grow sufficiently. Furthermore, if the particle size of the magnetic metal catalyst is too large, it becomes difficult to support the magnetic metal catalyst on the fibrous carbon material.
繊維状炭素材料は、触媒気相成長法を用いて合成することができる。触媒気相成長法により繊維状炭素材料を合成するにあたっては、溶媒に分散させた磁性金属触媒を基材に塗布して乾燥することにより、基材に磁性金属触媒を担持させる。この基材をCVD(Chemical Vapor Deposition)装置の反応炉内に設置して、所要の温度まで加熱する。この反応炉内に、炭素源となる炭化水素ガスをキャリアガスとともに導入し、数百℃~数千℃の反応温度で加熱保持する。加熱により炭化水素ガスがベンゼン環縮合し、磁性金属触媒を核として繊維状炭素材料が気相成長する。 Fibrous carbon materials can be synthesized using catalytic vapor phase growth. When synthesizing a fibrous carbon material by a catalytic vapor phase growth method, a magnetic metal catalyst dispersed in a solvent is coated on a base material and dried to support the magnetic metal catalyst on the base material. This base material is placed in a reaction furnace of a CVD (Chemical Vapor Deposition) device and heated to a required temperature. A hydrocarbon gas serving as a carbon source is introduced into this reactor together with a carrier gas, and heated and maintained at a reaction temperature of several hundred degrees Celsius to several thousand degrees Celsius. By heating, the hydrocarbon gas undergoes benzene ring condensation, and a fibrous carbon material grows in a vapor phase using the magnetic metal catalyst as a core.
基材から取り出した繊維状炭素材料には、磁性金属触媒が残留している。このように、触媒気相成長法を用いて合成される繊維状炭素材料の成長触媒が軟磁性体の磁性金属触媒であることにより、成長起点に軟磁性体である磁性金属触媒が保持された繊維状炭素材料を得ることができる。このようにして得られた磁性金属触媒を含有する炭素材料は、磁石によって引き寄せることができる。本実施形態では、導電材として、上記の磁性金属触媒を含有する炭素材料を用いることができる。 The magnetic metal catalyst remains in the fibrous carbon material taken out from the base material. In this way, since the growth catalyst for the fibrous carbon material synthesized using the catalytic vapor phase growth method is a soft magnetic magnetic metal catalyst, the soft magnetic magnetic metal catalyst is retained at the growth starting point. A fibrous carbon material can be obtained. The carbon material containing the magnetic metal catalyst thus obtained can be attracted by a magnet. In this embodiment, a carbon material containing the above magnetic metal catalyst can be used as the conductive material.
磁性金属触媒を含有する炭素材料により構成される導電材の一次粒子は、導電性、機械的特性、及び分散性の観点から、例えば、平均繊維長が1μm~100μmである。繊維長が小さすぎると、導電性や機械的特性が十分に発現されない傾向がある。一方、繊維長が大きすぎると凝集塊(ダマ)を形成しやすくなる。導電材の平均繊維長は、例えば、電子顕微鏡を用いて測定することができる。そして、本実施形態では、導電材は、粉末の形態で活物質と混合される。導電材のかさ密度は、例えば、0.01g/cm3~0.15g/cm3である The primary particles of the conductive material made of a carbon material containing a magnetic metal catalyst have, for example, an average fiber length of 1 μm to 100 μm from the viewpoint of conductivity, mechanical properties, and dispersibility. If the fiber length is too short, electrical conductivity and mechanical properties tend to be insufficient. On the other hand, if the fiber length is too large, agglomerates (clumps) are likely to form. The average fiber length of the conductive material can be measured using, for example, an electron microscope. In this embodiment, the conductive material is mixed with the active material in powder form. The bulk density of the conductive material is, for example, 0.01 g/cm 3 to 0.15 g/cm 3
ここで、繊維状炭素材料やカーボンブラック等の粒子状炭素材料は、小径で、かさ密度が小さいため、活物質粒子間や活物質と集電箔との間の微細な空隙に入り込むことができ、電池の内部抵抗を低減するために効果的である。特に、繊維状炭素材料を用いた電極では、粒子状炭素材料と比べて少量で効率的に導電パスを形成することができ、電極中に含まれる導電材量を低減することができる。 Here, particulate carbon materials such as fibrous carbon materials and carbon black have small diameters and low bulk density, so they cannot enter into minute gaps between active material particles or between active material and current collector foil. , is effective for reducing the internal resistance of the battery. In particular, in an electrode using a fibrous carbon material, a conductive path can be formed more efficiently with a smaller amount than when using a particulate carbon material, and the amount of conductive material contained in the electrode can be reduced.
一方で、繊維状炭素材料は、特に小径であるため凝集力が非常に強く、合材層中において良好に分散させることが困難である。導電材が凝集したダマを含む電極を備えた二次電池では、良好な導電パスが形成されず、当該ダマの近傍においては電子抵抗が極端に低下するため、この部分で優先的に充放電が起こり得る。これにより、二次電池の局所的な劣化が進行するため好ましくない。 On the other hand, since the fibrous carbon material has a particularly small diameter, its cohesive force is very strong, and it is difficult to disperse it well in the composite material layer. In a secondary battery equipped with an electrode containing lumps of conductive material, a good conductive path is not formed and the electronic resistance is extremely low in the vicinity of the lumps, so charging and discharging is preferentially carried out in these parts. It can happen. This is not preferable because local deterioration of the secondary battery progresses.
そのため、本実施形態では、活物質と混合する前に、予め導電材を解砕することが好ましい。解砕により凝集を解した導電材を他の電極材料と混合することにより、合材層における導電材の分散性を向上することができる。導電材の解砕には、解砕羽根の機能を有する撹拌子を備えた撹拌装置を用いることができる。導電材を解砕する際の撹拌子の回転数は、例えば、1000rpm~5000rpmである。撹拌時間は、例えば、1秒~60秒である。導電材の凝集を解すとともに、導電材の繊維の切断を伴わないよう、撹拌子の回転数及び撹拌時間を適宜調整することが好ましい。 Therefore, in this embodiment, it is preferable to crush the conductive material in advance before mixing it with the active material. By mixing the conductive material deagglomerated by crushing with other electrode materials, the dispersibility of the conductive material in the composite material layer can be improved. For crushing the conductive material, a stirring device equipped with a stirrer having a function of crushing blades can be used. The rotation speed of the stirrer when crushing the conductive material is, for example, 1000 rpm to 5000 rpm. The stirring time is, for example, 1 second to 60 seconds. It is preferable to appropriately adjust the rotational speed of the stirrer and the stirring time so as to break up the agglomeration of the conductive material and avoid cutting the fibers of the conductive material.
ところで、もともと小径である導電材を解砕すると、解砕が進むにしたがって導電材と活物質との間のかさ密度の差が拡大する。したがって、かさ密度が大きく異なる粉体同士を単に乾式混合した場合には、互いに分離して不均一な混合状態となる。 By the way, when a conductive material that originally has a small diameter is crushed, the difference in bulk density between the conductive material and the active material increases as the crushing progresses. Therefore, if powders having significantly different bulk densities are simply dry mixed, they will separate from each other and result in a non-uniform mixed state.
繊維状炭素材料で構成される導電材のかさ密度は、活物質のかさ密度より小さいため、両者を乾式混合した場合、導電材は上方に浮上しやすく、活物質は下方に沈みやすい。このように、容器内で鉛直方向に分離した導電材と活物質とが不均一な混合状態のまま電極を製造すると、分散不良によって合材層中で導電材と活物質とがそれぞれ偏在する。電極材料の分散状態に偏りがあると、導電性の低下や、活物質における電池反応に関与し得る反応面積の低下等によって内部抵抗が増加する要因となり得る。 Since the bulk density of the conductive material made of the fibrous carbon material is smaller than the bulk density of the active material, when the two are dry mixed, the conductive material tends to float upward and the active material tends to sink downward. As described above, if an electrode is manufactured with the conductive material and the active material separated in the vertical direction in the container in a non-uniform mixed state, the conductive material and the active material will be unevenly distributed in the composite layer due to poor dispersion. If the dispersion state of the electrode material is unbalanced, it may become a factor that increases the internal resistance due to a decrease in conductivity, a decrease in the reaction area of the active material that can be involved in battery reactions, and the like.
そこで、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法は、解砕されて非常に小径な繊維状炭素材料であっても良好に分散し得る合材層を形成できる点に特徴の1つを有する。特に、正極に用いられる活物質は導電性が低いものが多いため、負極と比較して正極には導電材としての炭素材料が多量に混合される場合がある。導電材は、混合される量が多い程、凝集しやすいため、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法は、正極に好適に用いられる。 Therefore, one of the features of the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to the present embodiment is that it is possible to form a composite material layer in which even a very small diameter fibrous carbon material can be dispersed well after being crushed. has. In particular, since many of the active materials used in the positive electrode have low conductivity, the positive electrode may contain a larger amount of carbon material as a conductive material than the negative electrode. The larger the amount of conductive material mixed, the more likely it is to aggregate, so the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to this embodiment is suitably used for a positive electrode.
本実施形態では、電極材料の混合に用いられる撹拌装置の容器の周囲に磁場発生装置が配置される。磁場発生装置には、永久磁石、電磁石等を用いることができるが、本実施形態では、電磁石であることが好ましい。磁場発生装置は、容器内において導電材が鉛直方向の下方に向かう磁力を受けるように配置されれば良い。例えば、撹拌装置の容器の底面側(下方)に磁場発生装置が配置される。磁場発生装置が発生する磁場の強さは、例えば、1000G~20000Gの範囲で、容器のサイズ、用いる導電材やその量等に応じて、適宜調整することが好ましい。 In this embodiment, a magnetic field generator is placed around a container of a stirring device used for mixing electrode materials. Although a permanent magnet, an electromagnet, etc. can be used for the magnetic field generator, in this embodiment, an electromagnet is preferable. The magnetic field generator may be arranged such that the conductive material receives a downward magnetic force in the vertical direction within the container. For example, a magnetic field generator is placed on the bottom side (below) of the container of the stirring device. The strength of the magnetic field generated by the magnetic field generator is, for example, in the range of 1000G to 20000G, and is preferably adjusted as appropriate depending on the size of the container, the conductive material used, its amount, etc.
粉体混合工程において、導電材と活物質とを混合する際には、撹拌羽根の機能を有する撹拌子を備えた撹拌装置の容器内に導電材及び活物質を投入し、磁場発生装置を用いて鉛直方向の下方に向かう磁場を印加しながら撹拌して両者を乾式混合する。粉体混合工程において、撹拌子の回転数は、例えば、1000rpm~5000rpmである。撹拌時間は、例えば、1秒~60秒である。また、粉体混合工程における磁場の印加方法は、電磁石への通電をON状態として磁場を連続的に印加してもよく、後述する造粒工程と同様に、電磁石への通電のON/OFFを切り替えて磁場を断続的に印加してもよい。 In the powder mixing process, when mixing the conductive material and the active material, the conductive material and the active material are placed in a container of a stirring device equipped with a stirrer that functions as a stirring blade, and a magnetic field generator is used to mix the conductive material and active material. Dry mix the two by stirring while applying a vertically downward magnetic field. In the powder mixing step, the rotation speed of the stirrer is, for example, 1000 rpm to 5000 rpm. The stirring time is, for example, 1 second to 60 seconds. In addition, the method of applying the magnetic field in the powder mixing process may be such that the magnetic field is continuously applied while the electromagnet is energized. Similarly to the granulation process described later, the magnetic field may be applied by turning the electromagnet on and off. The magnetic field may be applied intermittently by switching.
このような構成により、導電材に対して下方に向かう磁場を印加できるため、上方に浮上しやすい導電材を下方に引き寄せながら活物質と混合することができる。これにより、導電材と活物質とが均一に混合された混合粉体が得られる。 With such a configuration, a downward magnetic field can be applied to the conductive material, so that the conductive material that tends to float upward can be mixed with the active material while being pulled downward. As a result, a mixed powder in which the conductive material and the active material are uniformly mixed is obtained.
続いて、ステップS2の造粒工程では、結着剤が溶媒中に溶解又は分散された結着剤液を調製する。 Subsequently, in the granulation process of step S2, a binder liquid in which a binder is dissolved or dispersed in a solvent is prepared.
[結着剤]
結着剤は、合材層を構成する材料を互いに結着させて合材層を形成し、形成された合材層を集電箔上に結着させるものである。このような機能を有する結着剤は、後述する溶媒中に溶解又は分散する材料であれば、特に制限されない。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等を用いることができる。
[Binder]
The binder binds the materials constituting the composite material layer to each other to form a composite material layer, and binds the formed composite material layer onto the current collector foil. The binder having such a function is not particularly limited as long as it is a material that can be dissolved or dispersed in the solvent described below. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene oxide (PEO), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), etc. can be used.
[溶媒]
溶媒は、結着剤を均一に溶解又は分散することができれば、非水系溶媒及び水系溶媒を特に制限なく用いることができる。溶媒は、用いる結着剤に応じて適宜選択されるものである。溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、メチルエチルケトン(MEK)、ジメチルホルムアミド(DMF)、トルエン等の非水系溶媒、非水系溶媒を組み合わせた混合溶媒、水、水を主体とする混合溶媒等の水系溶媒を用いることができる。
[solvent]
As the solvent, non-aqueous solvents and aqueous solvents can be used without particular limitation as long as the binder can be uniformly dissolved or dispersed. The solvent is appropriately selected depending on the binder used. Examples of solvents include non-aqueous solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), methyl ethyl ketone (MEK), dimethyl formamide (DMF), toluene, mixed solvents of non-aqueous solvents, water, and water-based solvents. An aqueous solvent such as a mixed solvent can be used.
なお、結着剤を液状の形態で添加することにより、結着強度の低下を抑制することができる。例えば、結着剤を粉末の形態で添加すると、結着剤の溶解不足による粉残りに起因して、結着強度が不足する場合がある。結着強度が不足すると、成膜性が低下したり、合材層と集電箔との密着性が低下したりする要因になり得る。 Note that by adding the binder in liquid form, a decrease in binding strength can be suppressed. For example, if a binder is added in the form of powder, the binding strength may be insufficient due to powder remaining due to insufficient dissolution of the binder. Insufficient binding strength may cause a decrease in film formability or a decrease in adhesion between the composite material layer and the current collector foil.
続いて、粉体混合工程で得られた混合粉体に対し、調製した結着剤液を滴下して造粒する。この造粒工程は、粉体混合工程と同一の容器内において、撹拌羽根の機能を有する撹拌子を備えた撹拌装置を用いて行われる。造粒工程においては、撹拌子の回転によって混合粉体を撹拌しながら結着剤液を滴下して造粒することが好ましい。この際、撹拌子の回転数は、例えば、1000rpm~5000rpmである。撹拌時間は、例えば、10秒~600秒である。造粒体が所望の粒径となるように、撹拌子の回転数及び撹拌時間を適宜調整することが好ましい。 Subsequently, the prepared binder liquid is dropped onto the mixed powder obtained in the powder mixing step to granulate it. This granulation step is performed in the same container as the powder mixing step using a stirring device equipped with a stirring bar having the function of stirring blades. In the granulation step, it is preferable to granulate the mixed powder by dropping the binder liquid while stirring the mixed powder by rotating a stirrer. At this time, the rotation speed of the stirrer is, for example, 1000 rpm to 5000 rpm. The stirring time is, for example, 10 seconds to 600 seconds. It is preferable to adjust the rotation speed of the stirrer and the stirring time as appropriate so that the granules have a desired particle size.
造粒工程では、容器内の混合粉体に対して磁場発生装置により鉛直方向の下方に向かう磁場を印加しながら結着剤液の滴下が行われる。容器内の混合粉体に対して磁場を印加することにより、混合粉体に含まれる導電材は、磁石に引き寄せられて下方に向かって移動する。これにより、電極材料の混合状態の均一性が向上する。そして、混合粉体の撹拌下で結着剤液の滴下を行うことにより、電極材料の混合状態の均一性がより一層向上する。 In the granulation process, the binder liquid is dropped while applying a vertically downward magnetic field to the mixed powder in the container using a magnetic field generator. By applying a magnetic field to the mixed powder in the container, the conductive material contained in the mixed powder is attracted by the magnet and moves downward. This improves the uniformity of the mixed state of the electrode materials. By dropping the binder liquid while stirring the mixed powder, the uniformity of the mixed state of the electrode materials is further improved.
さらに、造粒工程では、混合粉体に対する磁場の印加が断続的に行われることが好ましい。磁場の断続的な印加は、電磁石への通電のON/OFFを切り替えることにより、磁場の印加及び停止を切り替えることが可能である。 Furthermore, in the granulation step, it is preferable that the magnetic field is applied intermittently to the mixed powder. The intermittent application of the magnetic field can be switched between applying and stopping the magnetic field by switching ON/OFF of energization to the electromagnet.
容器内の混合粉体に対して断続的に磁場を印加することにより、混合粉体に含まれる導電材は、磁場印加中には磁石に引き寄せられて下方に向かって移動し、磁場停止中には上方に向かって移動する。したがって、導電材の偏在を抑制するために、磁場発生装置による磁場の印加及び停止は頻繁に切り替えることが好ましい。このように、磁力が導電材に対する駆動力となり、導電材の上下運動を促すことによって、電極材料がより均一に混合されて分散性が向上する。 By intermittently applying a magnetic field to the mixed powder in the container, the conductive material contained in the mixed powder is attracted to the magnet and moves downward while the magnetic field is applied, and when the magnetic field is stopped, it moves downward. moves upwards. Therefore, in order to suppress the uneven distribution of the conductive material, it is preferable to frequently switch between applying and stopping the magnetic field by the magnetic field generator. In this way, the magnetic force acts as a driving force for the conductive material and promotes vertical movement of the conductive material, thereby improving the dispersibility of the electrode materials by mixing them more uniformly.
これにより、結着剤液が導電材と活物質との粒子間に湿潤し、各粒子間が互いに結着結合した球状の造粒体が得られる。造粒体は、活物質、導電材、結着剤、及び溶媒を含んでいる。造粒体は、固形分率の高い粘土状の形態であり、静止時に流動性がないものである。造粒体の固形分率は、導電材、活物質、及び結着剤の配合量、並びに、結着剤液の濃度により調整することができる。 As a result, the binder liquid wets between the particles of the conductive material and the active material, and a spherical granule in which the particles are bonded to each other is obtained. The granules contain an active material, a conductive material, a binder, and a solvent. The granules have a clay-like form with a high solids content and have no fluidity when at rest. The solid content of the granules can be adjusted by the blending amounts of the conductive material, active material, and binder, and the concentration of the binder liquid.
造粒工程で造粒される造粒体は、例えば、平均粒径(D50)が100μm~4mmであり、好ましくは200μm~2mmである。造粒体の平均粒径(D50)は、造粒時の条件によって調整可能である。なお、造粒体の平均粒径(D50)は、例えば、レーザー回折散乱法による粒度分布測定の結果から求めることができる。また、造粒体の全体から溶媒を除いた造粒体の固形分率は、成膜性の観点から、例えば60質量%~95質量%であり、好ましくは70質量%~90質量%である。 The granules granulated in the granulation step have, for example, an average particle diameter (D50) of 100 μm to 4 mm, preferably 200 μm to 2 mm. The average particle diameter (D50) of the granules can be adjusted depending on the conditions at the time of granulation. Note that the average particle diameter (D50) of the granules can be determined, for example, from the results of particle size distribution measurement using a laser diffraction scattering method. In addition, the solid content of the granule obtained by removing the solvent from the entire granule is, from the viewpoint of film-forming properties, for example, 60% by mass to 95% by mass, preferably 70% by mass to 90% by mass. .
造粒体の全体に対する溶媒の割合は、造粒体の固形分率が上記の範囲となるように結着剤液中における溶媒の量を調整する。溶媒の割合が少なすぎる場合や、多すぎる場合には、成膜性が低下する。溶媒の割合が多すぎると、電極板の乾燥に時間を要するため、生産性が低下する。また、溶媒の割合が少なすぎると、造粒工程で行われる撹拌の負荷が大きくなる。 The ratio of the solvent to the entire granule is adjusted by adjusting the amount of the solvent in the binder liquid so that the solid content of the granule falls within the above range. If the proportion of the solvent is too small or too large, film-forming properties will deteriorate. If the proportion of the solvent is too high, it will take time to dry the electrode plate, resulting in decreased productivity. Moreover, if the proportion of the solvent is too small, the load of stirring performed in the granulation process will become large.
造粒体の固形分全体に対する結着剤の割合は、剥離強度及び成膜性の観点から、例えば、0.5質量%~10質量%であり、好ましくは1質量%~5質量%である。結着剤の割合が少なすぎると、集電箔近傍の結着剤量が不足して合材層と集電箔との剥離強度が低下傾向になる場合がある。また、合材層の成膜性が低下し、スケやスジが生じることにより、充放電時にリチウムが析出しやすくなる等して電池性能の低下を招く虞がある。一方、結着剤の割合が多すぎると、結着剤が正極活物質の表面を覆うことで電荷担体の出入りが阻害され、電池の内部抵抗が増加傾向になる場合がある。 The ratio of the binder to the total solid content of the granules is, for example, 0.5% by mass to 10% by mass, preferably 1% by mass to 5% by mass, from the viewpoint of peel strength and film formability. . If the proportion of the binder is too small, the amount of binder near the current collector foil may be insufficient, and the peel strength between the composite material layer and the current collector foil may tend to decrease. In addition, the film formability of the composite material layer is reduced, and the formation of scratches and streaks may cause lithium to easily precipitate during charging and discharging, leading to a decrease in battery performance. On the other hand, if the proportion of the binder is too large, the binder covers the surface of the positive electrode active material, inhibiting the inflow and outflow of charge carriers, and the internal resistance of the battery may tend to increase.
造粒体の固形分全体に対する活物質の割合は、高エネルギー密度を実現する観点から、例えば、70質量%~99質量%であり、好ましくは85質量%~95質量である。 The ratio of the active material to the total solid content of the granules is, for example, 70% by mass to 99% by mass, preferably 85% by mass to 95% by mass, from the viewpoint of realizing high energy density.
造粒体の固形分全体に対する導電材の割合は、例えば、0.1質量%~15質量%であり、好ましくは2質量%~5質量%である。導電材として繊維状炭素材料を用いた場合は、少量の使用量であっても高い導電性を確保することができる。導電材の使用量が低減すると、活物質を増量できるため、より高いエネルギー密度を実現できる。 The proportion of the conductive material to the total solid content of the granules is, for example, 0.1% by mass to 15% by mass, preferably 2% by mass to 5% by mass. When a fibrous carbon material is used as a conductive material, high conductivity can be ensured even if the amount used is small. If the amount of conductive material used is reduced, the amount of active material can be increased, thereby achieving higher energy density.
次に、ステップS3の合剤層形成工程では、回転するロール対の間で造粒体を圧延してシート状の成形体に成形し、これを集電箔上に転写することにより造粒体を集電箔上に塗工する。造粒体の塗工には、3本のロールを有するロールコータを用いることができる。 Next, in the mixture layer forming step of step S3, the granules are rolled between a pair of rotating rolls to form a sheet-like molded body, and this is transferred onto a current collector foil to form the granules. Coat on the current collector foil. A roll coater having three rolls can be used for coating the granules.
3本のロールは、第1ロール、第2ロール、及び第3ロールである。水平方向に隣り合う一対の第1ロールと第2ロールとの間には、所定の幅のギャップが形成される。第1ロールの外周面と第2ロールの外周面は互いに対向している。第1ロールと第2ロールとは、逆方向に回転する。第2ロールの隣には、集電箔を搬送する第3ロールが配置されている。第2ロールの外周面と第3ロールの外周面は互いに対向している。第2ロールと第3ロールとは、逆方向に回転する。なお、第3ロールの配置は、集電箔の表面へ成形体の転写が可能な位置であればよい。 The three rolls are a first roll, a second roll, and a third roll. A gap of a predetermined width is formed between a pair of horizontally adjacent first rolls and second rolls. The outer circumferential surface of the first roll and the outer circumferential surface of the second roll are opposed to each other. The first roll and the second roll rotate in opposite directions. A third roll that conveys the current collector foil is arranged next to the second roll. The outer circumferential surface of the second roll and the outer circumferential surface of the third roll are opposed to each other. The second roll and the third roll rotate in opposite directions. Note that the third roll may be placed at any position that allows the molded body to be transferred to the surface of the current collector foil.
また、第1ロール及び第2ロールの幅方向の両端部には、隔壁が設けられる。隔壁は、造粒体の湿潤粉体を第1ロール及び第2ロール上に保持するとともに、隔壁間の距離によって、集電箔上に形成される合材層の幅を規定する機能を有する。 Further, partition walls are provided at both ends of the first roll and the second roll in the width direction. The partition walls hold the wet powder of the granules on the first roll and the second roll, and have the function of defining the width of the composite material layer formed on the current collector foil depending on the distance between the partition walls.
その他に、駆動装置、造粒体供給装置、集電箔供給装置、及び制御装置が備えられる。駆動装置は、3本のロールを回転させるとともに、ロール間のギャップを調整するための装置である。造粒体供給装置は、第1ロールと第2ロールとの間のギャップに造粒体を供給するための装置である。集電箔供給装置は、第3ロールに集電箔を供給するための装置である。制御装置は、これらの装置の動作を制御する。 In addition, a drive device, a granule supply device, a current collector foil supply device, and a control device are provided. The drive device is a device for rotating the three rolls and adjusting the gap between the rolls. The granule supply device is a device for supplying granules to the gap between the first roll and the second roll. The current collector foil supply device is a device for supplying current collector foil to the third roll. A control device controls the operation of these devices.
造粒体を集電箔上に塗工するにあたっては、まず、第1ロールと第2ロールとの間に造粒体を供給する。この状態で、第1ロール、第2ロール及び第3ロールを互いに反対方向に回転させると、造粒体がギャップに送られて第1ロールと第2ロールとの間で圧縮され、シート状に成形される。すなわち、造粒体が第1ロール及び第2ロールによって押し潰されながら引き延ばされることにより圧延され、シート状の成形体が形成される。 In coating the granules on the current collector foil, first, the granules are supplied between the first roll and the second roll. In this state, when the first roll, second roll, and third roll are rotated in opposite directions, the granules are sent to the gap and compressed between the first roll and the second roll, forming a sheet. molded. That is, the granules are rolled by being crushed and stretched by the first roll and the second roll, and a sheet-like molded product is formed.
この時、第2ロールの周速を第1ロールの周速より大きく、第3ロールの周速を第2ロールの周速より大きくすると、成形体が第2ロールの表面に付着したまま、第3ロールまで搬送される。第3ロールまで搬送された成形体は、第2ロールと第3ロールとの間で圧縮されながら、集電箔の表面に連続的に転写される。これにより、造粒体を集電箔上に成膜することができる。すなわち、集電箔上に未乾燥の合剤層が形成される。なお、成形体の厚さは、スケやひび割れが発生しないように最適な厚さを選択することが好ましい。その後、未乾燥の合剤層を集電箔とともに乾燥炉等を用いて乾燥する。 At this time, if the circumferential speed of the second roll is made larger than the circumferential speed of the first roll, and the circumferential speed of the third roll is made larger than the circumferential speed of the second roll, the molded body remains attached to the surface of the second roll and Up to 3 rolls are transported. The molded body conveyed to the third roll is continuously transferred onto the surface of the current collector foil while being compressed between the second roll and the third roll. Thereby, the granules can be formed into a film on the current collector foil. That is, an undried mixture layer is formed on the current collector foil. Note that it is preferable to select an optimal thickness for the molded body so that no scratches or cracks occur. Thereafter, the undried mixture layer is dried together with the current collector foil using a drying oven or the like.
本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法により、合剤層が集電箔に保持された構成を有する電極を製造することができる。このような構成によれば、合材層を形成するための材料として比較的固形分率の高い造粒体を用いる場合でも、製造された電極板の合材層において電極材料の良好な分散状態を確保できる。 By the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to this embodiment, it is possible to manufacture an electrode having a configuration in which a mixture layer is held on a current collector foil. According to such a configuration, even when a granule with a relatively high solid content is used as a material for forming the composite material layer, the electrode material can be maintained in a good dispersion state in the composite material layer of the manufactured electrode plate. can be secured.
ここで、合材層を形成するための材料として、比較的固形分率の低い液状のスラリーを作製し、ダイコータ等を用いて集電箔上に塗工するスラリー塗工法が知られている。これに対し、本実施形態で用いる造粒体は、スラリーに比べて少量の溶媒で作製できるため、合剤層の乾燥時間を短縮できる。また、このような造粒体を用いた場合には、高密度な合剤層を形成することができるため、乾燥後に高密度化を目的としたプレスを行う必要がない。そのため、合材層を形成するための材料として造粒体を用いれば、高容量化や高エネルギー密度化に寄与し得る高密度な合材層を効率よく形成できる。 Here, a slurry coating method is known in which a liquid slurry with a relatively low solid content is prepared as a material for forming the composite material layer, and the slurry is coated onto the current collector foil using a die coater or the like. On the other hand, since the granules used in this embodiment can be produced using a smaller amount of solvent than slurry, the drying time of the mixture layer can be shortened. Moreover, when such a granule is used, a high-density mixture layer can be formed, so there is no need to perform pressing for the purpose of increasing the density after drying. Therefore, by using granules as a material for forming the composite material layer, it is possible to efficiently form a high-density composite material layer that can contribute to higher capacity and higher energy density.
以下、図2を参照して、実施例について説明する。なお、実施例は、本発明を限定するものではない。図2は、電極の製造条件及び性能評価結果を示す図である。図2に示す製造条件に基づいて実施例1~11及び比較例1~3の正極板を製造した。そして、製造された各正極板を用いてそれぞれ評価用リチウムイオン二次電池(評価用電池)を構築し、電池性能の評価を行った。 An example will be described below with reference to FIG. 2. Note that the examples do not limit the present invention. FIG. 2 is a diagram showing electrode manufacturing conditions and performance evaluation results. Positive electrode plates of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3 were manufactured based on the manufacturing conditions shown in FIG. Then, evaluation lithium ion secondary batteries (evaluation batteries) were constructed using each of the manufactured positive electrode plates, and battery performance was evaluated.
<正極>
実施例1~11及び比較例1~3の正極板は、共通の材料を用いて製造され、図1に示すフローのステップS2を除いて、共通の製造方法により製造されたものである。図2に示す製造条件は、ステップS2の造粒工程における撹拌子の回転数、磁場の印加方法、及び結着材液の滴下方法に関する条件を示している。
<Positive electrode>
The positive electrode plates of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3 were manufactured using a common material and by a common manufacturing method except for step S2 of the flow shown in FIG. The manufacturing conditions shown in FIG. 2 indicate the conditions regarding the rotation speed of the stirrer, the method of applying the magnetic field, and the method of dropping the binder liquid in the granulation process of step S2.
図2に示される製造条件の各項目について、説明する。
[回転数(rpm)]
回転数は、撹拌装置が備える撹拌子の回転数である。混合粉体に結着剤液を滴下する際に、撹拌なし、1000rpm、3000rpm、のうち何れか1つの撹拌条件を用いて造粒体を造粒した。回転数が大きい程、高速で撹拌を行うことができる。
Each item of the manufacturing conditions shown in FIG. 2 will be explained.
[Rotation speed (rpm)]
The rotation speed is the rotation speed of a stirrer included in the stirring device. When dropping the binder liquid onto the mixed powder, the granules were granulated using one of the following stirring conditions: no stirring, 1000 rpm, and 3000 rpm. The higher the rotation speed, the faster the stirring can be performed.
[磁場の印加方法]
磁場の印加方法は、混合粉体に結着剤を滴下する際に、電磁石に対する通電のON/OFFの切り替え状態に応じて、磁場の印加を行わない、磁場を連続的に印加する、磁場を断続的に印加する、の3つの方法に分類される。磁場の印加を行わない場合は、電磁石への通電をOFF状態として、磁場を発生させなかった。磁場を連続的に印加する場合は、電磁石への通電をON状態として、磁場の印加を連続的に行った。磁場を断続的に印加する場合は、電磁石への通電のON/OFFを1分間隔で繰り返すことにより、磁場の印加及び停止を断続的に行った。
[How to apply magnetic field]
When dropping the binder onto the mixed powder, the method of applying the magnetic field is to apply no magnetic field, to apply the magnetic field continuously, or to apply the magnetic field, depending on the ON/OFF switching status of the energization to the electromagnet. There are three methods: intermittent application. When no magnetic field was applied, the electromagnet was turned off and no magnetic field was generated. When applying a magnetic field continuously, the electromagnet was energized and the magnetic field was continuously applied. When applying a magnetic field intermittently, the magnetic field was applied and stopped intermittently by repeating ON/OFF of electricity to the electromagnet at 1 minute intervals.
[結着剤液の滴下方法]
結着剤液の滴下方法は、結着剤液を滴下するタイミングによって、連続的、磁場停止中、磁場印加中、の3つの方法に分類される。結着剤液を連続的に滴下する場合は、磁場の印加及び停止にかかわらず、30秒間かけて連続的に結着剤液を滴下した。結着剤液を磁場停止中に滴下する場合は、磁場の印加方法は断続的であって、磁場停止中には結着剤液の滴下を行い、磁場印加中には結着剤液の滴下を行わなかった。結着剤液を磁場停止中に滴下する場合、結着剤液の滴下時間は、磁場停止中の滴下時間の合計が30秒間となるように調整した。結着剤液を磁場印加中に滴下する場合は、磁場の印加方法は断続的であって、磁場印加中には結着剤液の滴下を行い、磁場停止中には結着剤液の滴下を行わなかった。結着剤液を磁場印加中に滴下する場合、結着剤液の滴下時間は、磁場印加中の滴下時間の合計が30秒間となるように調整した。
[How to drop the binder liquid]
The method of dropping the binder liquid is classified into three methods depending on the timing of dropping the binder liquid: continuous, while the magnetic field is stopped, and while the magnetic field is applied. When the binder liquid was continuously dropped, the binder liquid was continuously dropped for 30 seconds regardless of whether the magnetic field was applied or stopped. When dropping the binder liquid while the magnetic field is stopped, the magnetic field is applied intermittently; the binder liquid is dropped while the magnetic field is stopped, and the binder liquid is dropped while the magnetic field is being applied. did not do so. When the binder liquid was dropped while the magnetic field was stopped, the dropping time of the binder liquid was adjusted so that the total dropping time while the magnetic field was stopped was 30 seconds. When dropping the binder liquid while a magnetic field is applied, the magnetic field is applied intermittently, and the binder liquid is dropped while the magnetic field is applied, and the binder liquid is dropped while the magnetic field is stopped. did not do so. When the binder liquid was dropped while the magnetic field was being applied, the dropping time of the binder liquid was adjusted so that the total dropping time while the magnetic field was being applied was 30 seconds.
続いて、正極材料及び製造装置について説明する。
[正極材料]
正極活物質には、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2で表されるNCM粉末を用いた。導電材には、カーボンナノチューブ(CNT、平均繊維長1μm~100μm)粉末を用いた。結着剤としてPVdFを用い、溶媒としてNMPを用いて結着剤液を調製した。結着剤液中における結着剤の割合は、10質量%であった。集電箔には、アルミニウム箔(厚さ15μm)を用いた。なお、正極活物質のかさ密度は1.5g/cm3であり、導電材のかさ密度は0.1g/cm3であった。
Next, the positive electrode material and manufacturing equipment will be explained.
[Positive electrode material]
NCM powder represented by LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 was used as the positive electrode active material. Carbon nanotube (CNT, average fiber length 1 μm to 100 μm) powder was used as the conductive material. A binder liquid was prepared using PVdF as a binder and NMP as a solvent. The proportion of the binder in the binder liquid was 10% by mass. Aluminum foil (thickness: 15 μm) was used as the current collector foil. Note that the bulk density of the positive electrode active material was 1.5 g/cm 3 , and the bulk density of the conductive material was 0.1 g/cm 3 .
[装置]
一連の製造工程は、同一の撹拌装置を用いて実施した。撹拌装置の容器は、上端が開口した有底円筒形状を有し、その寸法は、φ260mm、高さ60mmであった。そして、磁場発生装置には、電磁石を用いた。
[Device]
A series of manufacturing steps were performed using the same stirring device. The container of the stirring device had a bottomed cylindrical shape with an open upper end, and its dimensions were 260 mm in diameter and 60 mm in height. An electromagnet was used as the magnetic field generator.
続いて、実施例1~11及び比較例1~3の各正極板の製造方法について詳述する。
(実施例1)
図1に示すフローにしたがって実施例1の正極板を製造した。ステップS1では、撹拌装置の容器内に導電材を投入し、撹拌子の回転数3000rpmで60秒間撹拌することにより導電材を解砕した。続いて、容器内に正極活物質を投入し、5000Gの磁場を連続的に印加しながら、正極活物質と導電材とを撹拌子の回転数3000rpmで20秒間撹拌することにより混合粉末を得た。
Next, the manufacturing method of each of the positive electrode plates of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3 will be described in detail.
(Example 1)
The positive electrode plate of Example 1 was manufactured according to the flow shown in FIG. In step S1, the conductive material was placed in a container of a stirring device, and the conductive material was crushed by stirring for 60 seconds at a stirring bar rotation speed of 3000 rpm. Subsequently, the positive electrode active material was placed in the container, and a mixed powder was obtained by stirring the positive electrode active material and the conductive material for 20 seconds at a stirring bar rotation speed of 3000 rpm while continuously applying a 5000 G magnetic field. .
次に、ステップS2では、得られた混合粉末に対して5000Gの磁場を印加しながら、容器内に結着剤液を滴下時間の合計が30秒間となるように滴下した。この際、撹拌は行わなかった。また、磁場の印加方法は、連続的であった。また、結着剤液の滴下方法は、連続的であった。結着剤液の滴下量は、造粒体の全固形分における正極活物質、導電材、及び結着剤の質量比が、NCM:AB:PVdF=93:5:2となるように滴下した。これにより、造粒体を造粒した。このようにして得られた造粒体の固形分率は、およそ85質量%であった。 Next, in step S2, while applying a magnetic field of 5000 G to the obtained mixed powder, the binder liquid was dropped into the container so that the total dropping time was 30 seconds. At this time, stirring was not performed. Furthermore, the method of applying the magnetic field was continuous. Further, the method of dropping the binder liquid was continuous. The amount of the binder liquid dropped was such that the mass ratio of the positive electrode active material, conductive material, and binder in the total solid content of the granules was NCM:AB:PVdF=93:5:2. . Thereby, the granules were granulated. The solid content of the granules thus obtained was approximately 85% by mass.
その後、ステップS3では、ロールコータを用いて、得られた造粒体を圧延して集電箔上に転写した後、これを加熱乾燥して合剤層を形成した。これにより、集電箔の両面に合剤層が保持された正極板を製造した。 Thereafter, in step S3, the obtained granules were rolled and transferred onto a current collector foil using a roll coater, and then heated and dried to form a mixture layer. In this way, a positive electrode plate in which the mixture layer was held on both sides of the current collector foil was manufactured.
なお、造粒体は目付量が集電箔の片面で10mg/cm2、両面で20mg/cm2となるように第1ロールと第2ロールとのギャップ及び造粒体の供給量が調整され、このように作製した正極全体の厚さはおよそ80μmであった。 In addition, the gap between the first roll and the second roll and the supply amount of the granules were adjusted so that the granules had a basis weight of 10 mg/cm 2 on one side of the current collector foil and 20 mg/cm 2 on both sides. The total thickness of the positive electrode thus produced was approximately 80 μm.
(実施例2)
ステップS2における磁場の印加方法が断続的であったことを除いて、実施例1と同様に正極板を製造した。
(Example 2)
A positive electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the magnetic field was applied intermittently in step S2.
(実施例3)
ステップS2における磁場の印加方法は、断続的であった。また、結着剤の滴下方法は、磁場印加中に結着剤液の滴下を行う方法であった。これらを除いて、実施例1と同様に正極板を製造した。
(Example 3)
The method of applying the magnetic field in step S2 was intermittent. Furthermore, the method for dropping the binder was to drop the binder liquid while applying a magnetic field. A positive electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1 except for these.
(実施例4)
ステップS2における撹拌子の回転数を1000rpmに設定し、混合粉体の撹拌下で磁場の印加及び結着剤液の滴下を行ったことを除いて実施例1と同様に正極板を製造した。
(Example 4)
A positive electrode plate was produced in the same manner as in Example 1, except that the rotation speed of the stirrer in step S2 was set to 1000 rpm, and the magnetic field was applied and the binder liquid was dropped while stirring the mixed powder.
(実施例5)
ステップS2における撹拌子の回転数を1000rpmに設定し、混合粉体の撹拌下で磁場の印加及び結着剤液の滴下を行った。また、磁場の印加方法は、断続的であった。これらを除いて実施例1と同様に正極板を製造した。
(Example 5)
The rotation speed of the stirrer in step S2 was set to 1000 rpm, and while stirring the mixed powder, a magnetic field was applied and the binder liquid was dropped. Furthermore, the method of applying the magnetic field was intermittent. A positive electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1 except for these.
(実施例6)
ステップS2における撹拌子の回転数を1000rpmに設定し、混合粉体の撹拌下で磁場の印加及び結着剤液の滴下を行った。また、磁場の印加方法は、断続的であった。さらに、結着剤液の滴下方法は、磁場停止中に結着剤液の滴下を行う方法であった。これらを除いて実施例1と同様に正極板を製造した。
(Example 6)
The rotation speed of the stirrer in step S2 was set to 1000 rpm, and while stirring the mixed powder, a magnetic field was applied and the binder liquid was dropped. Furthermore, the method of applying the magnetic field was intermittent. Furthermore, the method for dropping the binder liquid was to drop the binder liquid while the magnetic field was stopped. A positive electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1 except for these.
(実施例7)
ステップS2における撹拌子の回転数を1000rpmに設定し、混合粉体の撹拌下で磁場の印加及び結着剤液の滴下を行った。また、磁場の印加方法は、断続的であった。さらに、結着剤液の滴下方法は、磁場印加中に結着剤液の滴下を行う方法であった。これらを除いて実施例1と同様に正極板を製造した。
(Example 7)
The rotation speed of the stirrer in step S2 was set to 1000 rpm, and while stirring the mixed powder, a magnetic field was applied and the binder liquid was dropped. Furthermore, the method of applying the magnetic field was intermittent. Furthermore, the method for dropping the binder liquid was to drop the binder liquid while applying a magnetic field. A positive electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1 except for these.
(実施例8)
ステップS2における撹拌子の回転数を3000rpmに設定し、混合粉体の撹拌下で磁場の印加及び結着剤液の滴下を行ったことを除いて実施例1と同様に正極板を製造した。
(Example 8)
A positive electrode plate was produced in the same manner as in Example 1, except that the rotation speed of the stirrer in step S2 was set to 3000 rpm, and the magnetic field was applied and the binder liquid was dropped while stirring the mixed powder.
(実施例9)
ステップS2における撹拌子の回転数を3000rpmに設定し、混合粉体の撹拌下で磁場の印加及び結着剤液の滴下を行った。また、磁場の印加方法は、断続的であった。これらを除いて実施例1と同様に正極板を製造した。
(Example 9)
The rotational speed of the stirrer in step S2 was set to 3000 rpm, and while stirring the mixed powder, a magnetic field was applied and the binder liquid was dropped. Furthermore, the method of applying the magnetic field was intermittent. A positive electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1 except for these.
(実施例10)
ステップS2における撹拌子の回転数を3000rpmに設定し、混合粉体の撹拌下で磁場の印加及び結着剤液の滴下を行った。また、磁場の印加方法は、断続的であった。さらに、結着剤液の滴下方法は、磁場停止中に結着剤液の滴下を行う方法であった。これらを除いて実施例1と同様に正極板を製造した。
(Example 10)
The rotation speed of the stirrer in step S2 was set to 3000 rpm, and while stirring the mixed powder, a magnetic field was applied and the binder liquid was dropped. Furthermore, the method of applying the magnetic field was intermittent. Furthermore, the method for dropping the binder liquid was to drop the binder liquid while the magnetic field was stopped. A positive electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1 except for these.
(実施例11)
ステップS2において、撹拌子の回転数を3000rpmに設定し、混合粉体の撹拌下で磁場の印加及び結着剤液の滴下を行った。また、磁場の印加方法は、断続的であった。さらに、結着剤液の滴下方法は、磁場印加中に結着剤液の滴下を行う方法であった。これらを除いて実施例1と同様に正極板を製造した。
(Example 11)
In step S2, the rotation speed of the stirrer was set to 3000 rpm, and while stirring the mixed powder, a magnetic field was applied and the binder liquid was dropped. Furthermore, the method of applying the magnetic field was intermittent. Furthermore, the method for dropping the binder liquid was to drop the binder liquid while applying a magnetic field. A positive electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1 except for these.
(比較例1)
ステップS2において、磁場の印加を行わなかったことを除いて、実施例1と同様に正極板を製造した。
(Comparative example 1)
A positive electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1, except that no magnetic field was applied in step S2.
(比較例2)
ステップS2において、撹拌子の回転数を1000rpmに設定し、混合粉体の撹拌下で結着剤液の滴下を行った。この際、磁場の印加を行わなかった。これらを除いて、実施例1と同様に正極板を製造した。
(Comparative example 2)
In step S2, the rotation speed of the stirrer was set to 1000 rpm, and the binder liquid was dropped while stirring the mixed powder. At this time, no magnetic field was applied. A positive electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1 except for these.
(比較例3)
ステップS2において、撹拌子の回転数を3000rpmに設定し、混合粉体の撹拌下で結着剤液の滴下を行った。この際、磁場の印加を行わなかった。これらを除いて、実施例1と同様に正極板を製造した。
(Comparative example 3)
In step S2, the rotation speed of the stirrer was set to 3000 rpm, and the binder liquid was dropped while stirring the mixed powder. At this time, no magnetic field was applied. A positive electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1 except for these.
<負極>
負極活物質には、天然黒鉛(C、平均粒子径10μm)を用いた。結着剤には、SBRを用いた。増粘剤として、CMCを用いた。溶媒には、イオン交換水を用いた。また、集電箔には銅箔(厚さ10μm)を用いた。
<Negative electrode>
Natural graphite (C, average particle size 10 μm) was used as the negative electrode active material. SBR was used as the binder. CMC was used as a thickener. Ion-exchanged water was used as the solvent. Further, a copper foil (thickness: 10 μm) was used as the current collector foil.
負極活物質、結着剤、及び増粘剤の質量比は、C:SBR:CMC=98:1:1となるように秤量し、これにイオン交換水を添加して混練することにより、負極合材層形成用のスラリーを作製した。集電箔の両面に、当該スラリーを塗工し、これを乾燥させることにより、負極合材層を備える負極板を作製した。なお、スラリーは、目付量が集電箔の片面で15mg/cm2、両面で30mg/cm2となるように塗工量を調整し、負極全体の厚さがおよそ120μmとなるようにプレスした。 The negative electrode active material, binder, and thickener are weighed so that the mass ratio is C:SBR:CMC=98:1:1, and ion-exchanged water is added and kneaded to form the negative electrode. A slurry for forming a composite material layer was prepared. The slurry was coated on both sides of the current collector foil, and the slurry was dried to produce a negative electrode plate including a negative electrode composite layer. The coating amount of the slurry was adjusted so that the coating weight was 15 mg/cm 2 on one side of the current collector foil and 30 mg/cm 2 on both sides, and pressed so that the total thickness of the negative electrode was approximately 120 μm. .
<評価用電池の構築>
各正極板のそれぞれと、負極板とを、ポリオレフィン製の樹脂シートである2枚のセパレータを介して絶縁状態で積層し、捲回軸回りに捲回して捲回型の電極体を形成した。さらに、当該電極体及び非水電解液を直方体形状の電池ケース内に収容して、各評価用電池を構築した。
<Construction of evaluation battery>
Each of the positive electrode plates and the negative electrode plate were laminated in an insulating state via two separators made of polyolefin resin sheets, and wound around a winding axis to form a wound electrode body. Furthermore, each evaluation battery was constructed by housing the electrode body and non-aqueous electrolyte in a rectangular parallelepiped battery case.
[評価]
実施例1~11及び比較例1~3の正極板を用いて得られた各評価用電池について、出力性能を評価するため、IV抵抗を測定した。測定は、25℃において、SOC(State Of Charge)60%の充電状態から1C、3C、及び5Cの各電流値で放電を行った時の放電開始から10秒間のそれぞれの電圧降下量を測定し、この電圧降下量を対応する電流値で除することで抵抗値を算出し、3つの抵抗値の平均値(平均抵抗値)を求めた。
[evaluation]
For each evaluation battery obtained using the positive electrode plates of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3, the IV resistance was measured in order to evaluate the output performance. The measurement was performed by discharging at 1C, 3C, and 5C from a state of charge of 60% SOC (State of Charge) at 25°C, and measuring the voltage drop for 10 seconds from the start of discharge. The resistance value was calculated by dividing this voltage drop amount by the corresponding current value, and the average value of the three resistance values (average resistance value) was determined.
さらに、比較例1の平均抵抗値を実施例1~11及び比較例1~3の各平均抵抗値で除した値の百分率として出力性能比(%)を算出し、その結果を図2の評価の欄に示した。図2の評価の欄において、百分率の値が高い程、抵抗増加が抑制されていると考えられる。 Furthermore, the output performance ratio (%) was calculated as a percentage of the value obtained by dividing the average resistance value of Comparative Example 1 by each average resistance value of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3, and the results were evaluated in Figure 2. It is shown in the column. In the evaluation column of FIG. 2, it is considered that the higher the percentage value is, the more the resistance increase is suppressed.
図2の結果からわかるように、比較例1~3の各評価用電池に比べて、実施例1~11の各評価用電池では、出力性能比が大きく電池性能が良好であった。実施例1~11の中では、実施例9~11の評価用電池における抵抗低減効果が大きく、出力性能が特に良好であった。このような結果となった理由は、以下であると考えられる。 As can be seen from the results in FIG. 2, compared to the evaluation batteries of Comparative Examples 1 to 3, the evaluation batteries of Examples 1 to 11 had a larger output performance ratio and better battery performance. Among Examples 1 to 11, the evaluation batteries of Examples 9 to 11 had a large resistance reduction effect and particularly good output performance. The reason for this result is considered to be as follows.
比較例1~3の正極板の製造方法では、結着剤液を滴下して造粒を行う際に、容器内の混合粉体に対して磁場の印加が行われていないため、導電材と活物質とのかさ密度の差に起因して導電材が浮上しやすく、電極材料の混合状態の均一性が低下する。これに対し、実施例1~11の正極板の製造方法では、容器内の混合粉体に対して鉛直方向の下方に向かう磁場を印加しながら結着剤液を滴下して造粒を行う。これにより、活物質と比べてかさ密度が小さい導電材に対し、導電材が下方に向かって移動する駆動力を付与することができる。また、この製造方法では、容器内の混合粉体に対する磁場の印加及び結着剤液の滴下は、混合粉体の撹拌下で行うことが好ましく、撹拌は高速で行うことがより好ましい。このような構成によれば、造粒体において電極材料が均一な混合状態となるため、合材層における電極材料の分散性が向上する。 In the manufacturing method of the positive electrode plate of Comparative Examples 1 to 3, when the binder liquid is dropped and granulated, a magnetic field is not applied to the mixed powder in the container, so the conductive material and Due to the difference in bulk density between the conductive material and the active material, the conductive material tends to float, reducing the uniformity of the mixed state of the electrode materials. On the other hand, in the method for manufacturing the positive electrode plate of Examples 1 to 11, granulation is performed by dropping the binder liquid while applying a vertically downward magnetic field to the mixed powder in the container. Thereby, a driving force for moving the conductive material downward can be applied to the conductive material whose bulk density is smaller than that of the active material. Furthermore, in this manufacturing method, the application of a magnetic field to the mixed powder in the container and the dropping of the binder liquid are preferably performed while stirring the mixed powder, and more preferably the stirring is performed at high speed. According to such a configuration, the electrode material is uniformly mixed in the granule, so that the dispersibility of the electrode material in the composite material layer is improved.
さらに、実施例1~11の正極板の製造方法について、ステップS2における好適な磁場の印加方法は、磁場の印加及び停止を頻繁に切り替える断続的な磁場の印加方法である。このように、容器内の混合粉体に対して鉛直方向の下方に向かう磁場の印加を断続的に行うと、導電材の上下運動が促進されると考えられる。一方、磁場の印加が連続的に行われる場合、導電材が電磁石に向かって一方向(本実施形態の場合は下方向)に引き寄せられるため、磁場の印加方法が断続的である場合と比べて、導電材と活物質とがそれぞれ偏在しやすい。したがって、造粒を行う際に磁場の印加方法が断続的であることにより、得られた造粒体では電極材料がより一層均一な混合状態となるため、合材層における電極材料の分散性がさらに向上する。 Further, in the method of manufacturing the positive electrode plates of Examples 1 to 11, a preferred method of applying a magnetic field in step S2 is an intermittent method of applying a magnetic field that frequently switches application and stop of the magnetic field. In this way, it is thought that by intermittently applying a vertically downward magnetic field to the mixed powder in the container, the vertical movement of the conductive material is promoted. On the other hand, when the magnetic field is applied continuously, the conductive material is attracted in one direction (downward in this embodiment) toward the electromagnet, so compared to when the magnetic field is applied intermittently, the conductive material is attracted in one direction (downward in this embodiment). , the conductive material and the active material tend to be unevenly distributed. Therefore, by applying an intermittent magnetic field during granulation, the electrode material is mixed in a more uniform state in the resulting granules, which improves the dispersibility of the electrode material in the composite layer. Further improvement.
また、実施例1~11の正極板の製造方法について、ステップS2における好適な結着剤液の滴下方法は、少なくとも磁場の印加中に結着剤液を滴下する方法である。そして、最も好適な結着剤液の滴下方法は、磁場の印加中のみ結着剤液を滴下する方法である。鉛直方向の下方に向かう磁場の印加中は、容器内において導電材が下方に引き寄せられる。そのため、磁場印加中のタイミングで結着剤液が滴下されることにより、混合粉体の上方から添加される結着剤液と導電材とが直接接触することが抑制される。かさ密度が小さい導電材と結着剤液とが直接接触すると、凝集してダマになりやすいため、これが抑制されることにより、導電材のダマを低減できる。 Further, in the method for manufacturing the positive electrode plates of Examples 1 to 11, a preferred method for dropping the binder liquid in step S2 is a method in which the binder liquid is dropped at least while a magnetic field is being applied. The most suitable method for dropping the binder liquid is a method in which the binder liquid is dropped only while the magnetic field is being applied. While applying a vertically downward magnetic field, the conductive material is drawn downward within the container. Therefore, by dropping the binder liquid at the timing when the magnetic field is being applied, direct contact between the binder liquid added from above the mixed powder and the conductive material is suppressed. When a conductive material with a small bulk density and a binder liquid come into direct contact, they tend to aggregate and form lumps, so by suppressing this, it is possible to reduce lumps of the conductive material.
以上説明したように、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法によれば、かさ密度の差が大きい活物質と導電材とを均一に乾式混合することができる。また、分散された導電材と活物質との粒子間に結着剤液が湿潤することにより、これらの電極材料が均一な混合状態の造粒体を得ることができる。そして、合材層を形成するための材料として、均一な混合状態の造粒体を用いることにより、電極材料が良好に分散した合材層を形成することができる。 As explained above, according to the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to the present embodiment, it is possible to uniformly dry mix the active material and the conductive material, which have a large difference in bulk density. Moreover, by wetting the binder liquid between the dispersed particles of the conductive material and the active material, it is possible to obtain a granule in which these electrode materials are uniformly mixed. By using granules in a uniformly mixed state as the material for forming the composite material layer, it is possible to form a composite material layer in which the electrode material is well dispersed.
そして、例えば特許文献1のように、湿潤状態の混合物に対して高いせん断応力を与えることにより電極材料の分散性を改善する方法では、生産速度が著しく低下するため、生産性が低いという問題がある。これに比べて、本実施形態では、乾式での混合性が良好であるため、生産速度を向上することができ、生産性が高い。 For example, in the method disclosed in Patent Document 1, which improves the dispersibility of electrode materials by applying high shear stress to a wet mixture, the production rate is significantly reduced, resulting in a problem of low productivity. be. In contrast, in this embodiment, the dry mixability is good, so the production speed can be improved and productivity is high.
また、本実施形態では、合材層を形成するための材料として固形分率の比較的高い造粒体を用いた場合でも、電極材料の分散状態を良好に保つことができる。造粒体は、スラリーに比べて、溶媒量が少量であるため、電極の乾燥時間が短縮され、生産性が向上する。 Furthermore, in this embodiment, even when granules with a relatively high solid content are used as the material for forming the composite material layer, it is possible to maintain a good dispersion state of the electrode material. Since the granules have a smaller amount of solvent than the slurry, the drying time of the electrode is shortened and the productivity is improved.
よって、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法によれば、生産性を確保しつつ、電極材料を良好に分散させることにより、電池性能に優れた二次電池用電極を製造することができる。 Therefore, according to the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to the present embodiment, it is possible to manufacture an electrode for a secondary battery with excellent battery performance by dispersing the electrode material well while ensuring productivity. I can do it.
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、造粒体をロール対の間を通して圧延し、集電箔上に転写することにより、集電箔上に合材層を形成する方法を例示したが、合材層の形成方法はこれに限らない。例えば、造粒体を集電箔上に堆積した後、プレス成形して合材層を形成する方法を用いてもよい。ただし、生産効率および生産安定性の観点からは、前者の方法を適用することが好ましい。 Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the spirit. For example, in the above embodiment, a method is exemplified in which a composite material layer is formed on a current collector foil by rolling the granules through a pair of rolls and transferring the granules onto the current collector foil. The formation method is not limited to this. For example, a method may be used in which the granules are deposited on a current collector foil and then press-molded to form a composite material layer. However, from the viewpoint of production efficiency and production stability, it is preferable to apply the former method.
Claims (5)
前記混合粉体に対して鉛直方向の下方に向かう磁場を印加しながら結着剤が溶媒中に溶解又は分散された結着剤液を滴下して造粒体を得るステップと、
前記造粒体を圧延して集電箔上に合材層を形成するステップと、
を有し、
前記造粒体は固形分率が60質量%~95質量%であり、
前記炭素材料のかさ密度は前記活物質のかさ密度より小さい二次電池用電極の製造方法。 A step of synthesizing using a magnetic metal catalyst and mixing the conductive carbon material containing the magnetic metal catalyst with a powdered active material while applying a vertically downward magnetic field to obtain a mixed powder. and,
obtaining a granule by dropping a binder liquid in which a binder is dissolved or dispersed in a solvent while applying a vertically downward magnetic field to the mixed powder;
rolling the granules to form a composite material layer on the current collector foil;
has
The granules have a solid content of 60% by mass to 95% by mass,
A method for manufacturing an electrode for a secondary battery, wherein the bulk density of the carbon material is smaller than the bulk density of the active material.
請求項1に記載の二次電池用電極の製造方法。 applying a magnetic field intermittently to the mixed powder;
A method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to claim 1.
請求項1又は2に記載の二次電池用電極の製造方法。 Dropping the binder liquid at least while applying a magnetic field;
A method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to claim 1 or 2.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の二次電池用電極の製造方法。 The carbon material is used after being crushed in advance,
The method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to any one of claims 1 to 3.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の二次電池用電極の製造方法。 The composite material layer is formed by rolling the granules through a pair of rotating rolls and transferring the rolled granules onto a current collector foil.
The method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to any one of claims 1 to 4.
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