Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7537752B2 - Skeleton-forming agent, electrode using same, and method for manufacturing electrode - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7537752B2 - Skeleton-forming agent, electrode using same, and method for manufacturing electrode - Google Patents

Skeleton-forming agent, electrode using same, and method for manufacturing electrode Download PDF

Info

Publication number
JP7537752B2
JP7537752B2 JP2021163420A JP2021163420A JP7537752B2 JP 7537752 B2 JP7537752 B2 JP 7537752B2 JP 2021163420 A JP2021163420 A JP 2021163420A JP 2021163420 A JP2021163420 A JP 2021163420A JP 7537752 B2 JP7537752 B2 JP 7537752B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
active material
forming agent
skeletal
skeleton
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021163420A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021193693A (en
Inventor
太地 坂本
孝志 向井
勇太 池内
直人 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Attaccato LLC
Original Assignee
Attaccato LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2019162556A external-priority patent/JP6960176B2/en
Application filed by Attaccato LLC filed Critical Attaccato LLC
Priority to JP2021163420A priority Critical patent/JP7537752B2/en
Publication of JP2021193693A publication Critical patent/JP2021193693A/en
Priority to JP2024124674A priority patent/JP7696183B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7537752B2 publication Critical patent/JP7537752B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、非水電解質二次電池の電極における活物質層の骨格形成に用いる骨格形成剤、これを用いた電極及び電極の製造方法に関する。 The present invention relates to a skeleton-forming agent used to form the skeleton of an active material layer in an electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery, an electrode using the same, and a method for manufacturing the electrode.

二次電池の利用分野は、電子機器から自動車、大型蓄電システムなどへと展開しており、その市場規模は10兆円以上の産業に成長することが期待される。とりわけ、スマートフォン、タブレット型端末などの情報通信機器が、めざましい普及を遂げ、全世界の普及率は3割を超えた。 The use of secondary batteries has expanded from electronic devices to automobiles and large-scale power storage systems, and the market size is expected to grow into an industry worth more than 10 trillion yen. In particular, information and communication devices such as smartphones and tablet terminals have become extremely popular, with the global penetration rate exceeding 30%.

加えて、二次電池は、電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等をはじめとする次世代自動車の電源へと応用範囲も広がっている。また、二次電池は、2011年の東日本大震災を契機に、家庭用バックアップ電源、自然エネルギーの蓄電、負荷平準化などに用いられるようになり、二次電池の用途は拡大しつつある。このように、二次電池は、省エネルギー技術や新エネルギー技術の導入においても不可欠な存在である。 In addition, the range of applications for secondary batteries is expanding to include power sources for next-generation automobiles, such as electric vehicles (EVs) and plug-in hybrid vehicles (PHEVs). Furthermore, since the Great East Japan Earthquake in 2011, secondary batteries have been used for home backup power sources, natural energy storage, load leveling, and other purposes, and the uses of secondary batteries are expanding. In this way, secondary batteries are also indispensable in the introduction of energy-saving and new energy technologies.

従来、二次電池は、ニッケル-カドニウム電池やニッケル-水素電池などのアルカリ二次電池が主流であったが、小型、軽量、高電圧、メモリー効果なしという特徴から、非水電解質二次電池、特にリチウム二次電池(リチウムイオン電池)の使用が増大している。非水電解質二次電池は、正極、負極、セパレータ、電解液または電解質、電槽(収納ケース)から構成される。 Traditionally, alkaline secondary batteries such as nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries have been the mainstream of secondary batteries, but the use of non-aqueous electrolyte secondary batteries, especially lithium secondary batteries (lithium ion batteries), is increasing due to their characteristics of small size, light weight, high voltage, and no memory effect. A non-aqueous electrolyte secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, an electrolytic solution or electrolyte, and a battery container (storage case).

正極や負極などの電極は、活物質、導電助剤、有機高分子バインダおよび集電体から構成される。一般的に、電極は、活物質、導電助剤、有機バインダを溶媒に混合してスラリー状にし、これを集電体上に塗工し、乾燥後、ロールプレスなどで圧延することによって製造される。 Electrodes such as positive and negative electrodes are composed of an active material, a conductive additive, an organic polymer binder, and a current collector. In general, electrodes are manufactured by mixing the active material, conductive additive, and organic binder in a solvent to form a slurry, coating this on a current collector, drying it, and then rolling it with a roll press or the like.

電極を乾燥した後に圧延するのは、電極の活物質層、すなわち活物質、導電助剤、バインダからなる塗布層の体積を収縮させることで、導電助剤や集電体との接触面積を増大させるためである。これにより、活物質層の電子伝導ネットワークを強固に構築し、電子伝導性を向上させる。 The electrode is rolled after drying in order to shrink the volume of the electrode's active material layer, i.e., the coating layer consisting of the active material, conductive additive, and binder, thereby increasing the contact area with the conductive additive and current collector. This strengthens the electronic conductive network of the active material layer and improves electronic conductivity.

バインダは、活物質と活物質、活物質と導電助剤、活物質と集電体、導電助剤と集電体などを結着するために用いられている。バインダは、溶媒に溶かし液体状のものを用いる「溶液型」と、固形分を溶媒中に分散させて用いる「分散型(エマルジョン・ラテックス型)」と、バインダ前駆体を熱や光で反応させて用いる「反応型」とに大別することができる。 Binders are used to bind active materials together, active materials and conductive additives, active materials and current collectors, conductive additives and current collectors, etc. Binders can be broadly divided into "solution type" binders that are dissolved in a solvent and used in liquid form, "dispersion type (emulsion/latex type)" binders that are used by dispersing solids in a solvent, and "reactive type" binders that are used by reacting binder precursors with heat or light.

また、バインダは、溶媒種によって水系と有機溶媒系に分けることができる。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)は溶解型のバインダであり、電極スラリー作製時には、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などの有機溶媒が使用される。スチレンブタジエンゴム(SBR)は分散型のバインダであり、水中にSBR微粒子を分散して用いられる。ポリイミド(PI)は反応型のバインダであり、PI前駆体をNMPなどの溶媒に溶解又は分散させ、加熱処理することでイミド化と架橋反応を進めて強靱なPIを得る。 Binders can also be divided into water-based and organic solvent-based binders depending on the type of solvent. For example, polyvinylidene fluoride (PVdF) is a soluble binder, and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is used when preparing electrode slurry. Styrene butadiene rubber (SBR) is a dispersed binder, and SBR fine particles are dispersed in water for use. Polyimide (PI) is a reactive binder, and a PI precursor is dissolved or dispersed in a solvent such as NMP and heated to promote imidization and crosslinking reactions to obtain a tough PI.

バインダの分子量や置換基などによっても異なるが、溶解型のバインダには、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エチレン-酢酸ビニル(EVA)などがある。また、分散型のバインダには、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ウレタンゴム、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、ニトロセルロースなどがある。反応型のバインダには、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリベンズイミダゾール(PBI)、ポリベンゾオキサゾール(PBO)などがある。 Although it depends on the molecular weight and substituents of the binder, soluble binders include polyvinylidene fluoride (PVdF) and ethylene vinyl acetate (EVA). Dispersed binders include styrene butadiene rubber (SBR), polytetrafluoroethylene (PTFE), urethane rubber, polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyvinyl acetate (PVAc), and nitrocellulose. Reactive binders include polyimide (PI), polyamide (PA), polyamideimide (PAI), polybenzimidazole (PBI), and polybenzoxazole (PBO).

また、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)をはじめとする有機溶媒系バインダは、環境に悪影響を及ぼす可能性があるとされているため、電極乾燥時には回収することが求められており、電極製造コストを上昇させる原因になっている。また、有機溶媒系バインダは、高温の電解液中で膨潤して電極抵抗を増大させるため、高温環境下では使用しにくい。 In addition, organic solvent binders such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) are believed to have the potential to adversely affect the environment, and so they must be recovered when the electrodes are dried, which increases the cost of electrode production. In addition, organic solvent binders swell in high-temperature electrolytes and increase electrode resistance, making them difficult to use in high-temperature environments.

水系の溶解型バインダは、耐酸化特性又は耐還元特性に劣り、繰り返しの充放電によって徐々に分解されるものが多く、十分な寿命特性が得られない。また、イオン伝導性が低いため、出力特性に欠ける。分散型バインダは、水を溶媒に使用できる長所を有するが、酸やアルカリの度合い(pH)、水分濃度または環境温度によって分散安定性が損なわれやすく、電極スラリーの混合中に偏析、凝集、沈殿などを起こしやすい。また、水中に分散したバインダ微粒子は、1~800nmの粒径で、乾燥により水分を気化させると粒子同士が融着してフィルム化する。このフィルムは、電気伝導性とイオン伝導性がないため、わずかな使用量の違いで電池の出力特性や寿命特性に大きな影響を及ぼす。 Water-based soluble binders have poor oxidation and reduction resistance, and many of them gradually decompose due to repeated charging and discharging, so they do not provide sufficient life characteristics. In addition, they lack output characteristics due to low ionic conductivity. Dispersed binders have the advantage that water can be used as a solvent, but the dispersion stability is easily compromised by the degree of acidity or alkalinity (pH), water concentration, or environmental temperature, and they are prone to segregation, aggregation, and precipitation during mixing of the electrode slurry. In addition, the binder particles dispersed in water have a particle size of 1 to 800 nm, and when the water is evaporated by drying, the particles fuse together to form a film. This film has no electrical conductivity or ionic conductivity, so even a slight difference in the amount used can have a significant effect on the output characteristics and life characteristics of the battery.

上記のような、溶解型や分散型のバインダでは、硫黄(S)、シリコン(Si)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)などの充放電に伴って激しい体積変化を起こす活物質と組み合わせた場合、安定した寿命特性が得られず、数サイクル程度で充放電容量が半分以下となる。 When the above-mentioned soluble or dispersed binders are combined with active materials that undergo drastic volume changes during charging and discharging, such as sulfur (S), silicon (Si), tin (Sn), and aluminum (Al), stable life characteristics cannot be obtained, and the charge/discharge capacity drops to less than half after a few cycles.

一方、反応型バインダは、耐熱性、結着性、耐薬品性の全てにおいて優れている。特にPIは、高い耐熱性と結着性を示し、体積変化の大きい活物質であっても、安定した寿命特性を得ることができ、高温の電解液中でもバインダが膨潤しにくい。 On the other hand, reactive binders are excellent in all aspects: heat resistance, binding properties, and chemical resistance. PI in particular exhibits high heat resistance and binding properties, and can provide stable life characteristics even with active materials that undergo large volume changes, and the binder is less likely to swell even in high-temperature electrolytes.

非特許文献1によれば、PIと高強度な集電体と組み合わせることで、集電体の劣化を防ぎ、さらなる寿命特性を改善できることが開示されている。 According to Non-Patent Document 1, by combining PI with a high-strength current collector, deterioration of the current collector can be prevented and the life characteristics can be further improved.

特許文献1によれば、正極と負極にPIを用いたLiFePO/SiO系リチウムイオン二次電池が、120℃の高温でも安定に充放電することが可能であることが開示されている。一方、PIを用いると集電体との結着性に優れるので、体積変化の大きい活物質と組み合わせた場合、初期の充放電で集電体にしわや亀裂等を生じることがある。そのため、集電体に機械的強度が高い鉄箔やステンレス箔を用いる必要がある。 Patent Document 1 discloses that a LiFePO 4 /SiO-based lithium ion secondary battery using PI for the positive and negative electrodes can be stably charged and discharged even at a high temperature of 120° C. On the other hand, when PI is used, it has excellent adhesion to the current collector, so when combined with an active material that undergoes large volume change, wrinkles, cracks, etc. may occur in the current collector during initial charge and discharge. Therefore, it is necessary to use iron foil or stainless steel foil, which has high mechanical strength, for the current collector.

上記有機バインダの他、非水電解質二次電池の分野ではほとんど報告例がないが、特許文献2乃至4に、二次電池電極に無機バインダを用いた技術が開示されている。特許文献2には、無機バインダを含む非晶質炭素材料、導電剤、バインダおよび溶媒が含まれ、粘度が2000mPa・s以上10000mPa・s以下の範囲である非水電解質二次電池用電極合剤、電極および非水電解質二次電池が提案されている。また、無機バインダが含まれることで、バインダの分解反応を抑制できる場合があると示されている。 Apart from the above organic binders, there have been few reports in the field of non-aqueous electrolyte secondary batteries, but Patent Documents 2 to 4 disclose techniques using inorganic binders in secondary battery electrodes. Patent Document 2 proposes an electrode mixture for non-aqueous electrolyte secondary batteries, an electrode, and a non-aqueous electrolyte secondary battery that contain an amorphous carbon material containing an inorganic binder, a conductive agent, a binder, and a solvent, and has a viscosity in the range of 2000 mPa·s to 10000 mPa·s. It also shows that the inclusion of an inorganic binder may suppress the decomposition reaction of the binder.

特許文献3および特許文献4には、無機バインダを用いて、物理的、化学的に安定なリチウムイオン電池が提供されている。一方、前述したように、一般的に電極は、活物質層(活物質、導電助剤、バインダからなる層)と集電体から構成されるが、活物質層上に活物質層とは異なる層を設ける場合もある。 Patent Document 3 and Patent Document 4 provide a physically and chemically stable lithium ion battery using an inorganic binder. On the other hand, as mentioned above, an electrode generally comprises an active material layer (a layer made of an active material, a conductive additive, and a binder) and a current collector, but there are also cases where a layer different from the active material layer is provided on the active material layer.

例えば、特許文献5では、金属または半金属酸化物を主体とした層と少なくとも1層の水不溶性の粒子を含む補助層とを有する電極シートを用いた非水二次電池が提案されている。電極シートに設けられる補助層は、水不溶性の導電性粒子と結着剤から構成され、さらに実質的に導電性を持たない粒子を混合してもよいとされる。実質的に導電性を持たない粒子は、酸化物であり、酸性にもアルカリ性にも溶解する化合物を含む酸化物が好ましいとされる。なお、補助層に用いられる結着剤は、電極合剤を形成するときに用いる結着剤を用いることができると示されている。 For example, Patent Document 5 proposes a non-aqueous secondary battery using an electrode sheet having a layer mainly made of a metal or semi-metal oxide and at least one auxiliary layer containing water-insoluble particles. The auxiliary layer provided on the electrode sheet is composed of water-insoluble conductive particles and a binder, and may further contain particles that are substantially non-conductive. The particles that are substantially non-conductive are oxides, and oxides containing compounds that are soluble in both acidic and alkaline conditions are preferred. It is noted that the binder used in forming the electrode mixture can be used as the binder used in the auxiliary layer.

かかる二次電池は、円筒型、角型、ラミネート型などの種々の形状の電池が広く普及している。そして、比較的小容量の電池には、耐圧性や封口の容易さの点から円筒型が採用され、比較的大容量の電池には、取扱いの容易性から角型が採用されている。 Such secondary batteries are widely available in various shapes, including cylindrical, rectangular, and laminated types. For batteries with relatively small capacity, cylindrical types are used because of their pressure resistance and ease of sealing, while for batteries with relatively large capacity, rectangular types are used because of their ease of handling.

また、二次電池の電極構造に着目すれば、大別して、積層タイプと捲回タイプの2つのタイプが使用されている。すなわち積層タイプの電池は、正極と負極がセパレータを介して交互に積層された電極群が電池ケースに収納されている。積層タイプの電池の多くは、角型の電池ケースを有している。一方、捲回タイプの電池は、正極と負極がセパレータを挟みつつ渦巻状に巻き取られた状態で電池ケースに収納されている。捲回タイプの電池ケースは円筒型や角型のものがある。 In terms of the electrode structure of secondary batteries, they are broadly divided into two types: stacked and wound. That is, in stacked batteries, electrodes in which positive and negative electrodes are alternately stacked with a separator between them are housed in a battery case. Most stacked batteries have a rectangular battery case. On the other hand, in wound batteries, the positive and negative electrodes are housed in a battery case in a spirally wound state with a separator between them. Wound battery cases are available in cylindrical and rectangular shapes.

特許5728721Patent 5728721 特許5293020Patent 5293020 特開平11-144736JP 11-144736 A 特開平10-523411JP 10-523411 A 国際公開第1996/027910International Publication No. 1996/027910

向井孝志ら、リチウムイオン電池活物質の開発と電極材料技術、サイエンス&テクノロジー株式会社、pp.269-311(2014)、ISBN:978-4-86428-089-1Takashi Mukai et al., Development of Lithium-Ion Battery Active Materials and Electrode Material Technology, Science & Technology Co., Ltd., pp. 269-311 (2014), ISBN: 978-4-86428-089-1 柳田昌宏ら、第83回電気化学会講演要旨集、1T28、(2016)Masahiro Yanagida et al., Abstracts of the 83rd Electrochemical Society, 1T28, (2016)

上述したように、非特許文献1や特許文献1は、集電体に薄い銅箔などを用いた場合、しわや亀裂等が発生するため、電極として成立しない(図19参照)。一方、集電体に高強度の鉄箔やステンレス箔を用いれば、集電体が薄くてもしわや亀裂等の発生を起こしにくくすることはできる。しかし、集電体が非常に高強度で優れた靱性を有するので、電極の打ち抜き工程が困難であり、切断時に活物質層が脱落したり、切断面にバリが生じたりする。 As mentioned above, in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1, when a thin copper foil or the like is used for the current collector, wrinkles and cracks occur, and the electrode is not viable (see FIG. 19). On the other hand, if a high-strength iron foil or stainless steel foil is used for the current collector, wrinkles and cracks can be prevented from occurring even if the current collector is thin. However, because the current collector has very high strength and excellent toughness, the process of punching out the electrode is difficult, and the active material layer falls off when cutting, and burrs occur on the cut surface.

また、PIは、あまりにも耐薬品性に優れているため、ほとんど全ての有機溶媒に溶けない。したがって、電極スラリーの作製には、PI前駆体であるポリアミック酸(ポリアミド酸)などをNMPに溶解して用い、200℃以上で加熱処理し、イミド化反応(脱水環化反応)を進めてPIを得る。そして、イミド化反応後に、更に高い温度で熱処理することで架橋反応を起こし、機械的強度の高いPIが得られる。電極寿命の観点からは、熱処理温度は、PIが炭化しない程度まで高い温度で熱処理することが好ましい。しかし、200℃以上の熱処理は、電極の柔軟性が低下して取扱いが困難となるだけでなく、活物質や集電体表面の酸化が避けられず、不可逆容量の原因にもなる。また、高い温度での熱処理は、電極製造時における消費電力の上昇も招く。 In addition, PI is so resistant to chemicals that it is insoluble in almost all organic solvents. Therefore, to prepare the electrode slurry, a PI precursor such as polyamic acid (polyamide acid) is dissolved in NMP and heated at 200°C or higher to promote an imidization reaction (dehydration cyclization reaction) to obtain PI. After the imidization reaction, a crosslinking reaction occurs by heat treatment at a higher temperature, resulting in a PI with high mechanical strength. From the viewpoint of the electrode life, it is preferable to heat treat the electrode at a high temperature so that the PI is not carbonized. However, heat treatment at 200°C or higher not only reduces the flexibility of the electrode, making it difficult to handle, but also oxidizes the active material and the surface of the current collector, which can cause irreversible capacity. Heat treatment at a high temperature also increases power consumption during electrode production.

一部、イミド化させてPIにした状態で溶媒中に分散したPIバインダも存在するが、スラリーへの添加時に予めイミド化してあるものを用いると、密着強度が劣った電極となり、寿命特性に劣る。また、PIをはじめとする反応型バインダの多くは、初期充電時にアルカリ金属イオンを吸蔵するが、放電時には取り出せず、不可逆容量の原因となる。例えば、分子構造にもよるが、PIは、500~1000mAh/gもの不可逆容量を有する。そのため、反応型バインダを使用した電極は、初期充放電効率が低く、電池容量が大きく低下することとなる。 Some PI binders exist that have been imidized to form PI and dispersed in a solvent, but if one that has already been imidized is used when added to the slurry, the electrode will have poor adhesion strength and poor life characteristics. In addition, many reactive binders, including PI, occlude alkali metal ions during initial charging, but cannot be released during discharge, which causes irreversible capacity. For example, depending on the molecular structure, PI has an irreversible capacity of 500 to 1000 mAh/g. Therefore, electrodes that use reactive binders have low initial charge/discharge efficiency and a large decrease in battery capacity.

ところで、電池の安全性を確認するために、釘刺し試験が行われている。満充電の電池に釘を刺すと、公称容量1Ahクラスの電池であっても600℃を超える発熱が観測されることがある。非特許文献1には、Si系活物質を用いた電池が、電池の釘刺し安全性に大きく改善されることが示されている。また、Si系負極と耐熱性不織布セパレータを用いた電池は、安全性がさらに改善されることが示されている。 Incidentally, nail penetration tests are conducted to confirm the safety of batteries. When a nail is penetrated into a fully charged battery, heat generation exceeding 600°C can be observed even in batteries with a nominal capacity of 1 Ah. Non-Patent Document 1 shows that batteries using Si-based active materials have a significantly improved nail penetration safety. It has also been shown that batteries using Si-based negative electrodes and heat-resistant nonwoven fabric separators have an even further improved safety.

非特許文献2では、この現象について検討されており、電極の活物質層の電子伝導性が高いと釘刺し時の電池及び釘の発熱温度は高くなり、電極活物質層の電子伝導性が低いと釘刺し時の電池及び釘の発熱温度も低くなるという結果が示されている。すなわち、電極活物質層の電子伝導性が電池の釘刺し安全性に大きく寄与する。活物質層の電子伝導性が高いと、釘を介して流れる電流値が大きくなり、釘と電池の発熱量も増大し、電子伝導性が低いと、釘を介して流れる電流値が小さくなり、単位時間当たりの発熱量が少なくなる。 Non-Patent Document 2 examines this phenomenon, and shows that if the electronic conductivity of the electrode active material layer is high, the temperature generated by the battery and the nail when the nail is penetrated will be high, and if the electronic conductivity of the electrode active material layer is low, the temperature generated by the battery and the nail when the nail is penetrated will also be low. In other words, the electronic conductivity of the electrode active material layer contributes greatly to the safety of the battery against nail penetration. If the electronic conductivity of the active material layer is high, the current value flowing through the nail will be large, and the amount of heat generated by the nail and the battery will also increase, and if the electronic conductivity is low, the current value flowing through the nail will be small, and the amount of heat generated per unit time will be small.

合金系の活物質は、アルカリ金属と合金化すると電子伝導性を向上させる。例えば、放電状態のSiは半導体であり、電子伝導率が低い状態にあるが、充電状態のLixSi合金(0<x≦4.4)は導体であり、電子伝導率が高い状態となる。すなわち、Si系負極では、内部短絡によって短絡部分のSi系活物質が脱リチウム化し、電極の電子伝導率が急激に低下し、電流を遮断することで、電池の温度上昇を抑制できるものと考えられる。 When alloy-based active materials are alloyed with alkali metals, their electronic conductivity improves. For example, Si in a discharged state is a semiconductor and has a low electronic conductivity, while Li x Si alloy (0<x≦4.4) in a charged state is a conductor and has a high electronic conductivity. That is, in a Si-based negative electrode, an internal short circuit causes the Si-based active material in the shorted portion to be delithiated, the electronic conductivity of the electrode drops sharply, and the current is cut off, which is thought to suppress the temperature rise of the battery.

しかし、活物質層中における導電助剤量が多い電極や、導電性の高い材料を活物質に被覆あるいは複合化したような材料を用いた電極では、活物質層の電子伝導性が高くなり、たとえSi系材料を用いたとしても、上記のような電流遮断機構が機能しにくく、電池の温度上昇を十分に抑制できない。そのため、安全性を重視した電池を設計するには、活物質層の導電性の低い電極を用いらなければならなかった。逆にいえば、安全性を重視した電極組成では、電子伝導性が低いため、低出力な電池になる可能性が高い。 However, in electrodes with a large amount of conductive additive in the active material layer, or electrodes using materials in which highly conductive materials are coated or composited with the active material, the electronic conductivity of the active material layer becomes high, and even if a Si-based material is used, the current interruption mechanism described above does not function well, and the temperature rise of the battery cannot be sufficiently suppressed. Therefore, in order to design a battery that prioritizes safety, it was necessary to use an electrode with a low electrical conductivity active material layer. Conversely, an electrode composition that prioritizes safety is likely to result in a low-output battery due to its low electronic conductivity.

活物質層の電子伝導性の低い電極を用いた電池であっても、内部短絡時の一瞬の発熱をなくすことはできないので、この発熱でバインダが炭化すると、電極の電子伝導性が高くなり、安全性は損なわれることになる。いくら耐熱性に優れる有機系の反応型バインダであっても、耐熱温度は400℃程度が限界であり、内部短絡による温度上昇がバインダの耐熱温度を超えると炭化するので、炭化しないバインダが求められている。 Even in batteries that use electrodes with low electronic conductivity in the active material layer, momentary heat generation during an internal short circuit cannot be eliminated. If this heat causes the binder to carbonize, the electrode's electronic conductivity will increase and safety will be compromised. Even with organic reactive binders that have excellent heat resistance, the heat resistance temperature is limited to around 400°C, and if the temperature rise caused by an internal short circuit exceeds the binder's heat resistance temperature, the binder will carbonize. Therefore, there is a demand for binders that do not carbonize.

また、活物質においては、一般的に、体積変化の小さい材料が良好な寿命特性を示すことが知られている。例えば、Siの充電反応(Si+4.4Li++4.4e-→Li4.4Si)では約4倍の体積変化を生じ、SiOの充電反応(SiO+8.4Li++8.4e-→Li4.4Si+Li4SiO4)では初期のLi4SiO4生成のための体積変化を除けば、約2.7倍の体積変化であるため、SiOはSiと比べて優れた寿命特性を示す。 In addition, it is generally known that active materials with small volume changes exhibit good life characteristics. For example, the charging reaction of Si (Si + 4.4Li++ 4.4e- → Li4.4Si) causes a volume change of about 4 times, while the charging reaction of SiO (SiO + 8.4Li++ 8.4e- → Li4.4Si + Li 4 SiO 4 ) causes a volume change of about 2.7 times, excluding the volume change for the initial generation of Li 4 SiO 4 , so SiO shows superior life characteristics compared to Si.

他の例としては、Siとアルミナを混合して用いた負極では、純Si負極と比べて、Si比が低下するにつれて、容量は低下するが、寿命特性は改善される傾向にある。アルミナはLiと不活性で充放電反応に寄与しないが、Siの体積変化の緩衝材になり、電極全体の体積変化を小さくすることができる。 As another example, in a negative electrode that uses a mixture of Si and alumina, as the Si ratio decreases, the capacity decreases compared to a pure Si negative electrode, but the life characteristics tend to improve. Alumina is inactive with Li and does not contribute to the charge/discharge reaction, but it acts as a buffer against the volume change of Si, making it possible to reduce the volume change of the entire electrode.

例えば、Si負極の充電反応は、下記の式1の反応により、充電前と比べて約4倍の体積変化が起こり、電極バインダにかかるストレスも約4倍となる。
Si+4.4Li++4.4e-→Li4.4Si ・・・・(式1)
For example, the charging reaction of a Si negative electrode is represented by the following reaction formula 1, and the volume changes by about four times compared to before charging, and the stress on the electrode binder also increases by about four times.
Si+4.4Li++4.4e-→Li4.4Si (Formula 1)

Siと等モル量のAl23を加えた負極であれば、Al23がLiと不活性であるので、マクロ的視点では式(2)のような充電反応となる。このような電極であれば、純Siの電極と比べて電極の体積変化が半分になるので、電極バインダにかかるストレスも半分になる。したがって、Siよりも体積変化の小さな材料を混合した電極は、Si比は低下するにつれて、容量は低下するが、寿命特性は改善される傾向にあると予想される。
0.5Si+0.5Al23+2.2Li++2.2e-
→0.5Li4.4Si+0.5Al23 ・・・・(式2)
If the negative electrode is made by adding an equimolar amount of Al 2 O 3 to Si, the charging reaction will be as shown in formula (2) from a macroscopic point of view, since Al 2 O 3 is inactive with Li. In such an electrode, the volume change of the electrode will be half that of a pure Si electrode, and the stress on the electrode binder will also be half. Therefore, it is expected that the capacity of an electrode mixed with a material that changes in volume less than Si will decrease as the Si ratio decreases, but the life characteristics will tend to improve.
0.5Si+0.5Al 2 O 3 +2.2Li++2.2e-
→0.5Li4.4Si+0.5Al 2 O 3 (Formula 2)

しかし、実際の寿命特性では、若干の寿命改善効果はあるものの、各サイクルにおけるSiの劣化率はあまり変わらない結果となる。これは、ミクロ的視点では、Si粒子自体の体積変化は約4倍であるので、電極バインダにかかるストレスは式1と変わらず、結局、結着部に応力が集中するためである。特に、電極材料同士や電極材料と集電体がバインダで点接着されている電極だと、接着部が体積変化による応力を集中的に受け、結着性が失われて、電極の導電ネットワークが破壊されやすい。 However, in actual life characteristics, although there is a slight effect of improving life, the rate of Si degradation in each cycle does not change much. This is because, from a microscopic perspective, the volume change of the Si particles themselves is about four times, so the stress on the electrode binder is the same as in formula 1, and ultimately, stress is concentrated at the bonding parts. In particular, in electrodes in which electrode materials or electrode materials and current collectors are point-bonded with a binder, the bonding parts receive concentrated stress due to the volume change, losing bonding properties and making the conductive network of the electrode prone to destruction.

一方、バインダが面接着だと、結着部は応力を均一に分散するので、導電ネットワークは破壊されにくくなるが、バインダがイオンの動きを阻害するので、出力特性が低下する。バインダの種類にもよるが、点接着は、バインダ量が少ない場合に起こりやすく、面接着は、バインダ量が多い場合に起こりやすい。 On the other hand, if the binder is surface-bonded, the bonded parts distribute stress evenly, making the conductive network less likely to be destroyed, but the binder inhibits the movement of ions, resulting in reduced output characteristics. Although it depends on the type of binder, point bonding is more likely to occur when the amount of binder is small, while surface bonding is more likely to occur when the amount of binder is large.

数あるバインダの中で、合金系活物質を安定に充放電できるバインダとしては、PIのような反応型に限られているのが現状である。ただし、反応型バインダは、スラリーの製造時に有機溶媒を使用し、熱処理工程は200℃以上が必要で、得られる電極にはバインダ由来の不可逆容量が大きく、安全性に関しても限界があった。 Of the many binders available, the current situation is that only reactive binders such as PI can stably charge and discharge alloy-based active materials. However, reactive binders require the use of organic solvents during slurry production and a heat treatment process at 200°C or higher, and the resulting electrodes have a large irreversible capacity derived from the binder, and there are also limitations in terms of safety.

また、反応型バインダだけでは、十分な寿命特性を発揮しにくく、SiOや高強度集電体箔などと組み合わせる必要があった。有機物は、融点は低く、有機溶媒に溶けやすく、可燃性であるが、無機物は、融点は高く、有機溶媒には溶けにくく、不燃性であり、且つ熱伝導度が高いことが知られている。したがって、無機物で構成されるバインダを用いることができれば、耐熱性が高く、耐電解液性と放熱性に優れた電極が得られる可能性が高い。 In addition, reactive binders alone are not sufficient to provide sufficient life characteristics, and so they must be combined with SiO or high-strength collector foil. Organic substances have low melting points, are easily soluble in organic solvents, and are flammable, while inorganic substances are known to have high melting points, are poorly soluble in organic solvents, are non-flammable, and have high thermal conductivity. Therefore, if a binder composed of inorganic substances can be used, there is a high possibility that an electrode with high heat resistance, excellent electrolyte resistance, and excellent heat dissipation properties can be obtained.

ただ、従来多くの無機バインダは非水電解質二次電池電極用に適合されていない。無機バインダは、ケイ酸塩系、リン酸塩系、ゾル系、セメント系の4種類に大別することができる。このうち、本発明者らは、金属、酸化物、およびカーボンのすべてに対して強い結着性と、1000℃以上の耐熱性を有するケイ酸塩系とリン酸塩系、特に、アルカリ金属ケイ酸塩系に注目した。 However, many conventional inorganic binders have not been suitable for use in electrodes of non-aqueous electrolyte secondary batteries. Inorganic binders can be broadly divided into four types: silicate-based, phosphate-based, sol-based, and cement-based. Of these, the inventors focused on silicate-based and phosphate-based binders, and in particular alkali metal silicate-based binders, which have strong binding properties against metals, oxides, and carbon, and heat resistance of 1000°C or higher.

ケイ酸塩系とは、アルカリ金属ケイ酸塩のほか、グアニジン化合物のケイ酸塩、アンモニウム化合物のケイ酸塩であってもよい。ケイ酸塩塩系無機バインダは、シロキサン結合(-Si-O-Si-)を有するケイ素(Si)と酸素(O)を主たる分子骨格とする化合物であり、炭素を主体とした骨格を有する有機バインダとは異なる(図21a参照)。 The silicate-based binder may be an alkali metal silicate, a silicate of a guanidine compound, or a silicate of an ammonium compound. A silicate-based inorganic binder is a compound whose main molecular skeleton is silicon (Si) and oxygen (O) with a siloxane bond (-Si-O-Si-), and is different from an organic binder whose main skeleton is carbon (see Figure 21a).

また、シロキサン結合中のSiサイトの一部が、Al、Zr、Ti、Mg、Mo、Sr、Ca、Zn、Ba、B、W、Ta、Ce、Hf、Yなどの遷移金属元素で置換されていてもよい。 In addition, some of the Si sites in the siloxane bond may be replaced with transition metal elements such as Al, Zr, Ti, Mg, Mo, Sr, Ca, Zn, Ba, B, W, Ta, Ce, Hf, and Y.

ケイ酸塩には、オルトケイ酸塩(A4SiO4)、メタケイ酸塩(A2SiO3)、ピロケイ酸塩(A6Si27)、二ケイ酸塩(A2Si25)、四ケイ酸塩(A2Si49)などの多ケイ酸塩や、A2Si25、A2Si37、A2Si49などの多くの種類が存在し、これらは水和物であってもよい。また、それらの構造については、結晶性ケイ酸塩と非結晶性ケイ酸塩に大別することができる(A=アルカリ金属元素または、グアニジン化合物、アンモニウム化合物)。このような、ケイ酸塩は、ケイ酸塩中のAの割合が増すにつれて、融点が低下する傾向にあり、同時に水への溶解性を示すことになる。 There are many kinds of silicates, such as polysilicates such as orthosilicate (A4SiO4 ) , metasilicate (A2SiO3 ) , pyrosilicate ( A6Si2O7 ), disilicate ( A2Si2O5 ), and tetrasilicate (A2Si4O9 ) , as well as A2Si2O5, A2Si3O7 , and A2Si4O9 , which may be hydrates. In terms of their structure, they can be roughly classified into crystalline silicates and non- crystalline silicates ( A = alkali metal element, guanidine compound, or ammonium compound). As the proportion of A in the silicate increases, the melting point of such silicates tends to decrease, and at the same time, they show solubility in water.

工業的には、ケイ酸塩は、ケイ酸塩中のAの割合が連続的に変化させることができ、任意の塩が調整可能であり、ケイ酸塩の一般的な分子式は、A2O・nSiO2なる形式で表される。 Industrially, the proportion of A in silicate can be continuously changed, and any salt can be adjusted. The general molecular formula of silicate is expressed in the form A2O.nSiO2 .

この分子骨格の違いにより、有機バインダよりも、高い耐熱性と耐酸化性を示し、防火剤、防水剤、漂白剤、洗剤、石鹸、コーティング剤、シーリング剤、土木地盤強化剤などの様々な分野で応用されているが、非水電解質二次電池の分野では、ほとんど報告例がない。 Due to this difference in molecular structure, they exhibit higher heat resistance and oxidation resistance than organic binders, and are used in a variety of fields, including fire retardants, waterproofing agents, bleaches, detergents, soaps, coating agents, sealants, and civil engineering ground strengthening agents. However, there have been few reports of their use in non-aqueous electrolyte secondary batteries.

リン酸塩系とは、リン酸アルミニウム塩のほか、リン酸マグネシウム塩、リン酸カルシウム塩であってもよい。 The phosphate salts may be aluminum phosphate salts, magnesium phosphate salts, or calcium phosphate salts.

リン酸系無機バインダは、加熱によりヒドロキシル基から水がとれてリンと酸素の間に共有結合を生じ、脱水縮合反応が起こる。この脱水縮合反応は、遷移金属(M)を中心とした1つの分子につき、最大6箇所反応でき、3次元的に高分子化したリン酸遷移金属が得られる。すなわち、アルミノリン酸結合を有するリン(P)と酸素(O)、遷移金属(M)を主たる分子骨格とする化合物であり、炭素を主体とした骨格を有する有機バインダとは異なる(図21b参照)。 When phosphate-based inorganic binders are heated, water is removed from the hydroxyl groups, forming covalent bonds between phosphorus and oxygen, and a dehydration condensation reaction occurs. This dehydration condensation reaction can occur at up to six sites per molecule centered on the transition metal (M), resulting in a three-dimensional polymerized transition metal phosphate. In other words, it is a compound whose main molecular skeleton is phosphorus (P), oxygen (O), and transition metal (M) with aluminophosphate bonds, and is different from organic binders which have a skeleton mainly made of carbon (see Figure 21b).

また、遷移金属サイトの一部が、Al、Mg、Ca、Cu、Fe、Ba,Ti、Mn、Mo、Mg、Si、Sr、Ca、Zn、Ba、B、W、Ta、Ce、Hf、Yなどの遷移金属元素で置換されていてもよい。 In addition, some of the transition metal sites may be replaced with transition metal elements such as Al, Mg, Ca, Cu, Fe, Ba, Ti, Mn, Mo, Mg, Si, Sr, Ca, Zn, Ba, B, W, Ta, Ce, Hf, and Y.

具体的には、リン酸アルミニウム塩には、第一リン酸アルミニウム塩(Al(H2PO43)、リン酸水素アルミニウム塩(Al2(H2PO43)、メタリン酸アルミニウム(Al(PO33)がある。リン酸マグネシウム塩には、第一リン酸マグネシウム塩(Mg(H2PO43)、リン酸水素マグネシウム塩(MgHPO4)、メタリン酸マグネシウム(Mg(PO32)がある。リン酸カルシウム塩には、第一リン酸カルシウム塩(Ca(H2PO43)、リン酸水素カルシウム塩(CaHPO4)、リン酸三カルシウム塩(Ca3(H2PO42)、メタリン酸カルシウム(Ca(PO32)があり、これらは水和物であってもよい。それらの構造については、結晶性リン酸塩と非結晶性リン酸塩に大別することができる。 Specifically, aluminum phosphates include monobasic aluminum phosphate (Al( H2PO4 ) 3 ), dibasic aluminum phosphate ( Al2 ( H2PO4 ) 3 ), and dibasic aluminum metaphosphate (Al( PO3 ) 3 ). Magnesium phosphates include monobasic magnesium phosphate (Mg( H2PO4 ) 3 ), dibasic magnesium phosphate ( MgHPO4 ), and dibasic magnesium metaphosphate (Mg( PO3 ) 2 ). Calcium phosphates include monobasic calcium phosphate (Ca( H2PO4 ) 3 ), dibasic calcium phosphate ( CaHPO4 ), tribasic calcium phosphate ( Ca3 ( H2PO4 ) 2 ), and dibasic calcium metaphosphate (Ca( PO3 ) 2 ), which may be hydrates. In terms of their structure , they can be roughly divided into crystalline phosphates and noncrystalline phosphates.

工業的には、リン酸塩は、リン酸塩中のMとPの割合が連続的に変化させることができ、任意の塩が調整可能であり、リン酸塩の一般的な分子式は、M・nHxPO4なる形式で表される(M=Alまたは、Mg、Ca)。 Industrially, the ratio of M and P in phosphate can be continuously changed, and any salt can be prepared. The general molecular formula of phosphate is expressed in the form M.nHxPO4 (M=Al or Mg, Ca).

ゾル系とは、酸化物微粒子が水に分散したコロイド溶液である。酸化物の粒径は、10nm以上200nm以下であり、その表面にはヒドロキシル基が存在する。例えば、酸化物がSiO2である場合、脱水縮合により、シロキサン結合を形成するが、このシロキサン結合は、酸化物の粒子内部で形成されるため、ケイ酸系塩と比較すると結着力が弱い。また、pH管理が重要で、安定にゾル状態を維持しにくい問題がある。本発明においては、ゾル系は、活物質層内に浸透しにくいため、骨格形成剤としての使用は好ましくない。 The sol system is a colloidal solution in which oxide particles are dispersed in water. The particle size of the oxide is 10 nm or more and 200 nm or less, and hydroxyl groups are present on the surface. For example, when the oxide is SiO2 , a siloxane bond is formed by dehydration condensation, but since this siloxane bond is formed inside the oxide particle, the binding force is weaker than that of silicic acid salts. In addition, pH control is important, and there is a problem that it is difficult to maintain a stable sol state. In the present invention, the sol system is not preferably used as a skeleton forming agent because it is difficult to penetrate into the active material layer.

特許文献2は、バインダに無機バインダが含まれることで、バインダの分解反応を抑制できる場合があると示されている。これは、炭素材料(グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボンなど)が、0.1V(vs.Li+/Li)付近に充放電プラトー電位があり、電極が強い還元力をもつため、耐還元性に優れる無機バインダで分解反応を抑制しているものと思われる。 Patent Document 2 indicates that the inclusion of an inorganic binder in the binder may suppress the decomposition reaction of the binder. This is thought to be because carbon materials (graphite, soft carbon, hard carbon, etc.) have a charge/discharge plateau potential near 0.1 V (vs. Li+/Li) and the electrode has a strong reducing power, so the inorganic binder, which has excellent reduction resistance, suppresses the decomposition reaction.

しかし、合金系材料は、炭素材料の充放電プラトー電位よりも高く、炭素系電極よりも還元力が弱いため、バインダの分解反応はあまり起こらない。そのため、バインダの分解反応を抑制しても合金系電極の寿命特性は大きく改善されない。 However, because alloy-based materials have a higher charge/discharge plateau potential than carbon materials and a weaker reducing power than carbon-based electrodes, the binder decomposition reaction does not occur very often. Therefore, suppressing the binder decomposition reaction does not significantly improve the life characteristics of alloy-based electrodes.

また、特許文献2には、無機バインダは無機粒子を含み、無機粒子の粒径が1nm以上100nm以下であることが好ましく、より好ましくは1nm以上50nm以下、さらにより好ましくは1nm以上10nm以下である、と示されている。このような粒径とすることにより、電極合剤の分散性、接着力ともにより優れるバインダを得ることができると記載されている。 Patent Document 2 also indicates that the inorganic binder contains inorganic particles, and that the particle size of the inorganic particles is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, more preferably 1 nm or more and 50 nm or less, and even more preferably 1 nm or more and 10 nm or less. It also indicates that by setting the particle size in this range, a binder with superior dispersibility and adhesive strength of the electrode mixture can be obtained.

無機粒子は、炭素材料と比べて、比重が大きいため、無機粒子の粒径が大きくなるにつれて、粒子の沈殿速度が増加し、分散性と接着力が低下する。そのため、100nm以下の粒子を用いることが有効である。しかし、電極塗工後の乾燥時に、100nm以下の粒子が、気化した水分の逃げ道を防ぎ、塗膜が発泡し、集電体との結着性が低下したり、均一な電極が得られにくいという課題がある。また、このような電極は、柔軟性に優れた有機バインダを含まないため、脆く、電極を折り曲げたりすると破損する。そのため、捲回タイプの電池には適さない。 Inorganic particles have a larger specific gravity than carbon materials, so as the particle size of inorganic particles increases, the particle settling speed increases and dispersibility and adhesive strength decrease. For this reason, it is effective to use particles of 100 nm or less. However, when drying after electrode coating, there is a problem that particles of 100 nm or less prevent the escape of evaporated moisture, causing the coating film to foam, reducing the binding with the current collector, and making it difficult to obtain a uniform electrode. In addition, such electrodes are brittle because they do not contain an organic binder with excellent flexibility, and are damaged when the electrode is bent. For this reason, they are not suitable for wound-type batteries.

一方、合金系活物質は、従来の炭素系活物質よりも高容量であることが知られている。例えば、Siが2800~4000mAh/g、SiOが1300~2000mAh/g、Snが700~1000mAh/g、Sが800~1500mAh/gもの高い電気容量が示される。そのため、少しの誤差であっても電極容量に大きなばらつきが生じ、寿命特性や出力特性を悪化させることがある。また、電極スラリーの粘度調整は、溶媒の使用量によって劇的に変化するため、制御が難しい。 On the other hand, alloy-based active materials are known to have higher capacities than conventional carbon-based active materials. For example, Si has a high electrical capacity of 2800-4000 mAh/g, SiO 1300-2000 mAh/g, Sn 700-1000 mAh/g, and S 800-1500 mAh/g. Therefore, even a small error can cause a large variation in electrode capacity, which can deteriorate life and output characteristics. In addition, adjusting the viscosity of the electrode slurry is difficult to control, as it changes dramatically depending on the amount of solvent used.

特許文献3および、特許文献4には、無機バインダを用いて、物理的、化学的に安定なリチウムイオン電池が提供されている。電極の実施例は、黒鉛負極(黒鉛アノード)とLiCoO2正極(LiCoO2カソード)の記載がある。黒鉛負極では、1.0gの水酸化リチウム、23.4gの無機バインダ(ポリケイ酸リチウム)および45.0gの黒鉛粉末から構成されている。 Patent Documents 3 and 4 provide physically and chemically stable lithium ion batteries using inorganic binders. Examples of electrodes include a graphite negative electrode (graphite anode) and a LiCoO2 positive electrode ( LiCoO2 cathode). The graphite negative electrode is composed of 1.0 g of lithium hydroxide, 23.4 g of inorganic binder (lithium polysilicate), and 45.0 g of graphite powder.

したがって、活物質、導電助剤およびバインダの固形分合計を100質量%とした場合、活物質が64.8質量%で、無機バインダが33.7質量%となる。 Therefore, if the total solid content of the active material, conductive additive, and binder is 100% by mass, the active material is 64.8% by mass and the inorganic binder is 33.7% by mass.

LiCoO2正極では、1.0gの水酸化リチウム、1.9gの黒鉛粉末、2.9gのC-100カーボンブラック、24gの無機バインダ(ポリケイ酸リチウム)および85.6gの黒鉛粉末からなる構成されている。 The LiCoO2 positive electrode was composed of 1.0 g lithium hydroxide, 1.9 g graphite powder, 2.9 g C-100 carbon black, 24 g inorganic binder (lithium polysilicate), and 85.6 g graphite powder.

したがって、活物質、導電助剤およびバインダの固形分合計を100質量%とした場合、活物質が74.2質量%で無機バインダが20.8質量.%となる。なお、特許文献3および特許文献4では、無機バインダは、無機粒子に関する記載はなく、実施例からも無機粒子は含まれていない。 Therefore, if the total solid content of the active material, conductive additive, and binder is 100% by mass, the active material is 74.2% by mass and the inorganic binder is 20.8% by mass. Note that in Patent Document 3 and Patent Document 4, there is no mention of inorganic particles in the inorganic binder, and no inorganic particles are included in the examples.

上記した特許文献2乃至4は、いずれも従来の有機バインダでは実現しづらかったバインダの分解反応や電解液による膨潤を改善しようとするものである。活物質としてSi系やSn系などの合金材料と電解液で膨潤しにくいバインダを用いることで、電極の使用温度を拡大し、且つ、高容量化を実現できそうである。 The above-mentioned Patent Documents 2 to 4 all aim to improve the decomposition reaction of the binder and swelling caused by the electrolyte, which were difficult to achieve with conventional organic binders. By using an alloy material such as a Si-based or Sn-based material as the active material and a binder that does not easily swell in the electrolyte, it is possible to expand the operating temperature of the electrode and achieve a high capacity.

しかし、ケイ酸塩系のバインダは強アルカリ性であり、リン酸塩系のバインダでは強酸性であるため、電極スラリー作製時の合金系活物質が溶解し、水素ガスを発生させてスラリーを発泡させる。特に、電極乾燥時には高温になるため、水素ガスの発生量が増大し、均一な電極製造すらままならない。また、アルカリや酸に耐性のない集電体を用いると集電体が劣化する。 However, silicate-based binders are strongly alkaline, and phosphate-based binders are strongly acidic, so when the electrode slurry is made, the alloy-based active material dissolves, generating hydrogen gas and causing the slurry to foam. In particular, the temperature rises when drying the electrodes, so the amount of hydrogen gas generated increases, making it difficult to even manufacture uniform electrodes. In addition, if a current collector that is not resistant to alkali or acid is used, the current collector will deteriorate.

例えば、Si活物質とアルカリ金属ケイ酸塩系とが接触すると、Si+2OH-+H2O→SiO3-+2H2↑の反応が起こる。そのため、耐アルカリ性又は耐酸性の活物質、すなわち炭素系材料しか選択肢がないのが現状である。また、電極の構成要素のひとつであるバインダは、活物質と活物質、活物質と導電助剤、活物質と集電体、導電助剤と集電体とを結着するために用いられているが、現行の電池は、PVdFまたはSBR等の有機バインダを採用しているので、活物質、導電助剤、集電体等の無機材料と比べてその熱伝導度は小さく、熱を伝え難い。また、ケイ酸塩系やリン酸塩系の無機バインダは、従来の有機バインダと比べて、比重が大きいため、電極作製時に使用されるバインダ量が、活物質、導電助剤およびバインダの固形分合計を100質量%とした場合、20質量%以上でないと十分な結着力を示さない。特に体積変化の大きい材料を用いる場合は、30~70質量%必要になる。そのため、電極の活物質の割合が減り、電極エネルギー密度が低下する。 For example, when a Si active material comes into contact with an alkali metal silicate, a reaction of Si+2OH-+H 2 O→SiO 3 -+2H 2 ↑ occurs. Therefore, the current situation is that only alkali-resistant or acid-resistant active materials, that is, carbon-based materials, are available. In addition, the binder, which is one of the components of the electrode, is used to bind the active material to the active material, the active material to the conductive assistant, the active material to the current collector, and the conductive assistant to the current collector. However, since the current battery employs an organic binder such as PVdF or SBR, its thermal conductivity is small compared to inorganic materials such as the active material, the conductive assistant, and the current collector, and it is difficult to transfer heat. In addition, since silicate-based and phosphate-based inorganic binders have a large specific gravity compared to conventional organic binders, the amount of binder used when preparing the electrode must be 20% by mass or more, assuming that the total solid content of the active material, the conductive assistant, and the binder is 100% by mass, in order to exhibit sufficient binding strength. In particular, when a material with a large volume change is used, 30 to 70 mass % is required, which reduces the proportion of active material in the electrode and decreases the electrode energy density.

上記の通り、本願の発明者らは、当初ケイ酸塩系やリン酸塩系のバインダの適用について検討を重ねたが、ケイ酸塩系やリン酸塩系をバインダとして適用した場合、現状では多くの課題を含み、実用的な電極として成立しないことがわかった。そこで、発明者らは、ケイ酸塩系やリン酸塩系をバインダとしてではなく、電極に適用できるよう研究を重ね、本発明をするに至った。本発明は、上述した従来の問題点や、発明者らが新たに発見した問題点を解決することができる。 As described above, the inventors of the present application initially investigated the use of silicate-based or phosphate-based binders, but found that using silicate-based or phosphate-based binders as binders currently involves many issues and would not be viable as practical electrodes. The inventors therefore conducted extensive research into the application of silicate-based or phosphate-based binders to electrodes, rather than as binders, and came up with the present invention. The present invention can solve the above-mentioned conventional problems as well as problems newly discovered by the inventors.

本発明に係る骨格形成剤は、非水電解質二次電池の電極に用いられる骨格形成剤であって、成分にシロキサン結合を有するケイ酸塩、又は、成分にアルミノリン酸結合を有するリン酸塩を含むことを特徴とする。この構成によれば、ケイ酸塩、又は、リン酸塩を含む骨格形成剤を電極に用いることで、耐熱性に優れ高強度で、サイクル寿命特性が向上した電極とできる。 The skeletal forming agent according to the present invention is used in the electrodes of non-aqueous electrolyte secondary batteries, and is characterized in that it contains a silicate having a siloxane bond as a component, or a phosphate having an aluminophosphate bond as a component. According to this configuration, by using a skeletal forming agent containing a silicate or a phosphate in an electrode, it is possible to obtain an electrode that has excellent heat resistance, high strength, and improved cycle life characteristics.

また、この骨格形成剤、前記ケイ酸塩は、一般式A2O・nSiO2で表される結晶または非晶質構造であり、Aは、Li、Na、K、トリエタノールアンモニウム基、テトラメタノールアンモニウム基、テトラエタノールアンモニウム基、グラニジン基の少なくともいずれか1種であり、nは、0.5以上5.0以下である。 In addition, this skeleton-forming agent, the silicate , has a crystalline or amorphous structure represented by the general formula A2O.nSiO2 , where A is at least one of Li, Na, K, a triethanolammonium group, a tetramethanolammonium group, a tetraethanolammonium group, and a granidine group, and n is 0.5 or more and 5.0 or less.

好ましくは、この骨格形成剤は、前記一般式のAが、LiまたはNaであり、nが、1.6以上3.9以下で、より好ましくは、2.0以上3.5以下である。Aは、骨格形成の機械強度と結着性、耐摩耗性に優れるという観点から、Naが好ましい。なお、Liは、イオン伝導性が高い骨格形成体が得られるため電池の入出力特性に優れる。ただ、NaであってもSiO2の数nが、5.0を超えると、活物質層やセパレータとの結着性に劣り、充放電時における電極の体積変化や、釘刺し試験などの外的要因で、剥離と亀裂が著しく発生しやすい。また、粘度が低くなりすぎて、後に述べるセラミックスとの分散性安定性が低下する。 Preferably, in the skeletal forming agent, A in the general formula is Li or Na, and n is 1.6 to 3.9, more preferably 2.0 to 3.5. A is preferably Na from the viewpoint of excellent mechanical strength, binding, and abrasion resistance of the skeletal formation. In addition, Li is excellent in input/output characteristics of the battery because it can obtain a skeletal forming body with high ion conductivity. However, even if it is Na, if the number n of SiO 2 exceeds 5.0, the binding with the active material layer and the separator is poor, and peeling and cracking are significantly likely to occur due to external factors such as volume change of the electrode during charging and discharging and nail penetration tests. In addition, the viscosity becomes too low, and the dispersion stability with the ceramics described later decreases.

逆に、nが0.5未満では、粘性が高いため、電極活物質層やセパレータに対して、骨格形成剤が浸透または塗布しにくくなる。また、セラミックスとの混練を行う際に、発熱量が大きくなる。 Conversely, if n is less than 0.5, the viscosity is high, making it difficult for the framework forming agent to penetrate or be applied to the electrode active material layer or separator. In addition, the amount of heat generated increases when kneading with ceramics.

ケイ酸塩は、非晶質であることが好ましい。非晶質のケイ酸塩であれば、結晶のように特定方向に割れることがないため、電極の寿命特性が改善される。加えて、フッ酸に対する耐性が向上するため、フッ酸由来の電極崩壊が起こりにくくすることができる。 It is preferable that the silicate is amorphous. Amorphous silicate does not crack in a specific direction like crystals, improving the life characteristics of the electrode. In addition, it has improved resistance to hydrofluoric acid, making it less likely for the electrode to collapse due to hydrofluoric acid.

通常、非晶質の固体は、無秩序な分子配列から成り、区別できる結晶格子を所有しない。また、非晶質の固体の溶解性は結晶形の形態より高く、一定の融点を有しない。従って、粉末X線回折(XRD)パターンにおいて明確なピークが無いこと、示差熱分析(DTA)曲線や示差走査熱量分析(DSC)曲線の融解吸熱ピークが無いことが、非晶質形態であることを示している。 Amorphous solids usually consist of disordered molecular arrangements and do not possess a distinct crystal lattice. Amorphous solids are also more soluble than crystalline forms and do not have a definite melting point. Thus, the absence of distinct peaks in powder X-ray diffraction (XRD) patterns and the absence of melting endothermic peaks in differential thermal analysis (DTA) and differential scanning calorimetry (DSC) curves indicate the amorphous form.

すなわち、非晶質のケイ酸塩は、XRDにおいて、結晶質形態の特長であるシャープなピークが無く、Cu-Kα線による15°~40°の範囲内の回折角(2θ)に典型的な幅広いブロードなピーク、いわゆるhaloパターンを示す。より詳しくは、本質的に、図17と同一のXRDパターンを示す。 That is, amorphous silicates lack the sharp peaks characteristic of crystalline forms in XRD, and instead show broad peaks typical of diffraction angles (2θ) in the range of 15° to 40° using Cu-Kα radiation, a so-called halo pattern. More specifically, they show essentially the same XRD pattern as in Figure 17.

ただ、XRDでhaloパターンが得られたとしても、そのすべてが非晶質とは限らない。しかし、それは、式3に示すシェラー式より、結晶粒が5nm未満の限定された条件だけである。すなわち、結晶粒が5nm以上の場合は、回折線が幅広く非晶質と似たパターンにはならない。
D(Å)=0.9λ/(β×cosθ) ・・・・(式3)
(式中、Dは結晶粒の大きさ、λはX線管球の波長、βは結晶粒の大きさによる回折線の拡がり、θは回折角を示す)
However, even if a halo pattern is obtained by XRD, it does not necessarily mean that all of the material is amorphous. However, this is only true under limited conditions where the crystal grains are less than 5 nm, according to the Scherrer equation shown in Equation 3. In other words, when the crystal grains are 5 nm or larger, the diffraction lines are broad and do not resemble the pattern of amorphous material.
D (Å) = 0.9λ/(β×cosθ) (Formula 3)
(In the formula, D is the size of the crystal grain, λ is the wavelength of the X-ray tube, β is the broadening of the diffraction line due to the size of the crystal grain, and θ is the diffraction angle.)

また、非晶質から結晶状態に変化する場合には、大きな発熱が起こるので、これを測定することによってケイ酸塩の結晶状態を判断することも可能である。非晶質のケイ酸塩は、電極を10℃/h以上の昇温速度で、80℃以上600℃以下の温度で熱処理することで得ることができる。 In addition, when changing from an amorphous to a crystalline state, a large amount of heat is generated, and by measuring this, it is possible to determine the crystalline state of the silicate. Amorphous silicate can be obtained by heat treating the electrode at a temperature of 80°C to 600°C at a heating rate of 10°C/h or more.

好ましくは、この骨格形成剤は、前記ケイ酸塩の固形分濃度が0.1質量%以上30質量%以下である。より好ましくは、0.1質量%以上15質量%以下である。 Preferably, the solids concentration of the silicate in this framework forming agent is 0.1% by mass or more and 30% by mass or less. More preferably, it is 0.1% by mass or more and 15% by mass or less.

また、この骨格形成剤は、さらに界面活性剤を含み、前記界面活性剤が0.001質量%以上5.0質量%以下である。この構成によれば、骨格形成剤の活物質層への親液性が向上し、骨格形成剤が活物質層に均一に浸透する。よって、活物質層内に均一な骨格が形成され、サイクル寿命特性がさらに向上する。0.001質量%未満では、グラファイトやハードカーボン、導電助剤などのカーボン系材料が多く含まれる活物質層に対して、骨格形成剤が浸透しにくく、5質量%を超えると、脱泡剤が必要になり、脱泡剤がないと活物質層の表面が発泡して強固な骨格形成がされにくい。 The skeleton-forming agent further contains a surfactant, and the surfactant is 0.001% by mass or more and 5.0% by mass or less. With this configuration, the lyophilicity of the skeleton-forming agent to the active material layer is improved, and the skeleton-forming agent penetrates the active material layer uniformly. Therefore, a uniform skeleton is formed in the active material layer, and cycle life characteristics are further improved. If the amount is less than 0.001% by mass, the skeleton-forming agent does not penetrate easily into the active material layer, which contains a large amount of carbon-based materials such as graphite, hard carbon, and conductive additives. If the amount is more than 5% by mass, a defoaming agent is required, and without the defoaming agent, the surface of the active material layer will foam and it will be difficult to form a strong skeleton.

また、この骨格形成剤は、さらに、耐アルカリ性の無機粒子を含む。この構成によれば、骨格形成剤を電極に塗工したとき、電極の活物質層の表面に無機粒子が積層して、活物質層が無機粒子の層で覆われ、また活物質層内にも無機粒子が入り込む。 The skeletal forming agent further contains alkali-resistant inorganic particles. With this configuration, when the skeletal forming agent is applied to an electrode, the inorganic particles are layered on the surface of the active material layer of the electrode, the active material layer is covered with a layer of inorganic particles, and the inorganic particles also penetrate into the active material layer.

これにより、活物質層に強固な骨格を形成することができるとともに、乾燥時の剥離やクラックの発生を抑制することができ、また、無機粒子同士の間隙により空孔が形成されて良好な電解液との親液性が得られる。また、無機粒子の層によって耐熱性に優れた高強度で耐摩耗性に優れた電極になる。また、無機粒子の層がセパレータの代わりとなり、別途セパレータを用いずに、電池を構成することが可能となる。 This allows a strong skeleton to be formed in the active material layer, and the occurrence of peeling and cracking during drying can be suppressed. In addition, pores are formed between the inorganic particles, providing good lyophilicity with the electrolyte. The layer of inorganic particles also results in an electrode with excellent heat resistance, high strength, and excellent abrasion resistance. The layer of inorganic particles also serves as a separator, making it possible to construct a battery without using a separate separator.

好ましくは、この骨格形成剤は、前記ケイ酸塩及び前記耐アルカリ性の無機粒子を含む固形分の合計を100質量%とした場合に、前記ケイ酸塩が5質量%以上80質量%以下であり、前記耐アルカリ性の無機粒子が20質量%以上95質量%以下であり、前記耐アルカリ性の無機粒子のメディアン径(D50)が0.2μm以上20μm以下である。 Preferably, when the total solid content including the silicate and the alkali-resistant inorganic particles is taken as 100 mass%, the skeleton-forming agent contains 5 mass% or more and 80 mass% or less of the silicate, 20 mass% or more and 95 mass% or less of the alkali-resistant inorganic particles, and the median diameter ( D50 ) of the alkali-resistant inorganic particles is 0.2 μm or more and 20 μm or less.

ここで、メディアン径(D50)とは、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定法における体積基準の粒子径を意味する。レーザー回折・散乱式粒子径分布測定法とは、粒子に対してレーザー光を当てたときに粒子サイズによって回折散乱光の光強度分布が異なる現象を利用して粒子サイズを測定する方法である。 Here, the median diameter ( D50 ) means the volume-based particle diameter in a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method, which is a method for measuring particle size by utilizing the phenomenon that when a laser beam is applied to a particle, the light intensity distribution of the diffracted/scattered light differs depending on the particle size.

骨格形成剤に、上記の耐アルカリ性の無機粒子が含まれることで、高温で乾燥した際に、骨格形成剤が発泡しにくくなる。骨格形成剤が発泡すると、活物質層やセパレータとの結着性が低下して、十分な強度が得られにくくなる。 By including the alkali-resistant inorganic particles in the skeletal forming agent, the skeletal forming agent is less likely to foam when dried at high temperatures. If the skeletal forming agent foams, the adhesion to the active material layer and the separator decreases, making it difficult to obtain sufficient strength.

前記耐アルカリ性の無機粒子のメディアン径(D50)を0.2μm以上20μm以下とした理由は、無機粒子同士の間隙により空孔が形成され、良好な電解液との親液性が得られるためであり、電池の出力特性の観点からは、0.25μm以上10μm以下であることがより好ましく、0.3μm以上2μm以下であることがさらに好ましい。 The reason why the median diameter ( D50 ) of the alkali-resistant inorganic particles is set to 0.2 μm or more and 20 μm or less is that pores are formed between the inorganic particles, resulting in good lyophilicity with the electrolyte. From the viewpoint of the output characteristics of the battery, the median diameter (D50) is preferably 0.25 μm or more and 10 μm or less, and more preferably 0.3 μm or more and 2 μm or less.

無機粒子の粒径がこの範囲よりも大きいと、チクソトロピー性が低くなりダイラタンシー性を示す傾向となり、骨格形成剤に無機粒子を加えた際の分散安定性が低下する。逆に、粒径がこの範囲よりも小さいと、2μmを超える厚みの骨格を形成する場合、乾燥時に気化した水分の逃げ道がなくなり、塗膜が発泡し、集電体との結着性が低下するばかりか、均一な電極が得られにくい。 If the particle size of the inorganic particles is larger than this range, the thixotropy will be low and they will tend to show dilatancy, resulting in reduced dispersion stability when the inorganic particles are added to the skeleton-forming agent. Conversely, if the particle size is smaller than this range, when forming a skeleton with a thickness of more than 2 μm, there will be no escape route for the moisture evaporated during drying, causing the coating to foam, reducing the adhesion to the current collector and making it difficult to obtain a uniform electrode.

前記の無機粒子が耐アルカリ性を必要とする理由は、ケイ酸塩が強いアルカリ性を示すためである(pH12以上)。また、この骨格形成剤は、前記耐アルカリ性に加えて、電解液への耐溶解性に優れる無機粒子であることが望ましい。 The reason why the inorganic particles need to be alkali resistant is because silicates exhibit strong alkalinity (pH 12 or higher). In addition to the alkali resistance, it is desirable for the framework forming agent to be inorganic particles that have excellent resistance to dissolution in the electrolyte.

このような条件を満たす無機粒子は、例えば、Al、Zr、Ti、Si、Mg、Mo、Sr、Ca、Zn、Ba、B、W、Ta、Ce、HfおよびYよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素の酸化物、水酸化物、窒化物、炭化物、炭酸化合物、硫酸化合物などがあげられる。このうち、さらに電池の充電や放電時における酸化分解や還元分解しにくく、不可逆容量の少ない材料であるという観点から、Al23、ZrO2、TiO2、SiO2、CaO、MgO、CeO、Y23、AlN、WC、SiC、B4C、BN、TaC、TiC、TiB2、HfB2、Si34、TiN、CaCO3、MgSO4、Al2(SO43、CaSO4、ZrSiO4を含有することが好ましい。 Examples of inorganic particles that satisfy such conditions include oxides, hydroxides, nitrides, carbides, carbonates, and sulfates of at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Si, Mg, Mo, Sr, Ca, Zn, Ba, B, W, Ta, Ce, Hf, and Y. Of these, from the viewpoint of being a material that is less susceptible to oxidative or reductive decomposition during charging and discharging of the battery and has a small irreversible capacity, it is preferable for the material to contain Al2O3 , ZrO2 , TiO2 , SiO2 , CaO , MgO, CeO, Y2O3 , AlN, WC, SiC, B4C , BN, TaC, TiC , TiB2 , HfB2, Si3N4 , TiN, CaCO3 , MgSO4 , Al2 ( SO4 ) 3 , CaSO4 , and ZrSiO4 .

加えて、電池の不可逆容量の少ない材料であるという観点から、Al23、ZrO2、TiO2、SiO2、MgO、CeO、Y23、WC、SiC、B4C、TaC、TiC、Si34、TiN、CaCO3、MgSO4、CaSO4、ZrSiO4を含有することが好ましい。これらの材料であれば、乾燥時に生じるケイ酸塩の大きな体積収縮を抑制する効果と、低温で乾燥しても十分な強度を有することが可能となる。 In addition, from the viewpoint of being a material with low irreversible capacity of the battery, it is preferable to contain Al2O3 , ZrO2 , TiO2 , SiO2 , MgO , CeO, Y2O3 , WC, SiC, B4C , TaC, TiC , Si3N4 , TiN, CaCO3 , MgSO4 , CaSO4 , ZrSiO4 . These materials have the effect of suppressing the large volumetric shrinkage of silicate that occurs during drying, and can maintain sufficient strength even when dried at low temperatures.

一方、リン酸塩は、一般式M・nHxPO4で表される結晶または非晶質構造であり、Mは、Al、Ca、Mgの少なくともいずれか1種であり、xは、0以上2以下であり、nは、0.5以上5以下である。 On the other hand, phosphate has a crystalline or amorphous structure represented by the general formula M.nHxPO4 , where M is at least one of Al, Ca, and Mg, x is 0 or more and 2 or less, and n is 0.5 or more and 5 or less.

Mは、骨格形成の機械強度と結着性、耐摩耗性に優れるという観点から、Alが好ましい。xは、骨格形成の結着性に優れるという観点から、1~2が好ましく、より好ましくは2である。nは、骨格形成の機械強度と結着性、耐摩耗性に優れるという観点から、0.5~5.0が好ましく、より好ましくは2.5~3.5である。リン酸塩も、ケイ酸塩の場合と同様、非晶質であることが好ましい。 M is preferably Al from the viewpoint of excellent mechanical strength, binding ability, and abrasion resistance of the skeleton formation. x is preferably 1 to 2, more preferably 2, from the viewpoint of excellent binding ability of the skeleton formation. n is preferably 0.5 to 5.0, more preferably 2.5 to 3.5, from the viewpoint of excellent mechanical strength, binding ability, and abrasion resistance of the skeleton formation. As in the case of silicates, it is preferable that the phosphate is amorphous.

好ましくは、この骨格形成剤は、前記リン酸塩の固形分濃度が0.1質量%以上30質量%以下である。より好ましくは、0.1質量%以上15質量%以下である。 Preferably, the solids concentration of the phosphate in this skeleton-forming agent is 0.1% by mass or more and 30% by mass or less. More preferably, it is 0.1% by mass or more and 15% by mass or less.

また、この骨格形成剤は、界面活性剤を含み、前記界面活性剤が0.001質量%以上5.0質量%以下であることが好ましい。 In addition, it is preferable that the framework forming agent contains a surfactant, and that the surfactant is present in an amount of 0.001% by mass or more and 5.0% by mass or less.

また、この骨格形成剤は、さらに、耐酸性の無機粒子を含むことが好ましい。この構成によれば、骨格形成剤を電極に塗工したとき、電極の活物質層の表面に無機粒子が積層して、活物質層が無機粒子の層で覆われ、また活物質層内にも無機粒子が入り込む。 It is also preferable that the skeletal forming agent further contains acid-resistant inorganic particles. With this configuration, when the skeletal forming agent is applied to an electrode, the inorganic particles are layered on the surface of the active material layer of the electrode, the active material layer is covered with a layer of inorganic particles, and the inorganic particles also penetrate into the active material layer.

これにより、活物質層に強固な骨格を形成することができるとともに、乾燥時の剥離やクラックの発生を抑制することができ、また、無機粒子同士の間隙により空孔が形成されて良好な電解液との親液性が得られる。また、無機粒子の層によって耐熱性に優れた高強度で耐摩耗性に優れた電極になる。また、無機粒子の層がセパレータの代わりとなり、別途セパレータを用いずに、電池を構成することが可能となる。 This allows a strong skeleton to be formed in the active material layer, and the occurrence of peeling and cracking during drying can be suppressed. In addition, pores are formed between the inorganic particles, providing good lyophilicity with the electrolyte. The layer of inorganic particles also results in an electrode with excellent heat resistance, high strength, and excellent abrasion resistance. The layer of inorganic particles also serves as a separator, making it possible to construct a battery without using a separate separator.

好ましくは、この骨格形成剤は、前記リン酸塩及び前記耐酸性の無機粒子を含む固形分の合計を100質量%とした場合に、前記リン酸塩が5質量%以上80質量%以下であり、前記耐酸性の無機粒子が20質量%以上95質量%以下であり、前記耐酸性の無機粒子のメディアン径(D50)が0.2μm以上20μm以下である。 Preferably, when the total solid content including the phosphate and the acid-resistant inorganic particles is taken as 100 mass%, the skeleton-forming agent contains 5 mass% or more and 80 mass% or less of the phosphate, 20 mass% or more and 95 mass% or less of the acid-resistant inorganic particles, and the median diameter ( D50 ) of the acid-resistant inorganic particles is 0.2 μm or more and 20 μm or less.

骨格形成剤に、上記の耐酸性の無機粒子が含まれることで、高温で乾燥した際に、骨格形成剤が発泡しにくくなる。骨格形成剤が発泡すると、活物質層やセパレータとの結着性が低下して、十分な強度が得られにくくなる。前記耐酸性の無機粒子のメディアン径(D50)は、0.2μm以上20μm以下であることが好ましい。 The skeleton-forming agent contains the acid-resistant inorganic particles, so that the skeleton-forming agent is less likely to foam when dried at high temperatures. If the skeleton-forming agent foams, the binding strength with the active material layer and the separator is reduced, making it difficult to obtain sufficient strength. The median diameter ( D50 ) of the acid-resistant inorganic particles is preferably 0.2 μm or more and 20 μm or less.

前記の無機粒子が耐酸性を必要とする理由は、リン酸塩が強い酸性(pH1~2)を示すためである。また、この骨格形成剤は、前記耐酸性に加えて、電解液への耐溶解性に優れる無機粒子であることが望ましい。 The reason why the inorganic particles need to be acid resistant is because phosphates are highly acidic (pH 1 to 2). In addition to being acid resistant, it is also desirable for the skeletal forming agent to be inorganic particles that are highly resistant to dissolution in the electrolyte.

このような条件を満たす無機粒子は、例えば、Al、Zr、Ti、Si、Mo、Sr、Ba、B、W、Ta、Ce、HfおよびYよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素の酸化物、水酸化物、窒化物、炭化物、炭酸化合物、硫酸化合物などがあげられる。このうち、さらに電池の充電や放電時における酸化分解や還元分解しにくく、不可逆容量の少ない材料であるという観点から、Al23、ZrO2、TiO2、SiO2、CeO、Y2O3、WC、SiC、B4C、BN、TaC、TiC、TiB2、HfB2、Si34、TiN、ZrSiO4を含有することが好ましい。 Examples of inorganic particles that satisfy such conditions include oxides, hydroxides, nitrides, carbides, carbonates, and sulfates of at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Si, Mo, Sr, Ba, B, W, Ta, Ce, Hf, and Y. Among these, from the viewpoint of being a material that is less susceptible to oxidative decomposition or reductive decomposition during charging and discharging of the battery and has a small irreversible capacity, it is preferable to contain Al2O3 , ZrO2 , TiO2 , SiO2 , CeO, Y2O3 , WC, SiC, B4C , BN, TaC , TiC, TiB2 , HfB2 , Si3N4 , TiN, and ZrSiO4 .

加えて、電池の不可逆容量の少ない材料であるという観点から、Al23、ZrO2、TiO2、SiO2、CeO、Y23、WC、SiC、B4C、BN、TaC、TiC、Si34、TiN、ZrSiO4を含有することが好ましい。これらの材料であれば、乾燥時に生じるリン酸塩の大きな体積収縮を抑制する効果と、低温で乾燥しても十分な強度を有することが可能となる。 In addition, from the viewpoint of being a material with low irreversible capacity of the battery , it is preferable to contain Al2O3, ZrO2, TiO2, SiO2, CeO, Y2O3 , WC , SiC , B4C , BN, TaC, TiC , Si3N4 , TiN, and ZrSiO4 . These materials have the effect of suppressing the large volumetric shrinkage of phosphate that occurs during drying, and can maintain sufficient strength even when dried at low temperatures.

ケイ酸塩系とリン酸塩系では、電池寿命と入出力特性、不可逆容量、耐吸湿性、耐熱性などの観点から、ケイ酸塩系が好ましい。 Between silicate-based and phosphate-based batteries, silicate-based batteries are preferred from the standpoints of battery life, input/output characteristics, irreversible capacity, resistance to moisture absorption, and heat resistance.

本発明に係る電極は、非水電解質二次電池用の電極であって、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の骨格形成剤が、少なくとも活物質層の表面に存在していることを特徴とする。この構成によれば、ケイ酸塩又はリン酸塩を含む骨格形成剤が電極の骨格を構成し、耐熱性に優れ高強度で、サイクル寿命特性が向上した電極となる。また、ケイ酸塩又はリン酸塩を含むバインダを用いた場合は電極として成り立たないところ、骨格形成剤を活物質層の表面につけることで、サイクル寿命特性に優れた電極とできる。 The electrode according to the present invention is an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that the skeletal forming agent according to any one of claims 1 to 7 is present at least on the surface of the active material layer. According to this configuration, the skeletal forming agent containing silicate or phosphate constitutes the skeleton of the electrode, resulting in an electrode with excellent heat resistance, high strength, and improved cycle life characteristics. In addition, while a binder containing silicate or phosphate would not work as an electrode, applying the skeletal forming agent to the surface of the active material layer makes it possible to obtain an electrode with excellent cycle life characteristics.

ここで、非水電解質二次電池とは、水を主成分としない電解質を用いた二次電池であり、例えばリチウム二次電池(リチウムイオン電池)、ナトリウム電池(ナトリウムイオン電池)、カリウム電池(カリウムイオン電池)などがある。また、電極は、非水電解質二次電池に用いられる電極であれば特に限定されず、また、電極の材質や形状も特に限定されない。 Here, a non-aqueous electrolyte secondary battery is a secondary battery that uses an electrolyte that does not have water as a main component, and examples of such batteries include lithium secondary batteries (lithium ion batteries), sodium batteries (sodium ion batteries), and potassium batteries (potassium ion batteries). In addition, there are no particular limitations on the electrodes as long as they are electrodes that are used in non-aqueous electrolyte secondary batteries, and there are also no particular limitations on the material or shape of the electrodes.

また、電極には負極と正極がある。まず、負極について、負極に用いる負極活物質は、アルカリ金属イオン(リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオンなど)を可逆的に吸蔵・放出することが可能な材料であれば特に限定されない。例えば、Li、Na、K、C、Mg、Al、Si、P、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、W、Pb及びBiよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素、これらの元素を用いた合金、複合化物、酸化物、カルコゲン化物又はハロゲン化物であればよい。 Electrodes include negative and positive electrodes. First, regarding the negative electrode, the negative electrode active material used in the negative electrode is not particularly limited as long as it is a material capable of reversibly absorbing and releasing alkali metal ions (lithium ions, sodium ions, potassium ions, etc.). For example, it may be at least one element selected from the group consisting of Li, Na, K, C, Mg, Al, Si, P, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, W, Pb, and Bi, or an alloy, composite, oxide, chalcogenide, or halide using these elements.

放電プラトーの領域が0~1V(vs.Li+/Li)の範囲内に観測できる観点から、Li、Na、K、C、Mg、Al、Si、Ti、Zn、Ge、Fe、Mn、Ag、Cu、In、Sn及びPbよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素、これらの元素を用いた同素体、合金又は酸化物が好ましい。 From the viewpoint that the discharge plateau region can be observed within the range of 0 to 1 V (vs. Li+/Li), at least one element selected from the group consisting of Li, Na, K, C, Mg, Al, Si, Ti, Zn, Ge, Fe, Mn, Ag, Cu, In, Sn, and Pb, or an allotrope, alloy, or oxide using these elements is preferred.

さらにエネルギー密度の観点から、元素としては、Al、Si、Zn、Ge、Ag、Sn等が好ましく、合金としては、Si-Al、Al-Zn、Si-Mg、Si-La、Al-Ge、Si-Ge、Si-Ag、Si-Sn、Si-Ti、Si-Y、Si-Cr、Si-Ni、Si-Zr、Si-V、Si-Nb、Si-Mo、Zn-Sn、Ge-Ag、Ge-Sn、Ge-Sb、Ag-Sn、Ag-Ge、Sn-Sb等の各組み合わせ等が好ましく、酸化物としては、Fe23、CuO、MnO2、NiO、Li4Ti512、H2Ti1225、Na2Ti37等が好ましい。合金としては、全率固溶型合金、共晶合金、亜共晶合金、過共晶合金、包晶型合金であってもよい。また、活物質粒子表面に電子伝導性に優れた材料やセラミックスでコーティングしてもよい。なお、これらのリチウムを可逆的に吸蔵・放出することが可能な材料を、2種以上使用してもよい。 Furthermore, from the viewpoint of energy density, preferred elements are Al, Si, Zn, Ge, Ag, Sn, etc., preferred alloys are combinations of Si-Al, Al-Zn, Si-Mg, Si-La, Al-Ge, Si-Ge, Si-Ag, Si-Sn, Si-Ti, Si-Y, Si-Cr, Si-Ni, Si-Zr, Si-V, Si-Nb, Si-Mo, Zn- Sn , Ge-Ag, Ge-Sn, Ge-Sb, Ag-Sn, Ag-Ge, Sn - Sb , etc. , and preferred oxides are Fe2O3 , CuO, MnO2 , NiO , Li4Ti5O12 , H2Ti12O25 , Na2Ti3O7 , etc. The alloy may be a complete solid solution type alloy, a eutectic alloy, a hypoeutectic alloy, a hypereutectic alloy, or a peritectic alloy. The surface of the active material particles may be coated with a material or ceramics having excellent electronic conductivity. Two or more of these materials capable of reversibly absorbing and releasing lithium may be used.

活物質粒子の形状は特に限定されず、球状、楕円状、切子状、帯状、ファイバー状、フレーク状、ドーナツ状、中空状であってもよい。アルカリ金属イオン(リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン)を可逆的に吸蔵・放出することが可能な材料は、初期の充電の過程でアルカリ金属イオンを吸蔵・放出することができる物質と固体電解質に分解する化合物がより好ましい。 The shape of the active material particles is not particularly limited, and may be spherical, elliptical, faceted, strip-like, fibrous, flake-like, doughnut-like, or hollow. Materials capable of reversibly absorbing and releasing alkali metal ions (lithium ions, sodium ions, potassium ions) are preferably substances capable of absorbing and releasing alkali metal ions during the initial charging process and compounds that decompose into a solid electrolyte.

固体電解質は、イオン伝導性を有する物質であれば特に限定されないが、LiαXβYγで示される固体電解質であることが好ましい。ここに式中、0<α≦4、0≦β≦2、0≦γ≦5である。固体電解質は、アルカリ金属イオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能な材料のバッファー材にもなる。 The solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a material that has ion conductivity, but it is preferably a solid electrolyte represented by LiαXβYγ, where 0<α≦4, 0≦β≦2, and 0≦γ≦5. The solid electrolyte can also be used as a buffer material that can reversibly absorb and release alkali metal ions.

Xは、例えば、Si、Ti、Mg、Ca、Al、V、Ge、Zr、Mo、Niのいずれか一種以上であり、Yは、O、S、F、Cl、Br、I、P、B23、C24、CO3、PO4、S、CF3SO3、SO3のいずれか一種以上である。より具体的には、例えば、LiF、LiCl、LiBr、LiI、Li3N、LiPON、Li2C2O4、Li2CO3、LiAlCl4、Li2O、Li2S、LiSO4、Li2SO4、Li3PO4、Li3VO4、Li4GeO4、Li2Si25、Li2SiO3、Li4SiO4、Li4ZrO4、LiMoO4、LiAlF4、Li3Ni2、LiBF4、LiCF3SO3、NaF、NaCl、NaBr、NaI、Na3N、NaPON、Na224、Na2CO3、NaAlCl4、Na2O、Na2S、NaSO4、Na2SO4、Na3PO4、Na3VO4、Na4GeO4、Na2Si25、Na2SiO3、Na4SiO4、Na4ZrO4、NaMoO4、NaAlF4、Na3Ni2、NaBF4、NaCF3SO3、KF、KCl、KBr、KI、K3N、KPON、K224、K2CO3、KAlCl4、K2O、K2S、KSO4、K2SO4、K3PO4、K3VO4、K4GeO4、K2Si25、K2SiO3、K4SiO4、K4ZrO4、KMoO4、KAlF4、K3Ni2、KBF4、KCF3SO3等が挙げられ、これらの一種又は二種以上を使用することができる。 X is, for example, one or more of Si, Ti, Mg, Ca, Al, V, Ge, Zr, Mo, and Ni, and Y is one or more of O, S, F, Cl, Br , I , P, B2O3 , C2O4 , CO3 , PO4 , S, CF3SO3 , and SO3 . More specifically, for example, LiF, LiCl, LiBr, LiI, Li 3 N, LiPON, Li 2 C2O 4 , Li 2 CO 3 , LiAlCl 4 , Li 2 O, Li 2 S, LiSO 4 , Li 2 SO 4 , Li 3 PO 4 , Li 3 VO 4 , Li 4 GeO 4 , Li 2 Si 2 O 5 , Li 2 SiO 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 ZrO 4 , LiMoO 4 , LiAlF 4 , Li 3 Ni 2 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , NaF, N aCl, NaBr, NaI, Na3 N, NaPON, Na2C2O4 , Na2CO3, NaAlCl4, Na2O , Na2S, NaSO4, Na2SO4, Na3PO4, Na3VO4, Na4GeO4, Na2Si2O 5, Na 2 SiO 3 , Na 4 SiO 4 , Na 4 ZrO 4 , NaMoO 4 , NaAlF 4 , Na 3 Ni 2 , NaBF 4 , NaCF 3 SO 3 , KF , KCl , KBr , KI, K 3 N, KPON , K 2 C 2 O 4 , K 2 CO 3 , KAlCl 4 , K 2 O , K 2 S, KSO4 , K2SO4 , K3PO4 , K3VO4 , K4GeO4 , K2Si2O5 , K2SiO3 , K4SiO4 , K4ZrO4 , KMoO4 , KAlF4 , K3Ni2 , KBF4 , KCF3SO3 , and the like can be mentioned, and one or more of these can be used.

アルカリ金属イオンを吸蔵・放出することができる物質と固体電解質に分解する化合物としては、例えば、SiO、GeO、GeS、GeS2、SnO、SnO2、SnC24、SnO-P25、SnO-B23、SnS、SnS2、Sb23、SnF2、SnCl2、SnI2、SnI4等が挙げられ、これらを2種以上使用してもよい。但し、アルカリ金属イオンを吸蔵・放出することができる物質と固体電解質に分解する化合物は、電池を組む前に、予めプリドープ処理を行わないと電池容量が極端に低下するためプリドープ処理することが好ましい。 Examples of the substance capable of absorbing and releasing alkali metal ions and the compound decomposing into a solid electrolyte include SiO, GeO, GeS, GeS 2 , SnO, SnO 2 , SnC 2 O 4 , SnO-P 2 O 5 , SnO-B 2 O 3 , SnS, SnS 2 , Sb 2 S 3 , SnF 2 , SnCl 2 , SnI 2 , and SnI 4 , and two or more of these may be used. However, it is preferable to pre-dope the substance capable of absorbing and releasing alkali metal ions and the compound decomposing into a solid electrolyte before assembling the battery, since the battery capacity is extremely reduced if the pre-doping is not performed in advance.

プリドープの方法については、特許文献(特開2015-088437)や非特許文献(「リチウム二次電池部材の測定・分析データ集」第3章、第30節、pp.200-205、技術情報協会)にも記載されているように、電気化学的手法、アルカリ金属貼り付け法、メカニカル的手法などの公知の方法が使用できる。理由は定かではないが、本発明において、骨格形成を施す電極は、Si、Si合金、Si複合化物、Si酸化物、あるいは、これらいずれか一種以上を含む混合物であると特に顕著なサイクル寿命改善効果が発揮される。 As described in a patent document (JP 2015-088437 A) and a non-patent document ("Collection of Measurement and Analysis Data for Lithium Secondary Battery Components," Chapter 3, Section 30, pp. 200-205, Technical Information Association), known methods such as electrochemical methods, alkali metal attachment methods, and mechanical methods can be used for the pre-doping method. Although the reason is unclear, in the present invention, when the electrode on which the skeleton is formed is made of Si, a Si alloy, a Si composite, a Si oxide, or a mixture containing one or more of these, a particularly significant cycle life improvement effect is exhibited.

活物質の粒子径としては、粒径の小さな活物質粉末を用いると、粒子の崩壊が低減され、電極の寿命特性が改善される傾向にある。また、比表面積が増大して、出力特性が向上される傾向にある。例えば、非特許文献(レアメタルフリー二次電池の最新技術動向,第3章第1節第4項,PP.125-135,シーエムシー出版,2013年)によれば、活物質の粒径が小さくなると初期の放電容量が増加し、サイクル寿命も改善されることが記載されており、活物質粒径は、初期の充放電効率とサイクル寿命とに相関があることがわかる。 Regarding the particle size of the active material, when an active material powder with a small particle size is used, the collapse of the particles is reduced, and the life characteristics of the electrode tend to be improved. In addition, the specific surface area tends to increase, and the output characteristics tend to be improved. For example, according to a non-patent document (Latest Technological Trends of Rare Metal-Free Secondary Batteries, Chapter 3, Section 1, Item 4, pp. 125-135, CMC Publishing, 2013), it is described that as the particle size of the active material becomes smaller, the initial discharge capacity increases and the cycle life is also improved, and it is clear that the particle size of the active material is correlated with the initial charge/discharge efficiency and the cycle life.

ただ、ナノオーダーの活物質は、取り扱いが難しいため、造粒して用いることが好ましい。例えば、特許第5525003号には、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、スチレンブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシルメチルセルロース、ポリアクリル酸のいずれか一つ以上の造粒用結着剤を用いたナノ造粒体を用いた負極が示されている。ナノオーダーの活物質を造粒することで、負極活物質の膨張収縮により銅箔に付与される応力が緩和され、銅箔の変形を防ぐことができる。 However, nano-order active materials are difficult to handle, so it is preferable to granulate them before use. For example, Patent No. 5525003 shows a negative electrode that uses nano-granules that use one or more of the following granulation binders: polyimide, polybenzimidazole, styrene butadiene rubber, polyvinylidene fluoride, carboxymethyl cellulose, and polyacrylic acid. Granulating the nano-order active material reduces the stress applied to the copper foil due to the expansion and contraction of the negative electrode active material, preventing deformation of the copper foil.

一方、本発明の骨格形成剤を、上述した負極活物質の造粒用結着剤として用いることも考えられる。その場合、活物質の一次粒子は、メディアン径(D50)0.01μm~10μmの範囲内であることが好ましく、造粒後の活物質粒子(二次粒子)は、メディアン径(D50)1μm~100μmの範囲内であることが好ましい。 On the other hand, it is also possible to use the skeleton forming agent of the present invention as a binder for granulating the above-mentioned negative electrode active material. In that case, the primary particles of the active material preferably have a median diameter ( D50 ) in the range of 0.01 μm to 10 μm, and the active material particles (secondary particles) after granulation preferably have a median diameter ( D50 ) in the range of 1 μm to 100 μm.

また、活物質の造粒方法としては、公知の造粒方法が適用可能であり、例えば、流動層造粒法、撹拌造粒法、転動式造粒法、スプレードライ法、押し出し造粒法、転動造粒法、及びコーティング造粒法が挙げられる。このうち、スプレードライ法と流動層造粒法が特に好ましい。 As a method for granulating the active material, known granulation methods can be applied, such as fluidized bed granulation, stirring granulation, rolling granulation, spray drying, extrusion granulation, rolling granulation, and coating granulation. Of these, the spray drying and fluidized bed granulation methods are particularly preferred.

スプレードライ法では、例えば、骨格形成剤に活物質を分散させた懸濁液を、50~300℃に加温した温室に上方より、1~30mL/min、空気圧0.01~5MPaで噴霧することで、凝集粒をつくり、これを乾燥させることにより造粒物を得る。 In the spray-drying method, for example, a suspension in which an active material is dispersed in a framework forming agent is sprayed from above into a greenhouse heated to 50-300°C at 1-30 mL/min and an air pressure of 0.01-5 MPa to produce agglomerated particles, which are then dried to obtain a granulated product.

流動層造粒法では、例えば、粉体原料を流動層造粒装置に入れ、下方から50~300℃に加温した温風を送り込むことで、粉体原料(造粒物前駆体)を流動させて混合し、この混合粉体原料に骨格形成剤を溶解した水を上方よりノズル噴霧し、粉体表面に均一に骨格形成剤を1~30mL/min、空気圧0.01~5MPaで噴霧することで、凝集粒をつくり、これを乾燥させることにより造粒物を得る。 In the fluidized bed granulation method, for example, the powder raw material is placed in a fluidized bed granulation device, and hot air heated to 50-300°C is blown in from below to fluidize and mix the powder raw material (granule precursor). Water in which a skeleton-forming agent has been dissolved is sprayed from a nozzle above into this mixed powder raw material, and the skeleton-forming agent is sprayed uniformly onto the powder surface at 1-30 mL/min with an air pressure of 0.01-5 MPa to create agglomerated particles, which are then dried to obtain the granules.

しかし、SiやSnなどの耐アルカリ性に乏しい活物質を用いる場合は、骨格形成剤と反応して水素ガスを発生させ、負極として成り立たない可能性が高い。そこで、本発明の骨格形成剤を用いる場合、予め造粒用有機バインダにより造粒した二次粒子に対して、骨格形成剤を噴霧し、造粒物に骨格を形成させることで水素ガスの発生を極力少なくすることができると思われる。 However, when using an active material with poor alkali resistance such as Si or Sn, there is a high possibility that it will react with the skeletal forming agent to generate hydrogen gas, and will not function as a negative electrode. Therefore, when using the skeletal forming agent of the present invention, it is believed that the generation of hydrogen gas can be minimized by spraying the skeletal forming agent onto secondary particles that have been granulated in advance with an organic granulation binder, and forming a skeleton in the granulated material.

また、造粒用有機バインダとしては、公知のものが使用できる。例えば、正極や負極に用いられるバインダであってもよいが、造粒体の化学安定性、耐熱性、耐還元性などの観点から、ポリベンゾイミダゾール、スチレンブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、セルロースナノファイバー、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミドが好ましい。 As the organic binder for granulation, known binders can be used. For example, binders used for positive and negative electrodes may be used, but from the viewpoints of chemical stability, heat resistance, reduction resistance, etc. of the granules, polybenzimidazole, styrene butadiene rubber, polyvinylidene fluoride, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, cellulose nanofiber, polyimide, polyamide, and polyamideimide are preferred.

造粒用バインダの量としては、活物質粒子を結着しうる量であれば特に限定されないが、造粒体に対して、0.1~30質量%の範囲内であることが好ましい。造粒体は、活物質粒子と造粒用バインダの他に、必要に応じて電子伝導性を付与するための導電助剤を含有させてもよい。骨格形成剤は、造粒体に対して、0.2~30質量%の範囲内で含まれていることが好ましい。このようにして得られた造粒体は、サイクル寿命特性が改善されるだけでなく、スラリーの塗工性が改善する。 The amount of the granulation binder is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the active material particles, but it is preferably within the range of 0.1 to 30% by mass of the granules. In addition to the active material particles and the granulation binder, the granules may contain a conductive assistant to impart electronic conductivity as necessary. The skeleton forming agent is preferably contained within the range of 0.2 to 30% by mass of the granules. The granules obtained in this manner not only have improved cycle life characteristics, but also have improved coating properties of the slurry.

負極用導電助剤は、電子伝導性を有していれば、特に制限はなく、上述した金属、炭素材料、導電性高分子、導電性ガラス等を用いることができる。具体的にはアセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、ファーネスブラック(FB)、サーマルブラック、ランプブラック、チェンネルブラック、ローラーブラック、ディスクブラック、カーボンブラック(CB)、カーボンファイバー(例えば、登録商標であるVGCFという名称の気相成長炭素繊維)、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノホーン、グラファイト、グラフェン、グラッシーカーボン、アモルファスカーボンなどが挙げられ、これらの一種又は二種以上を用いてもよい。 There are no particular limitations on the conductive assistant for the negative electrode, so long as it has electronic conductivity, and the above-mentioned metals, carbon materials, conductive polymers, conductive glass, etc. can be used. Specific examples include acetylene black (AB), ketjen black (KB), furnace black (FB), thermal black, lamp black, channel black, roller black, disc black, carbon black (CB), carbon fiber (for example, vapor-grown carbon fiber named VGCF, which is a registered trademark), carbon nanotubes (CNT), carbon nanohorns, graphite, graphene, glassy carbon, amorphous carbon, etc., and one or more of these may be used.

負極に含有される活物質、バインダ、導電助剤の合計を100質量%とした場合、導電助剤が0~20質量%含有されていることが好ましい。つまり、導電助剤は必要に応じて含有される。20質量%を超える場合は、電池としての活物質の割合が少ないため、電極容量密度が低くなりやすい。 When the total of the active material, binder, and conductive assistant contained in the negative electrode is taken as 100% by mass, it is preferable that the conductive assistant is contained at 0 to 20% by mass. In other words, the conductive assistant is contained as needed. If it exceeds 20% by mass, the proportion of active material in the battery is small, and the electrode capacity density is likely to be low.

負極用バインダは、通常用いられているもの、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)、ポリイミド(PI)、ポリアミド、ポリアミドイミド、アラミド、ポリアクリル、スチレンブタジエンゴム(SBR)、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)、スチレン-エチレン-ブチレン-スチレン共重合体(SEBS)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、キタンサンガム、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレンビニルアルコール、ポリビニルブチラール(PVB)、エチレンビニルアルコール、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸リチウム、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸アミン、ポリアクリル酸エステル、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ナイロン、塩化ビニール、シリコーンゴム、ニトリルゴム、シアノアクリレート、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ラテックス、ポリウレタン、シリル化ウレタン、ニトロセルロース、デキストリン、ポリビニルピロリドン、酢酸ビニル、ポリスチレン、クロロプロピレン、レゾルシノール樹脂、ポリアロマティック、変性シリコーン、メタクリル樹脂、ポリブテン、ブチルゴム、2-プロペン酸、シアノアクリル酸、メチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、アクリルオリゴマー、2-ヒドロキシエチルアクリレート、アルギン酸、デンプン、うるし、ショ糖、にかわ、ガゼイン、セルロースナノファイバー等の有機材料を1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The negative electrode binder is generally used, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyimide (PI), polyamide, polyamideimide, aramid, polyacrylic, styrene butadiene rubber (SBR), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), styrene-ethylene-butylene-styrene copolymer (SEBS), carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum, polyvinyl alcohol (PVA), ethylene vinyl alcohol, polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl alcohol, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyacrylic acid, lithium polyacrylate, sodium polyacrylate, potassium polyacrylate, ammonium polyacrylate, methyl polyacrylate, ethyl polyacrylate, amine polyacrylate, polyacrylic acid, Organic materials such as acrylic acid esters, epoxy resins, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), nylon, vinyl chloride, silicone rubber, nitrile rubber, cyanoacrylate, urea resin, melamine resin, phenolic resin, latex, polyurethane, silylated urethane, nitrocellulose, dextrin, polyvinylpyrrolidone, vinyl acetate, polystyrene, chloropropylene, resorcinol resin, polyaromatic, modified silicone, methacrylic resin, polybutene, butyl rubber, 2-propenoic acid, cyanoacrylic acid, methyl methacrylate, glycidyl methacrylate, acrylic oligomer, 2-hydroxyethyl acrylate, alginic acid, starch, urushi lacquer, sucrose, glue, casein, and cellulose nanofibers may be used alone or in combination of two or more kinds.

また、これらの有機バインダと無機バインダを混合したものでもよい。無機バインダは、ケイ酸塩系、リン酸塩系、ゾル系、セメント系などでよい。例えば、リチウムケイ酸塩、ナトリウムケイ酸塩、カリウムケイ酸塩、セシウムケイ酸塩、グアニジンケイ酸塩、アンモニウムケイ酸塩、ケイフッ化塩、ホウ酸塩、リチウムアルミン酸塩、ナトリウムアルミン酸塩、カリウムアルミン酸塩、アルミノケイ酸塩、アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸アルミニウム、ポリ硫酸ケイ酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、アンモニウムミョウバン、リチウムミョウバン、ナトリウムミョウバン、カリウムミョウバン、クロムミョウバン、鉄ミョウバン、マンガンミョウバン、硫酸ニッケルアンモニウム、珪藻土、ポリジルコノキサン、ポリタンタロキサン、ムライト、ホワイトカーボン、シリカゾル、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、アルミナゾル、コロイダルアルミナ、ヒュームドアルミナ、ジルコニアゾル、コロイダルジルコニア、ヒュームドジルコニア、マグネシアゾル、コロイダルマグネシア、ヒュームドマグネシア、カルシアゾル、コロイダルカルシア、ヒュームドカルシア、チタニアゾル、コロイダルチタニア、ヒュームドチタニア、ゼオライト、シリコアルミノフォスフェートゼオライト、セピオライト、モンモリナイト、カオリン、サポナイト、リン酸アルミニウム塩、リン酸マグネシウム塩、リン酸カルシウム塩、リン酸鉄塩、リン酸銅塩、リン酸亜鉛塩、リン酸チタン塩、リン酸マンガン塩、リン酸バリウム塩、リン酸スズ塩、低融点ガラス、しっくい、せっこう、マグネシウムセメント、リサージセメント、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント、リン酸セメント、コンクリート、固体電解質等の無機材料を1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Also, a mixture of these organic binders and inorganic binders may be used. The inorganic binder may be a silicate-based, phosphate-based, sol-based, cement-based, or other type of binder. For example, lithium silicate, sodium silicate, potassium silicate, cesium silicate, guanidine silicate, ammonium silicate, silicofluoride, borate, lithium aluminate, sodium aluminate, potassium aluminate, aluminosilicate, lithium aluminate, sodium aluminate, potassium aluminate, polyaluminum chloride, polyaluminum sulfate, polyaluminum silicate sulfate, aluminum sulfate, aluminum nitrate, ammonium alum, lithium alum, sodium alum, potassium alum, chrome alum, iron alum, manganese alum, nickel ammonium sulfate, diatomaceous earth, polyzirconoxane, polytantalum tallowane, mullite, white carbon, silica sol, colloidal silica, fumed silica, alumina sol, colloidal alumina, fumed alumina, zirconium phosphate, tetrahydrofuran ... Inorganic materials such as conia sol, colloidal zirconia, fumed zirconia, magnesia sol, colloidal magnesia, fumed magnesia, calcia sol, colloidal calcia, fumed calcia, titania sol, colloidal titania, fumed titania, zeolite, silicoaluminophosphate zeolite, sepiolite, montmorillonite, kaolin, saponite, aluminum phosphate, magnesium phosphate, calcium phosphate, iron phosphate, copper phosphate, zinc phosphate, titanium phosphate, manganese phosphate, barium phosphate, tin phosphate, low melting point glass, plaster, gypsum, magnesium cement, litharge cement, Portland cement, blast furnace cement, fly ash cement, silica cement, phosphate cement, concrete, and solid electrolytes may be used alone or in combination of two or more.

このうち、結着性および耐電解液溶出性、耐酸化還元性、エネルギー密度などの観点から、リチウムケイ酸塩、ナトリウムケイ酸塩、カリウムケイ酸塩、グアニジンケイ酸塩、アンモニウムケイ酸塩、ケイフッ化塩、アルミノケイ酸塩、リン酸アルミニウム塩、リン酸マグネシウム塩、リン酸カルシウム塩の無機材料が好ましい。 Among these, from the viewpoints of binding ability, resistance to electrolyte elution, resistance to oxidation and reduction, and energy density, inorganic materials such as lithium silicate, sodium silicate, potassium silicate, guanidine silicate, ammonium silicate, silicofluoride salt, aluminosilicate, aluminum phosphate salt, magnesium phosphate salt, and calcium phosphate salt are preferred.

ただ、無機バインダで負極を製造すると、無機バインダの比重が大きいため、重さ当たりの電極エネルギー密度が低くなる傾向がある。また、酸やアルカリの強い無機バインダでは、SiやSnなどの耐薬品性に乏しい活物質が含まれるとスラリーの混合中に水素ガスが発生し、電極塗工が困難になるばかりか、加熱乾燥の工程で発泡し均一な電極が製造できない。また、耐薬品性に乏しい集電体を用いると集電体が劣化する。 However, when negative electrodes are made with inorganic binders, the specific gravity of the inorganic binders is high, so the electrode energy density per weight tends to be low. In addition, when inorganic binders that are highly acidic or alkaline are used and contain active materials with poor chemical resistance such as Si or Sn, hydrogen gas is generated during mixing of the slurry, making it not only difficult to coat the electrode, but also foaming during the heating and drying process, making it impossible to produce a uniform electrode. In addition, using current collectors with poor chemical resistance causes the current collectors to deteriorate.

負極用バインダは、従来、合金系の負極活物質を用いる場合、充放電に伴う活物質の体積変化を抑制し、電池のサイクル寿命特性を向上させる観点から、例えば、PIが好ましいとされていたが、本発明においては、骨格形成剤で体積変化を抑制することが可能であるため、上述した通常用いられているものすべてが使用可能となる。 Conventionally, when using an alloy-based negative electrode active material, PI, for example, has been considered to be preferable as a negative electrode binder from the viewpoint of suppressing the volume change of the active material accompanying charge and discharge and improving the cycle life characteristics of the battery. However, in the present invention, since it is possible to suppress the volume change with a framework forming agent, all of the above-mentioned commonly used binders can be used.

負極に含有される活物質、バインダ、導電助剤の合計を100質量%とした場合、バインダが0.1~60質量%含有されていることが好ましく、0.5~30質量%がより好ましい。 If the total of the active material, binder, and conductive additive contained in the negative electrode is 100% by mass, the binder is preferably contained in an amount of 0.1 to 60% by mass, and more preferably 0.5 to 30% by mass.

バインダが0.1質量%未満であると電極の機械強度が低いため、骨格形成する際に、活物質が脱落しやすく、電池のサイクル寿命特性が悪くなることがある。一方、60質量%を超える場合は、イオン伝導性が低く、また電気抵抗が高くなり、また、電池としての活物質の割合が少ないため、電極容量密度が低くなりやすい。 If the binder is less than 0.1% by mass, the mechanical strength of the electrode is low, and the active material is likely to fall off during skeleton formation, which may result in poor cycle life characteristics of the battery. On the other hand, if the binder is more than 60% by mass, the ionic conductivity is low, the electrical resistance is high, and the proportion of active material in the battery is low, which tends to result in low electrode capacity density.

負極に用いられる集電体は、電子伝導性を有し、保持した負極活物質に通電し得る材料であれば特に限定されない。例えば、C、Ti、Cr、Ni、Cu、Mo、Ru、Rh、Ta、W、Os、Ir、Pt、Al、Au等の導電性物質、これら導電性物質の二種類以上を含有する合金(例えば、ステンレス鋼)を使用し得る。上記の導電性物質以外のものを用いる場合、例えば、鉄にCuやNiを被覆したような異種金属の多層構造体であってもよい。 The current collector used in the negative electrode is not particularly limited as long as it is a material that has electronic conductivity and can pass electricity through the negative electrode active material held therein. For example, conductive materials such as C, Ti, Cr, Ni, Cu, Mo, Ru, Rh, Ta, W, Os, Ir, Pt, Al, and Au, and alloys containing two or more of these conductive materials (e.g., stainless steel) can be used. When a conductive material other than the above is used, it may be a multilayer structure of heterogeneous metals, such as iron coated with Cu or Ni.

電気伝導性が高く、電解液中の安定性がよい観点から、集電体としてはC、Ti、Cr、Au、Fe、Cu、Ni、ステンレス鋼等が好ましく、さらに耐還元性と材料コストの観点からC、Cu、Ni、ステンレス鋼等が好ましい。なお、集電基材に鉄を用いる場合は、集電基材表面の酸化を防ぐため、NiやCuで被覆されたものであることが好ましい。また、従来の合金系負極は充放電に伴う負極材料の体積変化が大きいため、集電基材はステンレス鋼または鉄が好ましいとされていたが、本発明においては、骨格形成剤で集電体にかかる応力を緩和することが可能であるため、上述した通常用いられているものすべてが使用可能となる。 From the viewpoint of high electrical conductivity and good stability in the electrolyte, the current collector is preferably made of C, Ti, Cr, Au, Fe, Cu, Ni, stainless steel, etc., and from the viewpoint of reduction resistance and material cost, C, Cu, Ni, stainless steel, etc. are more preferable. When iron is used as the current collector substrate, it is preferable that it is coated with Ni or Cu to prevent oxidation of the surface of the current collector substrate. In addition, in conventional alloy-based negative electrodes, the volume change of the negative electrode material due to charging and discharging is large, so stainless steel or iron was considered to be preferable as the current collector substrate, but in the present invention, the framework forming agent can relieve the stress on the current collector, so all of the commonly used materials mentioned above can be used.

集電体の形状には、線状、棒状、板状、箔状、多孔状があり、このうち充填密度を高めることができることと、骨格形成剤が活物質層に浸透しやすいことから多孔状であってもよい。多孔状には、メッシュ、織布、不織布、エンボス体、パンチング体、エキスパンド、又は発泡体などが挙げられ、このうち、集電基材の形状は、出力特性が良好なことからエンボス体または発泡体が好ましい。 The shape of the current collector may be linear, rod-like, plate-like, foil-like, or porous. Of these, the porous shape may be used since it is possible to increase the packing density and the skeleton-forming agent can easily penetrate into the active material layer. Examples of the porous shape include mesh, woven fabric, nonwoven fabric, embossed body, punched body, expanded body, and foam. Of these, the shape of the current collector substrate is preferably embossed or foamed because it has good output characteristics.

次に、正極について正極に用いる活物質は、非水電解質二次電池で用いられる正極活物質であれば特に限定されない。アルカリ金属遷移金属酸化物系、バナジウム系、硫黄系、固溶体系(リチウム過剰系、ナトリウム過剰系、カリウム過剰系)、カーボン系、有機物系、等を含む公知の電極が用いられる。 Next, regarding the positive electrode, the active material used for the positive electrode is not particularly limited as long as it is a positive electrode active material used in non-aqueous electrolyte secondary batteries. Known electrodes including alkali metal transition metal oxide-based, vanadium-based, sulfur-based, solid solution-based (lithium excess-based, sodium excess-based, potassium excess-based), carbon-based, organic-based, etc. can be used.

アルカリ金属遷移金属酸化物系には、例えば、LiCoO2、Li0.9Na0.1CoO2、LiNiO2、LiNi0.5Co0.52、LiNi0.33Mn0.33Co0.332、LiNi0.5Mn0.2Co0.3O2、LiNi0.6Mn0.2Co0.22、LiNi0.8Mn0.1Co0.12、Li(Ni,Co,Al)O2、LiMnO2、LiMn24、LiFePO4、LiFe0.5Mn0.5PO4、LiMnPO4、Li2MnSiO4、Li2FeSiO4、Li2(Mn,Fe)SiO4、Li2CoSiO4、Li2MgSiO4、Li2CaSiO4、Li2ZnSiO4、LiNb25、LiNbO2、LiFeO2、LiMgO2、LiCaO2、LiTiO2、LiTiS2、LiCrO2、LiRuO2、LiCuO2、LiZnO2、LiMoO2、LiMoS2、LiTaO2、LiWO2、NaCoO2、NaNiO2、NaNi0.33Mn0.33Co0.332、NaMnO2、NaMn24、NaFePO4、NaFe0.5Mn0.5PO4、NaMnPO4、Na2MnSiO4、Na2FeSiO4、Na2(Mn,Fe)SiO4、Na2CoSiO4、Na2MgSiO4、Na2CaSiO4、Na2ZnSiO4、NaNb25、NaNbO2、NaFeO2、NaMgO2、NaCaO2、NaTiO2、NaTiS2、NaCrO2、NaRuO2、NaCuO2、NaZnO2、NaMoO2、NaMoS2、NaTaO2、NaWO2、KCoO2、KNiO2、KNi0.33Mn0.33Co0.332、KMnO2、KMn24、KFePO4、KFe0.5Mn0.5PO4、KMnPO4、K2MnSiO4、K2FeSiO4、K2(Mn,Fe)SiO4、K2CoSiO4、K2MgSiO4、K2CaSiO4、K2ZnSiO4、KNb25、KNbO2、KFeO2、KMgO2、KCaO2、KTiO2、KTiS2、KCrO2、KRuO2、KCuO2、KZnO2、KMoO2、KMoS2、KTaO2、KWO2等が挙げられる。 Examples of the alkali metal transition metal oxides include LiCoO2 , Li0.9Na0.1CoO2 , LiNiO2 , LiNi0.5Co0.5O2 , LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2 , LiNi0.5Mn0.2Co0.3O2 , LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 , LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 , Li ( Ni , Co , Al ) O2 , LiMnO2 , LiMn2O4 , LiFePO4 , LiFe0.5Mn0.5 PO4 , LiMnPO4 , Li2MnSiO4 , Li2FeSiO4, Li2 (Mn,Fe) SiO4 , Li2CoSiO4, Li2MgSiO4 , Li2CaSiO4 , Li2ZnSiO4 , Li Nb2O5 , LiNbO2 , LiFeO2 , LiMgO2 , LiCaO2 , LiTiO2 , LiTiS2 , LiCrO2 , LiRuO2 , LiCuO2, LiZnO2 , LiMoO2 , LiMoS2 , LiTa O 2 , LiWO 2 , NaCoO 2 , NaNiO 2 , NaNi 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 , NaMnO 2 , NaMn 2 O 4 , NaFePO 4 , NaFe 0.5 Mn 0.5 PO 4 , NaMnPO 4 , Na 2 Mn SiO4 , Na2FeSiO4 , Na2 (Mn, Fe ) SiO4 , Na2CoSiO4 , Na2MgSiO4 , Na2CaSiO4, Na2ZnSiO4 , NaNb2O5 , NaNbO2 , NaFeO 2 , NaMgO2 , NaCaO2 , NaTiO2 , NaTiS 2 , NaCrO 2 , NaRuO 2 , NaCuO 2 , NaZnO 2 , NaMoO 2 , NaMoS 2 , NaTaO 2 , NaWO 2 , KCoO 2 , KNiO 2 , KNi 0.33 Mn 0.33 Co 0.3 3 O 2 , KMnO 2 , KMn 2 O 4 , KFePO 4 , KFe 0.5 Mn 0.5 PO 4 , KMnPO 4 , K 2 MnSiO 4 , K 2 FeSiO 4 , K 2 (Mn,Fe)SiO 4 , K 2 CoSiO 4 , K 2 MgSiO 4 , K 2 Examples of such oxides include CaSiO4 , K2ZnSiO4 , KNb2O5 , KNbO2, KFeO2 , KMgO2 , KCaO2 , KTiO2 , KTiS2 , KCrO2 , KRuO2 , KCuO2 , KZnO2 , KMoO2 , KMoS2 , KTaO2 , and KWO2 .

バナジウム系には、例えば、LiV25、LiVO2、Li3VO4、Li32(PO43、NaV25、NaVO2、Na3VO4、Na32(PO43、KV25、KVO2、K3VO4、K32(PO43等が挙げられる。硫黄系には、例えば、硫黄、硫化カーボン、ポリスルフィド、ポリ硫化カーボン、硫黄変性ポリアクリルニトリル、ジスルフィド化合物、硫黄変性ゴム、硫黄変性ピッチ、硫黄変性アントラセン、硫化金属等が挙げられる。固溶体系には、例えば、Li2MnO3-LiNiO2、Li2MnO3-LiMnO2、Li2MnO3-LiCoO2、Li2MnO3-Li(Ni,Mn)O2、Li2MnO3-Li(Ni,Co)O2、Li2MnO3-Li(Mn,Co)O2、Li2MnO3-Li(Ni,Mn,Co)O2、Na2MnO3-NaNiO2、Na2MnO3-NaMnO2、Na2MnO3-NaCoO2、Na2MnO3-Na(Ni,Mn)O2、Na2MnO3-Na(Ni,Co)O2、Na2MnO3-Na(Mn,Co)O2、Na2MnO3-Na(Ni,Mn,Co)O2、K2MnO3-KNiO2、K2MnO3-KMnO2、K2MnO3-KCoO2、K2MnO3-K(Ni,Mn)O2、K2MnO3-K(Ni,Co)O2、K2MnO3-K(Mn,Co)O2、K2MnO3-K(Ni,Mn,Co)O2、等が挙げられる。 Examples of vanadium-based materials include LiV2O5 , LiVO2 , Li3VO4 , Li3V2 ( PO4 ) 3 , NaV2O5 , NaVO2 , Na3VO4 , Na3V2( PO4 ) 3 , KV2O5 , KVO2, K3VO4 , K3V2 ( PO4 ) 3 , etc. Examples of sulfur-based materials include sulfur, carbon sulfide , polysulfide , polycarbon sulfide , sulfur - modified polyacrylonitrile, disulfide compounds, sulfur-modified rubber, sulfur - modified pitch, sulfur-modified anthracene, and metal sulfide. Examples of solid solution systems include Li 2 MnO 3 -LiNiO 2 , Li 2 MnO 3 -LiMnO 2 , Li 2 MnO 3 -LiCoO 2 , Li 2 MnO 3 -Li(Ni,Mn)O 2 , Li 2 MnO 3 -Li(Ni,Co ) O 2 , Li2MnO3-Li(Mn,Co) O2 , Li2MnO3 - Li (Ni,Mn,Co) O2 , Na2MnO3 - NaNiO2 , Na2MnO3 - NaMnO2 , Na2MnO3-NaCoO2 , Na2M nO3 -Na(Ni,Mn ) O2 , Na2MnO3 -Na(Ni,Co)O2 , Na2MnO3 -Na (Mn,Co )O2, Na2MnO3 -Na(Ni,Mn,Co)O2, K2MnO3 -KNiO2, K2MnO 3 -KMnO 2 , K 2 MnO 3 -KCoO 2 , K 2 MnO 3 -K ( Ni , Mn) O 2 , K 2 MnO 3 -K ( Mn, Co)O 2 , K 2 MnO 3 -K ( Ni , Mn , Co ) O2 , etc.

カーボン系には、例えば、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン、グラッシーカーボンなどが挙げられる。有機系には、ルベアン酸、テトラシアノキノジメタン、トリキノキサリニレン、フェナジンジオキシド、トリオキソトリアンギュレン、インディゴカルミン、ニトロニルニトロキシドラジカル化合物、ラジアレン系化合物、脂肪族環状ニトロキシルラジカル類、ベンゾキノン類等が挙げられる。 Carbon-based materials include, for example, graphite, soft carbon, hard carbon, and glassy carbon. Organic materials include rubeanic acid, tetracyanoquinodimethane, triquinoxalinylene, phenazine dioxide, trioxotriangulene, indigo carmine, nitronyl nitroxide radical compounds, radialene compounds, aliphatic cyclic nitroxyl radicals, and benzoquinones.

上記した正極活物質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせてもよいが、エネルギー密度の観点から、例えば、LiCoO2、LiMn24、LiFePO4、LiFe0.5Mn0.5PO4、LiMnPO4、LiNi0.33Mn0.33Co0.332、LiNi0.5Mn0.2Co0.32、LiNi0.6Mn0.2Co0.22、LiNi0.8Mn0.1Co0.12、Li(Ni,Co,Al)O2、固溶体系、バナジウム系、硫黄系が好ましい。活物質粒子の形状は特に限定されず、球状、楕円状、切子状、帯状、ファイバー状、フレーク状、ドーナツ状、中空状であってもよい。 The above-mentioned positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more kinds. From the viewpoint of energy density, for example , LiCoO2 , LiMn2O4 , LiFePO4 , LiFe0.5Mn0.5PO4 , LiMnPO4 , LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2 , LiNi0.5Mn0.2Co0.3O2 , LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 , LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 , Li (Ni,Co,Al) O2 , solid solution systems , vanadium systems , and sulfur systems are preferred. The shape of the active material particles is not particularly limited, and may be spherical, elliptical, faceted, strip-like, fibrous, flake-like, doughnut-like, or hollow.

一方、負極の場合と同様、本発明の骨格形成剤を、上述した正極活物質の造粒用結着剤として用いることも考えられる。その場合、活物質の一次粒子はメディアン径(D50)0.01μm~10μmの範囲内であることが好ましく、造粒後の活物質粒子(二次粒子)は、メディアン径(D50)1μm~100μmの範囲内であることが好ましい。活物質の造粒方法としては、負極活物質の造粒方法と実質同様であり、公知の造粒方法が適用可能である。 On the other hand, as in the case of the negative electrode, it is also possible to use the skeleton forming agent of the present invention as a binder for granulation of the above-mentioned positive electrode active material. In that case, the primary particles of the active material preferably have a median diameter (D 50 ) in the range of 0.01 μm to 10 μm, and the active material particles (secondary particles) after granulation preferably have a median diameter (D 50 ) in the range of 1 μm to 100 μm. The granulation method of the active material is substantially the same as the granulation method of the negative electrode active material, and known granulation methods can be applied.

また、導電助剤は、電子伝導性を有していれば特に制限はなく、例えば、金属、炭素材料、導電性高分子、導電性ガラス等が挙げられるが、高い電子伝導性と耐酸化性の観点から、炭素材料が好ましい。具体的にはアセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、ファーネスブラック(FB)、サーマルブラック、ランプブラック、チェンネルブラック、ローラーブラック、ディスクブラック、カーボンブラック(CB)、カーボンファイバー(例えば、登録商標であるVGCFという名称の気相成長炭素繊維)、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノホーン、グラファイト、グラフェン、グラッシーカーボン、アモルファスカーボンなどが挙げられ、これらの一種又は二種以上を用いてもよい。 The conductive assistant is not particularly limited as long as it has electronic conductivity, and examples thereof include metals, carbon materials, conductive polymers, conductive glass, etc., but carbon materials are preferred from the viewpoint of high electronic conductivity and oxidation resistance. Specific examples include acetylene black (AB), ketjen black (KB), furnace black (FB), thermal black, lamp black, channel black, roller black, disc black, carbon black (CB), carbon fiber (for example, vapor-grown carbon fiber named VGCF, which is a registered trademark), carbon nanotubes (CNT), carbon nanohorns, graphite, graphene, glassy carbon, amorphous carbon, etc., and one or more of these may be used.

前記正極に含有される活物質、バインダ、導電助剤の合計を100質量%とした場合、導電助剤が0~20質量%含有されていることが好ましい。つまり、導電助剤は必要に応じて含有される。20質量%を超える場合は、電池としての活物質の割合が少ないため、電極容量密度が低くなりやすい。 When the total of the active material, binder, and conductive assistant contained in the positive electrode is taken as 100% by mass, it is preferable that the conductive assistant is contained in an amount of 0 to 20% by mass. In other words, the conductive assistant is contained as needed. If it exceeds 20% by mass, the proportion of active material in the battery is small, and the electrode capacity density tends to be low.

正極用バインダは、通常用いられているもの、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)、ポリイミド(PI)、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリル、スチレンブタジエンゴム(SBR)、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)、スチレン-エチレン-ブチレン-スチレン共重合体(SEBS)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、キタンサンガム、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、エチレンビニルアルコール、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸リチウム、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸アミン、ポリアクリル酸エステル、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ナイロン、塩化ビニール、シリコーンゴム、ニトリルゴム、シアノアクリレート、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ラテックス、ポリウレタン、シリル化ウレタン、ニトロセルロース、デキストリン、ポリビニルピロリドン、酢酸ビニル、ポリスチレン、クロロプロピレン、レゾルシノール樹脂、ポリアロマティック、変性シリコーン、メタクリル樹脂、ポリブテン、ブチルゴム、2-プロペン酸、シアノアクリル酸、メチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、アクリルオリゴマー、2-ヒドロキシエチルアクリレート、ポリアセタール、アルギン酸、デンプン、ショ糖、うるし、にかわ、ガゼイン、セルロースナノファイバー等の有機材料を1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、これらの有機バインダと無機バインダを混合したものでもよい。 Positive electrode binders include those that are commonly used, such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyimide (PI), polyamide, polyamideimide, polyacrylic, styrene butadiene rubber (SBR), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), styrene-ethylene-butylene-styrene copolymer (SEBS), carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum, polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl alcohol, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyacrylic acid, lithium polyacrylate, sodium polyacrylate, potassium polyacrylate, ammonium polyacrylate, methyl polyacrylate, ethyl polyacrylate, amine polyacrylate, polyacrylic ester, epoxy resin, etc. Organic materials such as grease, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), nylon, vinyl chloride, silicone rubber, nitrile rubber, cyanoacrylate, urea resin, melamine resin, phenolic resin, latex, polyurethane, silylated urethane, nitrocellulose, dextrin, polyvinylpyrrolidone, vinyl acetate, polystyrene, chloropropylene, resorcinol resin, polyaromatic, modified silicone, methacrylic resin, polybutene, butyl rubber, 2-propenoic acid, cyanoacrylic acid, methyl methacrylate, glycidyl methacrylate, acrylic oligomer, 2-hydroxyethyl acrylate, polyacetal, alginic acid, starch, sucrose, lacquer, glue, casein, and cellulose nanofibers may be used alone or in combination of two or more. Also, a mixture of these organic binders and inorganic binders may be used.

無機バインダは、例えば、ケイ酸塩系、リン酸塩系、ゾル系、セメント系などでよい。ただ、無機バインダだけで正極を製造すると、無機バインダの比重が大きいため、重さ当たりの電極エネルギー密度が低くなる傾向がある。 The inorganic binder may be, for example, a silicate-based, phosphate-based, sol-based, or cement-based binder. However, if a positive electrode is manufactured using only an inorganic binder, the electrode energy density per weight tends to be low because the inorganic binder has a large specific gravity.

正極用バインダは、従来、硫黄系やバナジウム系、固溶体系の正極活物質を用いる場合、充放電に伴う活物質の体積変化を抑制し、電池のサイクル寿命特性を向上させる観点から、高結着性のバインダが好ましいとされていたが、本発明においては、骨格形成剤で体積変化を抑制することが可能であるため、上述した通常用いられているものすべてが使用可能となる。 Conventionally, when using sulfur-based, vanadium-based, or solid solution-based positive electrode active materials, a binder with high binding properties has been considered preferable from the viewpoint of suppressing the volume change of the active material due to charging and discharging and improving the cycle life characteristics of the battery. However, in the present invention, since it is possible to suppress the volume change with the framework forming agent, all of the commonly used binders mentioned above can be used.

正極に含有される活物質、バインダ、導電助剤の合計を100質量%とした場合、バインダが0.1~60質量%含有されていることが好ましい。バインダが0.1質量%未満であると電極の機械強度が低いため、骨格形成する際に、活物質が脱落しやすく、電池のサイクル寿命特性が悪くなることがある。一方、60質量%を超える場合は、イオン伝導性が低く、また電気抵抗が高くなり、また、電池としての活物質の割合が少ないため、電極容量密度が低くなりやすい。 When the total of the active material, binder, and conductive additive contained in the positive electrode is taken as 100% by mass, it is preferable that the binder is contained at 0.1 to 60% by mass. If the binder is less than 0.1% by mass, the mechanical strength of the electrode is low, so that the active material is likely to fall off during skeleton formation, and the cycle life characteristics of the battery may deteriorate. On the other hand, if the binder exceeds 60% by mass, the ion conductivity is low, the electrical resistance is high, and the proportion of active material in the battery is small, so the electrode capacity density is likely to be low.

正極に用いられる集電体は、電子伝導性を有し、保持した正極活物質に通電し得る材料であれば特に限定されない。例えば、C、Ti、Cr、Ni、Cu、Mo、Ru、Rh、Ta、W、Os、Ir、Pt、Au、Al等の導電性物質、これら導電性物質の二種類以上を含有する合金(例えば、ステンレス鋼)を使用し得る。上記の導電性物質以外のものを用いる場合、例えば、鉄にAlを被覆したような異種金属の多層構造体であってもよい。電気伝導性が高く、電解液中の安定性がよい観点から、集電体としてはC、Ti、Cr、Au、Al、ステンレス鋼等が好ましく、さらに耐酸化性と材料コストの観点からC、Al、ステンレス鋼等が好ましい。より好ましくは、炭素被覆されたAl、炭素被覆されたステンレス鋼が好ましい。 The current collector used for the positive electrode is not particularly limited as long as it has electronic conductivity and can pass electricity through the positive electrode active material held therein. For example, conductive materials such as C, Ti, Cr, Ni, Cu, Mo, Ru, Rh, Ta, W, Os, Ir, Pt, Au, and Al, and alloys containing two or more of these conductive materials (e.g., stainless steel) can be used. When using conductive materials other than those mentioned above, for example, a multilayer structure of different metals such as iron coated with Al may be used. From the viewpoint of high electrical conductivity and good stability in the electrolyte, C, Ti, Cr, Au, Al, stainless steel, etc. are preferred as the current collector, and further from the viewpoint of oxidation resistance and material cost, C, Al, stainless steel, etc. are preferred. Carbon-coated Al and carbon-coated stainless steel are more preferred.

集電体の形状には、線状、棒状、板状、箔状、多孔状があり、このうち充填密度を高めることができることと、骨格形成剤が活物質層に浸透しやすいことから多孔状であってもよい。多孔状には、メッシュ、織布、不織布、エンボス体、パンチング体、エキスパンド、又は発泡体などが挙げられ、このうち、集電基材の形状は、出力特性が良好なことからエンボス体、または発泡体が好ましい。 The shape of the current collector may be linear, rod-like, plate-like, foil-like, or porous. Of these, the porous shape may be used because it allows for a high packing density and allows the skeleton-forming agent to easily penetrate into the active material layer. Examples of porous shapes include mesh, woven fabric, nonwoven fabric, embossed body, punched body, expanded body, and foam. Of these, the shape of the current collector substrate is preferably embossed or foamed because of its good output characteristics.

また、この電極は、非水電解質二次電池用の電極であって、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の骨格形成剤が、少なくとも活物質層内に存在する。この構成によれば、電極に骨格形成剤を塗布等することによって、活物質層に骨格形成剤が浸透し、活物質層内に強固な骨格を形成する。これにより、電極の体積変化を緩和し、電極表面の絶縁性が向上する。 This electrode is an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and the skeletal forming agent according to any one of claims 1 to 7 is present at least in the active material layer. According to this configuration, by applying the skeletal forming agent to the electrode, the skeletal forming agent penetrates into the active material layer and forms a strong skeleton in the active material layer. This reduces the volume change of the electrode and improves the insulation of the electrode surface.

また、この電極は、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の骨格形成剤が、活物質層内に存在し、前記活物質層内において、活物質同士の間に隙間が存在する。この構成によれば、電極に骨格形成剤を塗布等することによって、活物質層に骨格形成剤が浸透するため、活物質層内において活物質同士の隙間が完全に骨格形成剤で満たされず、活物質同士の隙間が残存する。これにより、充放電時の活物質の膨張収縮を許容し、電極の集電体のしわや亀裂等の発生を抑制する。 In addition, in this electrode, the skeletal former according to any one of claims 1 to 7 is present in the active material layer, and gaps exist between the active materials in the active material layer. According to this configuration, by applying the skeletal former to the electrode, the skeletal former penetrates into the active material layer, so that the gaps between the active materials in the active material layer are not completely filled with the skeletal former, and gaps between the active materials remain. This allows the active materials to expand and contract during charging and discharging, and suppresses the occurrence of wrinkles, cracks, etc. in the electrode current collector.

また、この電極は、前記ケイ酸塩系骨格形成剤の層の表面に、前記耐アルカリ性の無機粒子を含む層を有する。この構成によれば、無機粒子の層を備えることで、強固な骨格を形成することができるとともに、乾燥時の剥離やクラックの発生を抑制することができる。また、無機粒子の層がセパレータの代わりとなり、別途セパレータを用いずに、電池を構成することも可能となる。なお、骨格形成剤がリン酸塩系である場合は、耐酸性の無機粒子を含む層とする。 This electrode also has a layer containing the alkali-resistant inorganic particles on the surface of the layer of silicate-based skeletal forming agent. With this configuration, the layer of inorganic particles can form a strong skeleton and can suppress peeling and cracking during drying. The layer of inorganic particles also serves as a separator, making it possible to construct a battery without using a separate separator. When the skeletal forming agent is a phosphate-based agent, the layer contains acid-resistant inorganic particles.

好ましくは、この電極は、片面塗工された電極の単位面積当たりの前記骨格形成剤が、0.01mg/cm2以上3mg/cm2以下である、あるいは、両面塗工された電極の単位面積当たりの前記骨格形成剤が、0.02mg/cm2以上6mg/cm2以下である。より好ましくは、片面塗工された電極の単位面積当たりの前記骨格形成剤が、0.05mg/cm2以上3mg/cm2以下である、あるいは、両面塗工された電極の単位面積当たりの前記骨格形成剤が、0.1mg/cm2以上6mg/cm2以下である。 Preferably, the amount of the skeletal former per unit area of the electrode coated on one side is from 0.01 mg/ cm2 to 3 mg/ cm2 , or the amount of the skeletal former per unit area of the electrode coated on both sides is from 0.02 mg/ cm2 to 6 mg/ cm2 . More preferably, the amount of the skeletal former per unit area of the electrode coated on one side is from 0.05 mg/ cm2 to 3 mg/ cm2 , or the amount of the skeletal former per unit area of the electrode coated on both sides is from 0.1 mg/ cm2 to 6 mg/ cm2 .

また、この電極は、アルカリ金属と合金化が可能な活物質又はアルカリ金属イオンを吸蔵することが可能な活物質と、有機バインダ及び前記骨格形成剤を備える。 The electrode also includes an active material capable of being alloyed with an alkali metal or capable of absorbing alkali metal ions, an organic binder, and the skeletal forming agent.

好ましくは、この電極は、活物質、導電助剤、バインダおよび骨格形成剤の固形分合計を100質量%とした場合、骨格形成剤が、0.1質量%以上30質量%以下が好ましく、より好ましくは、0.2質量%以上20質量%以下、さらに好ましくは、0.5質量%以上10質量%以下である。 When the total solid content of the active material, conductive assistant, binder, and skeletal former is taken as 100% by mass, the skeletal former is preferably 0.1% by mass to 30% by mass, more preferably 0.2% by mass to 20% by mass, and even more preferably 0.5% by mass to 10% by mass.

本発明に係るセパレータは、非水電解質二次電池用のセパレータであって、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の骨格形成剤が、少なくとも表面に存在していることを特徴とする。 The separator according to the present invention is a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that the framework forming agent according to any one of claims 1 to 7 is present at least on the surface.

この構成によれば、高強度で耐熱性に優れ、サイクル寿命特性が向上したセパレータとなる。ここで、セパレータは、非水電解質二次電池に一般に用いられるものが使用できる。また、セパレータの材質としては、特に限定されない。短絡時の局所的な発熱で、メルトダウンしないようにセラミックス層がコートまたは充填されているセパレータであってもよい。また、セパレータの形状は、微多孔膜、織布、不織布、圧粉体が挙げられ、形状は特に限定されない。 This configuration results in a separator with high strength, excellent heat resistance, and improved cycle life characteristics. Here, the separator may be one that is generally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries. The material of the separator is not particularly limited. The separator may be coated or filled with a ceramic layer to prevent meltdown due to localized heat generation during a short circuit. The shape of the separator is not particularly limited, and examples of the shape include a microporous membrane, a woven fabric, a nonwoven fabric, and a powder compact.

セパレータに骨格形成剤を塗布することで、短絡時の局所的な発熱で、セパレータ基材がメルトダウンして電池の短絡を抑制することができる。また、電池を充電した際に、正極側のセパレータの酸化を抑制することができるため、電池の自己放電を抑制する。加えて、セパレータの耐熱性が向上するため、釘刺しや過充電の安全性が改善される。 By applying a framework-forming agent to the separator, localized heat generation during a short circuit can cause the separator base material to melt down, preventing the battery from shorting out. In addition, oxidation of the separator on the positive electrode side can be suppressed when the battery is charged, thereby preventing the battery from self-discharge. In addition, the heat resistance of the separator is improved, improving safety against nail penetration and overcharging.

また、ケイ酸塩系骨格形成剤には、耐アルカリ性を有するセラミックスなどの無機粒子が含まれていてもよい。その場合、セラミックスの粒径が、0.2~20μmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは、0.25~10μmの範囲内である。ただし、リン酸塩系では、耐酸性を有するセラミックスなどの無機粒子が含まれていてもよい。その場合もケイ酸塩系と同様である。 The silicate-based skeleton-forming agent may also contain inorganic particles such as alkali-resistant ceramics. In this case, the particle size of the ceramics is preferably within the range of 0.2 to 20 μm, and more preferably within the range of 0.25 to 10 μm. However, the phosphate-based agent may also contain inorganic particles such as acid-resistant ceramics. In this case, the same applies as for the silicate-based agent.

その他、既存のセラミックスコートセパレータのセラミックス層に対して、骨格形成剤を塗布・充填し、耐熱性を向上させたセパレータであってもよい。 Alternatively, a separator with improved heat resistance may be used by applying and filling a skeleton-forming agent onto the ceramic layer of an existing ceramic-coated separator.

セパレータの空隙率は、30%以上であるものが好ましく、アルカリ金属イオン伝導性と耐デンドライト特性の観点から、40%以上90%以下であることがより好ましい。また、ガーレー試験法によって得られる透気度が3000秒/100cc以下であることが好ましい。ここで、空隙率はセパレータの見掛け密度と構成材料の固形分の真密度から、空隙率(%)=100-(セパレータの見掛け密度/材料固形分の真密度)×100、の式により算出した値である。また、ガーレー透気度とは、JIS P 8117に規定されたガーレー試験機法による透気抵抗度である。 The porosity of the separator is preferably 30% or more, and from the viewpoint of alkali metal ion conductivity and dendrite resistance, it is more preferably 40% to 90%. In addition, it is preferable that the air permeability obtained by the Gurley test method is 3000 seconds/100cc or less. Here, the porosity is a value calculated from the apparent density of the separator and the true density of the solid content of the constituent materials by the formula: porosity (%) = 100 - (apparent density of separator / true density of material solid content) x 100. In addition, the Gurley air permeability is the air permeability resistance measured by the Gurley tester method specified in JIS P 8117.

好ましくは、このセパレータは、片面塗工されたセパレータの単位面積当たりの前記骨格形成剤が、0.01mg/cm2以上3mg/cm2以下である、あるいは、両面塗工されたセパレータの単位面積当たりの前記骨格形成剤が、0.02mg/cm2以上6mg/cm2以下である。 Preferably, the amount of the skeletal forming agent per unit area of the separator coated on one side is 0.01 mg/ cm2 or more and 3 mg/ cm2 or less, or the amount of the skeletal forming agent per unit area of the separator coated on both sides is 0.02 mg/ cm2 or more and 6 mg/ cm2 or less.

本発明に係る電極の製造方法は、非水電解質二次電池の電極の製造方法であって、成分にシロキサン結合を有するケイ酸塩を含む骨格形成剤または、リン酸塩を含む骨格形成剤を、前記電極の活物質層の表面につける工程Aと、前記電極を乾燥する工程Bと、を備える。この構成によれば、骨格形成剤を電極の製造に用いることで、耐熱性に優れ高強度で、サイクル寿命特性が向上した電極を製造できる。 The method for manufacturing an electrode according to the present invention is a method for manufacturing an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and includes a step A of applying a skeletal former containing a silicate having a siloxane bond or a skeletal former containing a phosphate to the surface of the active material layer of the electrode, and a step B of drying the electrode. According to this configuration, by using a skeletal former in the manufacture of the electrode, it is possible to manufacture an electrode that has excellent heat resistance, high strength, and improved cycle life characteristics.

また、この電極の製造方法は、前記工程Aにおいて、前記活物質層の表面から内部に前記骨格形成剤が浸透する。 In addition, in the manufacturing method of this electrode, in step A, the framework forming agent penetrates from the surface to the inside of the active material layer.

また、この電極の製造方法は、前記工程Aは、前記骨格形成剤を入れた槽に、前記電極を含浸する工程である。 In addition, in the manufacturing method of this electrode, step A is a step of impregnating the electrode in a tank containing the skeleton-forming agent.

好ましくは、この電極の製造方法は、前記骨格形成剤におけるケイ酸塩またはリン酸塩、の固形分濃度が、0.1乃至30質量部であり、前記工程Bは、60℃以上の温度で熱処理する工程である。60℃未満で乾燥すると、電極やセパレータとの結着強度が低く、またこれらの水分を十分に除去できないため、電池を組んだ際に安定した寿命特性が得られにくくなる。 Preferably, in the method for producing this electrode, the solids concentration of the silicate or phosphate in the framework forming agent is 0.1 to 30 parts by mass, and step B is a step of heat treating at a temperature of 60°C or higher. If the material is dried at a temperature below 60°C, the bonding strength with the electrodes and separator is low, and the moisture cannot be sufficiently removed, making it difficult to obtain stable life characteristics when assembled into a battery.

ここで、電極の製造方法は、例えば、活物質と、バインダと、必要に応じて添加される導電助剤とを混合しスラリー化したものを集電体に塗布し、仮乾燥させた後、骨格形成剤が溶解した水を活物質層に充填し、60℃以上で熱処理を行うことで電極を得る。すなわち、スラリー塗工法により得られた電極を骨格形成剤を活物質層に充填し、熱処理することで電極を得る。仮乾燥は、スラリー内の溶媒が揮発除去できる方法であれば特に限定されないが、例えば、大気中50~200℃の温度雰囲気下で熱処理を行う方法を挙げることができる。 Here, the electrode is manufactured, for example, by mixing an active material, a binder, and an optional conductive assistant to form a slurry, applying the mixture to a current collector, pre-drying, and then filling the active material layer with water in which a skeletal forming agent has been dissolved, and performing heat treatment at 60°C or higher to obtain an electrode. That is, the electrode obtained by the slurry coating method is filled with a skeletal forming agent in the active material layer, and then performing heat treatment to obtain an electrode. Pre-drying is not particularly limited as long as it is a method that can volatilize and remove the solvent in the slurry, but an example of the method is a method in which heat treatment is performed in air at a temperature of 50 to 200°C.

また、この熱処理は、温度が高温になれば、熱処理時間が短くすることができることと、骨格形成剤の強度が向上することから、好ましくは80℃以上、より好ましくは100℃以上、望ましくは110℃以上である。なお、熱処理の上限温度としては、集電体が溶融しなければ特に限定されず、例えば、銅の融点である約1000℃まで上昇させてもよい。従来の電極であれば、電極用バインダが炭化したり、集電体が軟化することがあったため、上限温度は1000℃よりもはるかに低く見積もられていたが、本発明においては、骨格形成剤が優れた耐熱性を示し、集電体の強度よりも強固であることから、温度の上限は1000℃である。 In addition, the heat treatment is preferably performed at 80°C or higher, more preferably 100°C or higher, and desirably 110°C or higher, because a higher temperature can shorten the heat treatment time and improve the strength of the skeleton-forming agent. The upper limit of the heat treatment temperature is not particularly limited as long as the current collector does not melt, and may be increased to, for example, about 1000°C, which is the melting point of copper. In conventional electrodes, the upper limit of the temperature was estimated to be much lower than 1000°C because the electrode binder could carbonize or the current collector could soften, but in the present invention, the skeleton-forming agent exhibits excellent heat resistance and is stronger than the current collector, so the upper limit of the temperature is 1000°C.

また、熱処理の時間は、0.5~100時間保持することによって行うことができる。熱処理の雰囲気は、大気中であってもかまわないが、集電体の酸化を防ぐため、非酸化雰囲気下で処理することが好ましい。非酸化雰囲気下とは、酸素ガスの存在量が空気中よりも少ない環境を意味する。例えば、減圧環境、真空環境、水素ガス雰囲気、チッ素ガス雰囲気、希ガス雰囲気などであってもよい。 The heat treatment can be performed for 0.5 to 100 hours. The heat treatment can be performed in air, but it is preferable to perform the treatment in a non-oxidizing atmosphere to prevent oxidation of the current collector. A non-oxidizing atmosphere means an environment in which the amount of oxygen gas present is less than that in air. For example, it may be a reduced pressure environment, a vacuum environment, a hydrogen gas atmosphere, a nitrogen gas atmosphere, a rare gas atmosphere, etc.

また、不可逆容量のある材料を用いた電極の場合は、リチウムドープにより、不可逆容量をキャンセルしていることが好ましい。リチウムドープの方法としては、特に限定されないが、例えば、(i)電極集電体上の活物質層がない部分に金属リチウムを貼り付け、注液することでローカルセルを形成し、電極活物質中にリチウムをドープする方法、(ii)電極集電体上の活物質層上に金属リチウムを貼り付け、注液することで強制短絡させ、電極活物質中にリチウムをドープする方法、(iii)活物質層上に蒸着やスパッタにより金属リチウムを成膜し、固相反応で電極活物質中にリチウムをドープする方法、(iv)電池構成前の電極に、電解液中で電気化学的にリチウムをドープする方法、(v)活物質粉末に金属リチウムを加え混合処理することで、活物質中にリチウムをドープする方法等が挙げられる。 In addition, in the case of an electrode using a material with irreversible capacity, it is preferable to cancel the irreversible capacity by lithium doping. The lithium doping method is not particularly limited, but examples include (i) a method in which metallic lithium is attached to a part of the electrode collector where there is no active material layer, and a local cell is formed by injecting the lithium, and lithium is doped into the electrode active material, (ii) a method in which metallic lithium is attached to the active material layer on the electrode collector, and a forced short circuit is caused by injecting the lithium, and lithium is doped into the electrode active material, (iii) a method in which metallic lithium is formed on the active material layer by deposition or sputtering, and lithium is doped into the electrode active material by a solid-phase reaction, (iv) a method in which lithium is electrochemically doped in an electrolyte before the battery is constructed, and (v) a method in which metallic lithium is added to an active material powder and mixed to dope lithium into the active material.

その他、電極の製造方法としては、例えば、活物質あるいは活物質前駆体を化学めっき法やスパッタリング法、蒸着法、ガスデポジション法などを用いて、集電体上に活物質層を形成して一体化する方法などとしてもよいが、骨格形成剤の親液性と電極製造コストの観点から、スラリー塗工法が好ましい。 Other methods for manufacturing electrodes include forming an active material layer on a current collector using, for example, chemical plating, sputtering, vapor deposition, or gas deposition of an active material or an active material precursor, and integrating the active material layer onto the current collector. From the viewpoint of the lyophilicity of the framework-forming agent and the cost of manufacturing the electrode, however, a slurry coating method is preferred.

本発明に係る電池は、請求項8乃至13のいずれか1項に記載の電極、又は、請求項14に記載のセパレータ、を備えることを特徴とする。この構成によれば、サイクル寿命特性に優れ、安全性の良好な電池とすることができる。 The battery according to the present invention is characterized by comprising the electrode according to any one of claims 8 to 13 or the separator according to claim 14. This configuration makes it possible to obtain a battery with excellent cycle life characteristics and good safety.

例えば、上記の電極(正極又は負極)を用いた電池であれば、正極と負極とをセパレータを介して接合され、電解液内に浸漬した状態で密閉化された電池構造が考えられる。なお、電池の構造はこれに限られず、積層式電池、捲回式電池などの既存の電池形態や構造等に適用可能である。 For example, in the case of a battery using the above-mentioned electrodes (positive or negative electrodes), the positive and negative electrodes are joined via a separator, and the battery structure is sealed while immersed in an electrolyte. Note that the battery structure is not limited to this, and the battery can be applied to existing battery forms and structures such as stacked batteries and wound batteries.

また、この電池に用いる電解質は、正極から負極、または負極から正極にアルカリ金属イオンを移動させることのできる液体または固体であればよく、公知の非水電解質二次電池に用いられる電解質と同じものが使用可能である。例えば、電解液、ゲル電解質、固体電解質、イオン性液体、溶融塩があげられる。ここで、電解液とは、電解質が溶媒に溶けた状態のものをいう。 The electrolyte used in this battery may be a liquid or solid that can transfer alkali metal ions from the positive electrode to the negative electrode or from the negative electrode to the positive electrode, and the same electrolytes used in known nonaqueous electrolyte secondary batteries can be used. Examples include electrolytic solutions, gel electrolytes, solid electrolytes, ionic liquids, and molten salts. Here, electrolytic solutions refer to electrolytes dissolved in a solvent.

電解質としては、アルカリ金属イオンを含有する必要があることから、その電解質塩としては、非水電解質二次電池で用いられるものであれば特に限定されないが、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩が好適である。このアルカリ金属塩としては、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCFSO4)、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド(LiN(SO2CF32)、リチウムビスペンタフルオロエタンスルホニルイミド(LiN(SO2252)、リチウムビスオキサレートボレート(LiBC48)、ヘキサフルオロリン酸ナトリウム、過塩素酸ナトリウム、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、トリフルオロメタンスルホン酸ナトリウム及びトリフルオロメタンスルホン酸イミドナトリウム、ヘキサフルオロリン酸カリウム、過塩素酸カリウム、テトラフルオロホウ酸カリウム、トリフルオロメタンスルホン酸カリウム及びトリフルオロメタンスルホン酸イミドカリウムなどからなる群より選択される少なくとも1種以上を用いることができる。 Since the electrolyte must contain an alkali metal ion, the electrolyte salt is not particularly limited as long as it is used in nonaqueous electrolyte secondary batteries, but alkali metal salts such as lithium salts, sodium salts, and potassium salts are preferred. As the alkali metal salt, at least one selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 4 ), lithium bistrifluoromethanesulfonylimide (LiN(SO 2 CF 3 ) 2 ), lithium bispentafluoroethanesulfonylimide (LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 ), lithium bisoxalateborate (LiBC 4 O 8 ), sodium hexafluorophosphate, sodium perchlorate, sodium tetrafluoroborate, sodium trifluoromethanesulfonate, sodium trifluoromethanesulfonimide, potassium hexafluorophosphate, potassium perchlorate, potassium tetrafluoroborate, potassium trifluoromethanesulfonate, and potassium trifluoromethanesulfonimide can be used.

電解質の溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、γ-ブチロラクトン(GBL)、メチル-γ-ブチロラクトン、メチルラクトン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラン(DOL)、4-メチル-1,3-ジオキソラン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、ジエチルエーテル、フラン、ジメチルフラン、テトラヒドロフラン(THF)、メチルテトラハイドロフラン(MeTHF)、テトラヒドロプラン(THP)、ジオキサン(DIOX)、クラウンエーテル、ジメトキシメタン(DMM)、ジメトキシエタン(DME)、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、酢酸メチル(MA)、酢酸エチル(EA)、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、メチルフルオロアセテート、エチルトリフルオロアセテート、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酪酸エチル、酪酸プロピル、メチル酪酸プロピル、酢酸ビニル、シアノ酢酸メチル、γ-バレロラクトン、σ-バレロラクトン、ε-カプロラクトン、γ-ヘキサラクトン、γ-ウンデカラクトン、リン酸トリメチル(TMP)、リン酸トリエチル(TEP)、トリ-n-プロピルフォスフェート、トリオクチルホスファート、リン酸トリフェニル、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、エチレンジアミン、ピリジン、N-メチルイミダゾール、ジメチルサルフェート、ジメチルサルファイト、ジプロピルサルファイト、エチレンサルファイト、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジフェニルスルホン、スルホラン、メチルスルホラン、メタンスルホン酸メチル、ベンゼンスルホン酸メチル、トリフルオロメタンスルホン酸メチル、プロパンスルホン、ブタンスルホン、ジメチルスルホキシド、ジフェニルジスルフィド、ジメチルスルフィド、ジエチルスルフィド、アセトニトリル、プロパンニトリル、アジポニトリル、バレロニトリル、グルタニトリル、マロノニトリル、スクシノニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、イソブチロニトリル、ビフェニル、無水コハク酸、t-ブチルベンゼン、ナフタレン、シクロヘキシルベンゼン、ベンゾトリアゾール、チオフェン、トルエン、メチルエチルケトン、ベンゼン、フルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、ニトロメタン、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(EVC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、エチレンサルファイト(ES)よりなる群から選択される少なくとも1種を用いることができる。 Examples of electrolyte solvents include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), gamma-butyrolactone (GBL), methyl-gamma-butyrolactone, methyl lactone, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane (DOL), 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, diethyl ether, furan, dimethylfuran, tetrahydrofuran (THF), methyltetrahydrofuran (MeTHF), tetrahydrofuran (THP), dioxane (DIOX), and clathrate. ether, dimethoxymethane (DMM), dimethoxyethane (DME), diglyme, triglyme, tetraglyme, methyl acetate (MA), ethyl acetate (EA), propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, methyl fluoroacetate, ethyl trifluoroacetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, ethyl butyrate, propyl butyrate, methyl propyl butyrate, vinyl acetate, methyl cyanoacetate, γ-valerolactone, σ-valerolactone, ε-caprolactone, γ-hexalactone, γ-undecalactone, trimethyl phosphate (TMP), triethyl phosphate (TEP), tri- n-Propyl phosphate, trioctyl phosphate, triphenyl phosphate, N,N-dimethylformamide (DMF), ethylenediamine, pyridine, N-methylimidazole, dimethyl sulfate, dimethyl sulfite, dipropyl sulfite, ethylene sulfite, dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, diphenyl sulfone, sulfolane, methyl sulfolane, methyl methanesulfonate, methyl benzenesulfonate, methyl trifluoromethanesulfonate, propanesulfone, butanesulfone, dimethylsulfoxide, diphenyl disulfide, dimethyl sulfide, diethyl sulfide, acetonitrile, propanenitrile, azido At least one selected from the group consisting of polynitrile, valeronitrile, glutanitrile, malononitrile, succinonitrile, pimelonitrile, suberonitrile, isobutyronitrile, biphenyl, succinic anhydride, t-butylbenzene, naphthalene, cyclohexylbenzene, benzotriazole, thiophene, toluene, methyl ethyl ketone, benzene, fluorobenzene, hexafluorobenzene, nitromethane, N,N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, vinylene carbonate (VC), vinylethylene carbonate (EVC), fluoroethylene carbonate (FEC), and ethylene sulfite (ES) can be used.

イオン性液体や溶融塩は、カチオン(陽イオン)の種類でピリジン系、脂環族アミン系、脂肪族アミン系などに類別される。これに組み合わせるアニオン(陰イオン)の種類を選択することで、多様なイオン性液体又は溶融塩を合成できる。カチオンには、イミダゾリウム塩類・ピリジニウム塩類などのアンモニウム系、ホスホニウム系イオン、無機系イオンなど、アニオンの採用例としては、臭化物イオンやトリフラートなどのハロゲン系、テトラフェニルボレートなどのホウ素系、ヘキサフルオロホスフェートなどのリン系などがある。 Ionic liquids and molten salts are classified according to the type of cation (positive ion), such as pyridine, alicyclic amine, and aliphatic amine. By selecting the type of anion (negative ion) to be combined with this, a variety of ionic liquids and molten salts can be synthesized. Cations include ammonium ions such as imidazolium salts and pyridinium salts, phosphonium ions, and inorganic ions, while examples of anions include halogen ions such as bromide ions and triflates, boron ions such as tetraphenylborate, and phosphorus ions such as hexafluorophosphate.

イオン性液体や溶融塩は、例えば、イミダゾリニウム等のカチオンと、Br-、Cl-、BF4-、PF6-、(CF3SO22N-、CF3SO3-、FeCl4-等のアニオンと組み合わせて構成するような公知の合成方法で得ることができる。イオン性液体や溶融塩であれば、電解質を加えなくても電解液として機能することができる。 Ionic liquids and molten salts can be obtained by known synthesis methods, for example, by combining a cation such as imidazolinium with an anion such as Br-, Cl-, BF4- , PF6- , ( CF3SO2 ) 2N- , CF3SO3- , FeCl4- , etc. Ionic liquids and molten salts can function as an electrolytic solution without the addition of an electrolyte.

本発明に係る電気機器は、請求項19に記載の電池を備えることを特徴とする。 The electrical device according to the present invention is characterized by comprising the battery described in claim 19.

電気機器としては、例えば、アイロン、泡だて器、一体型パソコン、衣類乾燥機、医療機器、インターホン、ウェアラブル端末、映像機器、エアコン、エアサーキュレーター、園芸機械、オートバイ、オーブン、音楽プレーヤー、音楽レコーダー、温風ヒーター、おもちゃ類、カーコンポ、懐中電灯、拡声器、カーナビ、カセットコンロ、家庭用蓄電池、介護機械、加湿器、乾燥機、給油機、給水器、吸引機、金庫、グルーガン、携帯電話、携帯情報機器、空気清浄器、空調服、ゲーム機、蛍光灯、毛玉取り機、コードレス電話、コーヒーメーカー、コーヒーウォーマー、氷かき機、こたつ、コピー機、散髪器具、シェーバー、芝刈り機、自動車、照明器具、除湿器、シーラー、シュレッダー、自動体外式除細動器、炊飯器、ステレオ、ストーブ、スピーカー、ズボンプレッサー、スマートフォン、精米機、洗濯機、洗浄機能付便座、センサー、扇風機、潜水艦、送風機、掃除機、タブレット、体脂肪計、釣り具、デジタルカメラ、テレビ、テレビ受像機、テレビゲーム、ディスプレイ、ディスクチェンジャー、デスクトップ型パソコン、鉄道、テレビ、電気カーペット、電気スタンド、電気ストーブ、電気ポット、電気毛布、電卓、電動カート、電動車椅子、電動工具、電気自動車、電気うき、電動歯ブラシ、電話機、電動自転車、電撃殺虫器、電磁調理器、電子手帳、電子楽器、電子錠、電子カード、電子レンジ、電子蚊取り、電子たばこ、電話、トースター、ドライヤー、トランシーバー、時計、ドローン、生ごみ処理機、ノートパソコン、白熱電球、はんだごて、パネルヒーター、ハロゲンヒーター、発酵機、パン焼き機、ハイブリッド自動車、パソコン、パソコン周辺機器、バリカン、パネルヒーター、ビデオカメラ、ビデオデッキ、飛行機、非常用電灯、非常用蓄電池、船、美容機器、プリンター、複写機、粉砕機、噴霧器、ファクシミリ、フォークリフト、プラグインハイブリッド自動車、プロジェクタ、ヘアドライア、ヘアーアイロン、ヘッドホン、防災機器、防犯機器、ホームシアター、ホットサンドメーカー、ホットプレート、ポンプ、芳香機、マッサージ機、ミキサー、ミル、ムービープレーヤー、モニター、もちつき機、湯沸かし器、床暖房パネル、ラジオ、ラジオカセット、ランタン、ラジコン、ラミネーター、リモコン、レンジ、冷水器、冷蔵庫、冷風機、冷風扇、冷房機器、ロボット、ワープロ、GPS、などが挙げられる。 Examples of electrical equipment include irons, whisks, all-in-one computers, clothes dryers, medical equipment, intercoms, wearable devices, video equipment, air conditioners, air circulators, gardening machinery, motorcycles, ovens, music players, music recorders, hot air heaters, toys, car components, flashlights, loudspeakers, car navigation systems, cassette stoves, home batteries, nursing care machinery, humidifiers, dryers, fuel dispensers, water dispensers, suction machines, safes, glue guns, mobile phones, portable information devices, air purifiers, air-conditioned clothing, game consoles, fluorescent lights, lint removers, cordless phones, coffee makers, coffee water dispensers, ice shaver, kotatsu, copy machine, haircutting equipment, shaver, lawnmower, automobile, lighting equipment, dehumidifier, sealer, shredder, automated external defibrillator, rice cooker, stereo, stove, speaker, trouser press, smartphone, rice polisher, washing machine, toilet seat with cleaning function, sensor, electric fan, submarine, blower, vacuum cleaner, tablet, body fat scale, fishing tackle, digital camera, television, television receiver, video game, display, disc changer, desktop computer, railway, television, electric carpet, electric lamp, electric stove, electric kettle, electric blanket, electric Tables, electric carts, electric wheelchairs, power tools, electric cars, electric floats, electric toothbrushes, telephones, electric bicycles, electric insect killers, induction cookers, electronic organizers, electronic musical instruments, electronic locks, electronic cards, microwave ovens, electronic mosquito repellents, electronic cigarettes, telephones, toasters, hair dryers, walkie-talkies, watches, drones, food waste processors, laptops, incandescent light bulbs, soldering irons, panel heaters, halogen heaters, fermenters, bread bakers, hybrid cars, personal computers, computer peripherals, hair clippers, panel heaters, video cameras, video decks, airplanes, emergency lights, emergency batteries, ships, beauty machines These include appliances, printers, copiers, grinders, sprayers, fax machines, forklifts, plug-in hybrid cars, projectors, hair dryers, hair irons, headphones, disaster prevention equipment, security equipment, home theaters, hot sandwich makers, hot plates, pumps, aroma diffusers, massage machines, mixers, mills, movie players, monitors, rice cake makers, water heaters, underfloor heating panels, radios, radio cassette players, lanterns, radio-controlled cars, laminators, remote controls, microwave ovens, water coolers, refrigerators, air coolers, cooling fans, air conditioning equipment, robots, word processors, GPS, etc.

本発明に係る骨格形成剤は、これを電極に用いることで、バインダとして用いる場合と異なり、しわや亀裂等の発生を抑制できる。また、従来よりも良好な寿命特性が得られる。また、活物質層の電子伝導性が高い場合も、内部短絡による発熱を低くできる。 By using the skeleton-forming agent according to the present invention in an electrode, unlike when it is used as a binder, the occurrence of wrinkles, cracks, etc. can be suppressed. In addition, better life characteristics can be obtained than in the past. Furthermore, even when the electronic conductivity of the active material layer is high, heat generation due to internal short circuits can be reduced.

本発明の一実施形態にかかる骨格形成剤を塗工した電極の断面を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a cross section of an electrode coated with a framework forming agent according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる骨格形成剤の塗工の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of coating of a framework forming agent according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる電極の製造工程の一例を示す図である。1A to 1C are diagrams illustrating an example of a manufacturing process for an electrode according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる電極のサイクル寿命特性を示す図である。FIG. 4 is a graph showing cycle life characteristics of an electrode according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる電極の骨格密度と放電容量の関係を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the skeletal density and the discharge capacity of an electrode according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる電極のサイクル寿命特性を示す図である。FIG. 4 is a graph showing cycle life characteristics of an electrode according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる電極の骨格密度と放電容量の関係を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the skeletal density and the discharge capacity of an electrode according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる電極のサイクル寿命特性を示す図である。FIG. 4 is a graph showing cycle life characteristics of an electrode according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる界面活性剤を含む骨格形成剤を適用した電極のサイクル寿命特性を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the cycle life characteristics of an electrode to which a framework forming agent containing a surfactant according to one embodiment of the present invention is applied. 本発明の一実施形態にかかる骨格形成剤を塗工した電極と塗工していない電極のサイクル寿命特性を比較した図である。FIG. 1 is a diagram comparing the cycle life characteristics of an electrode coated with a framework-forming agent according to one embodiment of the present invention and an electrode that is not coated with the framework-forming agent. 本発明の一実施形態にかかる骨格形成剤を塗工した電極と塗工していない電極のサイクル寿命特性を比較した図である。FIG. 1 is a diagram comparing the cycle life characteristics of an electrode coated with a framework-forming agent according to one embodiment of the present invention and an electrode that is not coated with the framework-forming agent. 本発明の一実施形態にかかる無機粒子を含む骨格形成剤を塗工した電極の断面を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a cross section of an electrode coated with a framework forming agent containing inorganic particles according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかるセパレータを用いない電池の初期充放電曲線を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the initial charge/discharge curves of a battery not using a separator according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる骨格形成剤を適用したSi造粒体のSEM像を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an SEM image of a Si granule to which a framework forming agent according to one embodiment of the present invention is applied. 本発明の一実施形態にかかる各レートにおける充放電曲線を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing charge/discharge curves at various rates according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる骨格形成剤を塗工した電極と塗工していない電極を比較した剥離試験の結果を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the results of a peel test comparing an electrode coated with a framework-forming agent according to one embodiment of the present invention and an electrode that is not coated. ケイ酸塩(Na2O・nSiO2)粉末のX線回折(XRD)パターンを示す図である。FIG. 2 shows an X-ray diffraction (XRD) pattern of silicate (Na 2 O.nSiO 2 ) powder. アルカリ金属ケイ酸塩(Li0.05Na1.95O・2.8SiO2)をバインダとして含む参考例の電極のサイクル寿命特性と200サイクル後の電極を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the cycle life characteristics of a reference electrode containing an alkali metal silicate (Li 0.05 Na 1.95 O.2.8SiO 2 ) as a binder and the electrode after 200 cycles. 従来のSi負極における集電体を示す写真の写しである。1 is a copy of a photograph showing a current collector in a conventional Si negative electrode. 骨格形成剤を被覆含浸した電極と被覆含浸しない電極を比較したグロー放電発光分光分析結果を示す図である。FIG. 13 is a graph showing the results of glow discharge optical emission spectroscopy comparing an electrode coated and impregnated with a framework-forming agent with an electrode not coated and impregnated. ケイ酸塩系の分子式と、リン酸塩系の分子式を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a silicate-based molecular formula and a phosphate-based molecular formula.

以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づき説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。特に、本実施形態においては、リチウム二次電池(リチウムイオン電池)の電極を例に説明するが、本発明はこれに限られない。また、骨格形成剤として、主に、Na2O・3SiO2を含むアルカリ金属ケイ酸塩水溶液を例に説明するが、これに限られない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to this embodiment. In particular, in this embodiment, an electrode of a lithium secondary battery (lithium ion battery) will be described as an example, but the present invention is not limited to this. In addition, as a framework forming agent, an alkali metal silicate aqueous solution containing Na2O.3SiO2 will be mainly described as an example, but the present invention is not limited to this.

―第1実施形態―
[1.電極の製造方法]
まず、本実施形態の一例として、リチウム二次電池の電極の製造方法について説明する。なお、電極には負極と正極があるが、負極と正極は主に集電体及び活物質が異なるのみで製造方法は同様である。よって、負極の製造方法について説明し、正極の製造方法は適宜省略する。
-First embodiment-
[1. Electrode manufacturing method]
First, as an example of this embodiment, a method for manufacturing an electrode of a lithium secondary battery will be described. Although there are negative and positive electrodes in the electrodes, the negative and positive electrodes are manufactured in the same manner, with only the difference being the current collector and the active material. Therefore, the method for manufacturing the negative electrode will be described, and the method for manufacturing the positive electrode will be omitted as appropriate.

負極は、銅箔に電極材料を塗布して製造する。まず、例えば薄さ10μmの圧延銅箔を製造し、あらかじめロール状に巻き取られた銅箔を準備する。また、負極の電極材料は、炭素前駆体を焼成して黒鉛化した人造グラファイトをバインダや導電助剤などと混ぜ合わせてペースト状にする。本実施形態においては、一例としてバインダにPVdFを用い、導電助剤にアセチレンブラック(AB)を用いる。そして、銅箔の表面に電極材料を塗工し、乾燥後、調圧処理して負極本体が完成する。 The negative electrode is manufactured by applying an electrode material to copper foil. First, rolled copper foil with a thickness of, for example, 10 μm is manufactured, and the copper foil is prepared by winding it into a roll. The electrode material for the negative electrode is made by baking a carbon precursor to graphite artificial graphite, which is mixed with a binder and a conductive additive to form a paste. In this embodiment, as an example, PVdF is used as the binder and acetylene black (AB) is used as the conductive additive. Then, the electrode material is applied to the surface of the copper foil, dried, and pressure-adjusted to complete the negative electrode body.

また、正極は、アルミニウム箔に電極材料を塗布して製造する。なお、正極の電極材料は、リチウム-遷移金属酸化物をバインダや導電助剤などと混ぜ合わせてペースト状にする。本実施形態においては、一例としてバインダにPVdFを用い、導電助剤にABを用いる。以下、正極本体と負極本体をあわせて電極本体と称し、銅箔とアルミニウム箔をあわせて集電体と称し、集電体に塗工された電極材料を活物質層と称する場合がある。 The positive electrode is manufactured by applying the electrode material to aluminum foil. The electrode material for the positive electrode is made into a paste by mixing lithium-transition metal oxide with a binder and a conductive assistant. In this embodiment, as an example, PVdF is used as the binder and AB is used as the conductive assistant. Hereinafter, the positive electrode body and the negative electrode body are collectively referred to as the electrode body, the copper foil and the aluminum foil are collectively referred to as the current collector, and the electrode material applied to the current collector may be referred to as the active material layer.

一方、本実施形態においては、電極本体に用いる骨格形成剤をあらかじめ準備する。骨格形成剤は、シロキサン結合を有するアルカリ金属ケイ酸塩であるNa2O・3SiO2を乾式又は湿式により精製し、これを加水調整して製造する。例えば、乾式では下記の式4、湿式では下記の式5による。また、このとき、界面活性剤を混合する。本実施形態の骨格形成剤の一例として、骨格形成剤中のNa2O・3SiO2の固形分濃度が5質量%であり、界面活性剤が0.04質量%である。
Na2CO3+3SiO2→Na2O・3SiO2+CO2↑ ・・・・(式4)
2NaOH+3SiO2→Na2O・3SiO2+H2O ・・・・(式5)
On the other hand, in this embodiment, the skeletal forming agent to be used for the electrode body is prepared in advance. The skeletal forming agent is produced by purifying Na2O.3SiO2 , an alkali metal silicate having a siloxane bond, by a dry or wet method, and adjusting the amount of water added thereto. For example, the dry method is according to the following formula 4 , and the wet method is according to the following formula 5. At this time, a surfactant is mixed. As an example of the skeletal forming agent of this embodiment, the solid concentration of Na2O.3SiO2 in the skeletal forming agent is 5 mass %, and the surfactant is 0.04 mass %.
Na 2 CO 3 +3SiO 2 →Na 2 O.3SiO 2 +CO 2 ↑ ... (Formula 4)
2NaOH+3SiO 2 →Na 2 O.3SiO 2 +H 2 O (Formula 5)

そして、各電極本体の表面にそれぞれ骨格形成剤を塗工して、活物質層をコーティングする。骨格形成剤の塗工方法は、骨格形成剤を貯留した槽に電極本体を含浸する方法、電極本体の表面に骨格形成剤を滴下や塗布する方法、スプレー塗工、スクリーン印刷、カーテン法、スピンコート、グラビアコート、ダイコートなどにより行う。電極本体の表面に塗工された骨格形成剤は、活物質層の内部に浸透し、活物質や導電助剤の隙間などに入り込む。そして、電極本体を110℃~160℃の温風、加熱等により乾燥し、骨格形成剤を硬化させる。これにより、骨格形成剤が活物質層の骨格を形成する。 Then, the surface of each electrode body is coated with a skeleton-forming agent to coat the active material layer. The skeleton-forming agent can be applied by immersing the electrode body in a tank that contains the skeleton-forming agent, by dripping or applying the skeleton-forming agent to the surface of the electrode body, spray coating, screen printing, curtain printing, spin coating, gravure coating, die coating, or other methods. The skeleton-forming agent applied to the surface of the electrode body penetrates into the active material layer and enters the gaps between the active material and the conductive assistant. The electrode body is then dried with hot air at 110°C to 160°C, heat, or the like to harden the skeleton-forming agent. As a result, the skeleton-forming agent forms the skeleton of the active material layer.

最後に、各電極本体、すなわち負極本体と正極本体をそれぞれ所望のサイズに切断して、骨格形成を施した電極が完成する。 Finally, each electrode body, i.e., the negative electrode body and the positive electrode body, is cut to the desired size, and the electrodes with skeletal formation are completed.

また、上記した電極の製造方法は、製造装置により実現することができる。ロール状に巻き取られた集電体を送出し、活物質層塗工装置において集電体に電極材料が塗工され、第1の乾燥装置において電極材料が温風により乾燥され、骨格形成剤塗工装置において骨格形成剤が電極本体の表面に塗工され、第2の乾燥装置において骨格形成剤が温風により乾燥され硬化され、再度ロール状に巻き取られる。最後に、ロール状に巻き取られた電極を所望のサイズに裁断する。 The above-mentioned electrode manufacturing method can be realized by a manufacturing device. A current collector wound into a roll is sent out, and an electrode material is applied to the current collector in an active material layer coating device, the electrode material is dried with hot air in a first drying device, a skeletal forming agent is applied to the surface of the electrode body in a skeletal forming agent coating device, the skeletal forming agent is dried and hardened with hot air in a second drying device, and the electrode is wound into a roll again. Finally, the electrode wound into a roll is cut to the desired size.

上記した電極の製造方法によれば、高強度で耐熱性に優れ、サイクル寿命特性が向上した電極を連続的に製造できる。また、シロキサン結合を有するケイ酸塩をバインダとして用いず、骨格形成剤として用いることで、銅箔にしわや亀裂等が発生せず、活物質層のひび割れや反り、発生したガスによる膨張も生じず、電極として用いることができる。 The above-mentioned electrode manufacturing method allows for the continuous manufacture of electrodes with high strength, excellent heat resistance, and improved cycle life characteristics. In addition, by using silicate having siloxane bonds as a skeleton-forming agent rather than as a binder, the copper foil can be used as an electrode without wrinkles or cracks, cracks or warping in the active material layer, or expansion due to generated gas.

また、上記により得られた正極と負極を、セパレータを介してと接合し、電解液内に浸漬した状態で密閉化して、リチウム二次電池とできる。この構造のリチウム二次電池によれば、安全性の良好なリチウム二次電池として機能することができる。リチウム二次電池の構造としては、特に限定されず、積層式電池、捲回式電池などの既存の電池形態や構造に適用可能である。 The positive and negative electrodes obtained as described above can be joined together via a separator and sealed while immersed in an electrolyte to form a lithium secondary battery. A lithium secondary battery with this structure can function as a lithium secondary battery with good safety. There are no particular limitations on the structure of the lithium secondary battery, and it can be applied to existing battery forms and structures such as stacked batteries and wound batteries.

[2.電極の構成]
上記の製造工程により製造された非水電解質二次電池用の負極は、銅箔の集電体と、その表面に活物質、導電助剤、バインダを含む活物質層とを備える。また、活物質層の表面は硬化した骨格形成剤によりコーティングされ、活物質層の内部にも硬化した骨格形成剤が存在している。また、活物質層の内部の骨格形成剤は、活物質と導電助剤とバインダを覆うようにこれらの隙間に存在している。また、活物質層の骨格形成剤の密度は一例として0.7mg/cm2であり、0.1mg~3mg/cm2の範囲内にすることが好ましい。
2. Electrode configuration
The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured by the above manufacturing process includes a copper foil current collector and an active material layer containing an active material, a conductive assistant, and a binder on the surface of the current collector. The surface of the active material layer is coated with a hardened skeletal former, and the hardened skeletal former is also present inside the active material layer. The skeletal former inside the active material layer is present in the gaps between the active material, the conductive assistant, and the binder so as to cover them. The density of the skeletal former in the active material layer is, for example, 0.7 mg/ cm2 , and is preferably within the range of 0.1 mg to 3 mg/ cm2 .

また、正極は、アルミニウム箔の集電体と、その表面に活物質、導電助剤、バインダを含む活物質層とを備える。また、活物質層の表面は硬化した骨格形成剤によりコーティングされ、活物質層の内部にも硬化した骨格形成剤が存在している。また、活物質層の内部の骨格形成剤は、活物質と導電助剤とバインダを覆うようにこれら隙間に存在している。また、活物質層の骨格形成剤の密度は一例として0.5mg/cm2であり、0.1mg~3mg/cm2とすることが好ましい。 The positive electrode includes an aluminum foil current collector and an active material layer on the surface of the current collector, the active material layer containing an active material, a conductive assistant, and a binder. The surface of the active material layer is coated with a hardened skeletal former, and the hardened skeletal former is also present inside the active material layer. The skeletal former in the active material layer is present in the gaps between the active material, the conductive assistant, and the binder so as to cover them. The density of the skeletal former in the active material layer is, for example, 0.5 mg/ cm2 , and is preferably 0.1 mg to 3 mg/ cm2 .

本実施形態の電極は、高強度で耐熱性に優れ、サイクル寿命特性が向上する。また、後述する釘刺し試験結果に示すとおり、釘刺し安全性も向上する。また、骨格形成剤が塗布や含浸によって電極の表面から塗工されているので、活物質層の内部において骨格形成剤が活物質と導電助剤とバインダを覆うように隙間に存在することとなる。すなわち、骨格形成剤をバインダに混練して用いる場合は活物質層の内部に略隙間なく骨格形成剤が存在するところ、本実施形態の電極では、活物質層の内部に一定の隙間が存在することとなる。これにより、電極の膨張収縮を許容し、集電体のしわや亀裂等の発生を抑制できる。 The electrode of this embodiment has high strength and excellent heat resistance, and the cycle life characteristics are improved. In addition, as shown in the nail penetration test results described later, the nail penetration safety is also improved. In addition, since the skeletal former is applied from the surface of the electrode by coating or impregnation, the skeletal former is present in the gaps inside the active material layer so as to cover the active material, the conductive assistant, and the binder. In other words, when the skeletal former is mixed with the binder and used, the skeletal former is present inside the active material layer with almost no gaps, but in the electrode of this embodiment, a certain amount of gaps are present inside the active material layer. This allows the electrode to expand and contract, and suppresses the occurrence of wrinkles, cracks, etc. in the current collector.

[3.骨格形成剤の構成]
上記したように本実施形態の骨格形成剤は、シロキサン結合を有するアルカリ金属ケイ酸塩であるNa2O・3SiO2の固形分濃度が7.5質量%であり、界面活性剤が0.09質量%で、残りは水である。なお、界面活性剤は必須ではないが、活物質層への親液性が向上し、骨格形成剤が活物質層に均一に浸透する。
[3. Structure of the skeleton forming agent]
As described above, the skeleton-forming agent of this embodiment has a solid concentration of 7.5 mass % Na2O.3SiO2 , which is an alkali metal silicate having a siloxane bond, 0.09 mass % surfactant, and the remainder water. Note that the surfactant is not essential, but it improves the lyophilicity of the skeleton-forming agent to the active material layer and allows the skeleton-forming agent to uniformly penetrate the active material layer.

また、本実施形態の骨格形成剤は、ケイ酸塩として、アルカリ金属ケイ酸ナトリウムNa2O・3SiO2を用いているが、これに限られず、Naにかえて、Li、K、トリエタノールアンモニウム基、テトラメタノールアンモニウム基、テトラエタノールアンモニウム基、グラニジン基としてもよい。 In addition, the skeleton forming agent of this embodiment uses alkali metal sodium silicate Na2O.3SiO2 as the silicate , but is not limited to this, and Li, K, triethanolammonium group, tetramethanolammonium group, tetraethanolammonium group, or granidine group may be used instead of Na.

なお、Naを用いているのは、Naが高強度で、サイクル寿命特性に優れているためである。また、NaとLiを併用することも可能であり、Liを用いることで、イオン伝導性が向上する。この場合、Li<Naとすることが好ましく、このようにすれば、一定の強度を保持し、イオン伝導性が良好な骨格形成剤となる。より具体的には、NaとLiの合計を100モル%とした場合、Naが51~99%、Liが1~49%の範囲内であることが好ましく、Naが70~98%、Liが2~30%の範囲内であることがより好ましい。 Na is used because it has high strength and excellent cycle life characteristics. Na and Li can also be used in combination, and the use of Li improves ionic conductivity. In this case, it is preferable that Li<Na, which maintains a certain strength and provides a framework-forming agent with good ionic conductivity. More specifically, if the total of Na and Li is 100 mol %, it is preferable that Na is in the range of 51-99% and Li is in the range of 1-49%, and it is even more preferable that Na is in the range of 70-98% and Li is in the range of 2-30%.

また、本実施形態の骨格形成剤は、SiO2の係数を3としているが、これに限られず、0.5以上5.0以下としてもよく、好ましくは、2.0以上4.5以下で、さらに好ましくは、2.2以上3.8以下ある。 In addition, in the skeleton forming agent of this embodiment, the coefficient of SiO 2 is set to 3, but this is not limited thereto, and may be 0.5 or more and 5.0 or less, preferably 2.0 or more and 4.5 or less, and more preferably 2.2 or more and 3.8 or less.

また、本実施形態の骨格形成剤は、既存の電極のコーティングに用いることもできる。このようにすれば、高強度で耐熱性に優れ、サイクル寿命特性が向上した電極となる。 The skeletal forming agent of this embodiment can also be used to coat existing electrodes. In this way, the resulting electrodes have high strength, excellent heat resistance, and improved cycle life characteristics.

また、本実施形態の骨格形成剤は、セパレータの表面にコーティングして用いることもできる。このようにすれば、高強度で耐熱性に優れ、サイクル寿命特性が向上したセパレータとなる。 The framework forming agent of this embodiment can also be used by coating the surface of the separator. In this way, the separator has high strength, excellent heat resistance, and improved cycle life characteristics.

[4.実施例]
以下、本実施形態において、骨格形成剤の固形分濃度や骨格密度など種々変更した実施例、それらの試験、結果及び効果について説明する。
4. Examples
Hereinafter, in this embodiment, examples in which the solid content concentration of the skeleton-forming agent and the skeleton density were variously changed, and their tests, results, and effects will be described.

<Na2O・nSiO2におけるn数と骨格密度の検討>
(実施例1~18および比較例1)
電極活物質にSi-C造粒体を用い、0.2C-rate、カットオフ電位0.01V~1.2V(vs.Li+/Li)、30℃の条件のもと、骨格形成剤のNa2O・nSiO2の固形分濃度を0質量%~20質量%、nの値を2.0、2.5、3.0に変化させた場合のサイクル寿命特性についての試験である。Si-C造粒体(D50=9.8μm)は、Si(D50=1.1μm)と人造黒鉛(D50=1μm)(Si:人造黒鉛=29:71質量%)および、造粒助剤からなる懸濁液を送液速度6g/min、噴霧圧0.1MPa、乾燥温度80~180℃の条件でスプレードライすることで作製された。
<Study on n number and skeletal density in Na2O.nSiO2 >
(Examples 1 to 18 and Comparative Example 1)
This test was conducted to determine cycle life characteristics when Si-C granules were used as the electrode active material, the solid concentration of the skeleton forming agent Na2O.nSiO2 was changed from 0% by mass to 20% by mass, and the value of n was changed to 2.0, 2.5, and 3.0 under conditions of 0.2C-rate, cutoff potential of 0.01V to 1.2V (vs. Li+/Li), and 30°C. The Si-C granules ( D50 = 9.8 μm) were prepared by spray-drying a suspension consisting of Si ( D50 = 1.1 μm), artificial graphite ( D50 = 1 μm) (Si: artificial graphite = 29: 71% by mass), and a granulation aid at a liquid delivery rate of 6 g/min, a spray pressure of 0.1 MPa, and a drying temperature of 80 to 180°C.

造粒助剤は、ポリビニルアルコール(PVA、ポバール1400)を用いた。PVAは、Si、人造黒鉛、およびPVAからなる固形分100質量%に対して、1質量%含まれている。なお、D50の値は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定法によるメディアン径を示している。 The granulation aid used was polyvinyl alcohol (PVA, Poval 1400). The PVA was contained at 1% by mass relative to 100% by mass of the solid content consisting of Si, artificial graphite, and PVA. The D50 value indicates the median diameter measured by a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method.

試験電極(1.4mAh/cm2)は、Si-C造粒体、AB、気相成長炭素繊維(VGCF)、銅フレーク、PVdFからなるスラリー(固形分比:85:3:1:1:10質量%)を銅箔に塗工調圧し、所定の骨格形成剤が溶解した水溶液中に浸漬後、160℃で熱処理することで作製された。対極は、金属リチウム箔を用いた。セパレータは、ガラス不織布(東洋露紙株式会社製、GA-100)とポリエチレン(PE)微多孔膜(20μm)を用いた。電解液は、1.0M LiPF6/(EC:DEC=50:50vol%,+ビニレンカーボネート1質量%)を用いた。 The test electrode (1.4 mAh/cm 2 ) was prepared by applying a slurry (solid content ratio: 85:3:1:1:10% by mass) consisting of Si-C granules, AB, vapor grown carbon fiber (VGCF), copper flakes, and PVdF to a copper foil, immersing it in an aqueous solution in which a specific framework forming agent was dissolved, and then heat treating it at 160° C. The counter electrode was a metallic lithium foil. The separator was a glass nonwoven fabric (GA-100, manufactured by Toyo Roshi Co., Ltd.) and a polyethylene (PE) microporous membrane (20 μm). The electrolyte was 1.0 M LiPF 6 /(EC:DEC=50:50 vol%, +vinylene carbonate 1% by mass).

表1に、実施例1~18および比較例1の骨格形成剤の固形分濃度、Na2O・nSiO2のnの値をそれぞれ示す。なお、無機骨格形成剤は、Na2CO3、およびSiO2からなる混合体を下記表1に示す組成になるように調合し、1000℃以上に加熱溶融して冷却後、水に溶解させて作製した。 Table 1 shows the solid concentration of the skeleton-forming agent and the value of n in Na2O.nSiO2 for each of Examples 1 to 18 and Comparative Example 1. The inorganic skeleton-forming agent was prepared by blending a mixture of Na2CO3 and SiO2 to the composition shown in Table 1 below, heating and melting it to 1000°C or higher, cooling, and then dissolving it in water.

Figure 0007537752000001
Figure 0007537752000001

図4は、実施例1~18および比較例1のサイクル寿命特性を示すグラフである。図4から明らかなように、骨格形成剤を塗布した負極(実施例1~18)は、塗布していない負極(比較例1)と比べて、寿命特性が大きく改善されている。このうち、Na2O・nSiO2の固形分濃度は、2~10質量%の範囲内が特に優れたサイクル寿命特性を示した。Na2O・nSiO2におけるnの値は、3.0が特に優れたサイクル寿命特性を示した。 4 is a graph showing the cycle life characteristics of Examples 1 to 18 and Comparative Example 1. As is clear from FIG. 4, the negative electrodes coated with the framework forming agent (Examples 1 to 18) have significantly improved life characteristics compared to the negative electrode not coated with the framework forming agent (Comparative Example 1). Among these, the solid concentration of Na 2 O.nSiO 2 in the range of 2 to 10 mass % showed particularly excellent cycle life characteristics. The value of n in Na 2 O.nSiO 2 of 3.0 showed particularly excellent cycle life characteristics.

図5は、実施例1~18および比較例1の骨格形成体の密度(骨格密度)と各サイクル時における放電容量の関係を示すグラフである。図5から明らかなように、活物質として、Si-C造粒体(Si:人造黒鉛=29:71質量%)を用いた電極においては、骨格密度が0.04~3.15mg/cm2の場合に十分な放電容量を得られることがわかる。より好ましくは、骨格密度が0.1~2.5mg/cm2である。 Fig. 5 is a graph showing the relationship between the density (skeleton density) of the skeletal body and the discharge capacity at each cycle for Examples 1 to 18 and Comparative Example 1. As is clear from Fig. 5, in an electrode using Si-C granules (Si:artificial graphite = 29:71 mass%) as the active material, a sufficient discharge capacity can be obtained when the skeletal density is 0.04 to 3.15 mg/ cm2 . More preferably, the skeletal density is 0.1 to 2.5 mg/ cm2 .

(実施例19~36および比較例2)
実施例19~36および比較例2は、活物質として、Si-C造粒体の組成が、Si:人造黒鉛=29:71質量%から、46:54質量%に代え、試験電極の容量密度を1.2mAh/cm2した他、先の試験(実施例1~18および比較例1)と同様である。表2に、実施例19~36および比較例2の骨格形成剤の固形分濃度、Na2O・nSiO2のnの値をそれぞれ示す。
(Examples 19 to 36 and Comparative Example 2)
Examples 19 to 36 and Comparative Example 2 were similar to the previous tests (Examples 1 to 18 and Comparative Example 1) except that the composition of the Si-C granules as the active material was changed from 29:71% by mass of Si:artificial graphite to 46:54% by mass, and the capacity density of the test electrode was 1.2 mAh/ cm2 . Table 2 shows the solid content concentration of the skeleton forming agent and the value of n in Na2O.nSiO2 for Examples 19 to 36 and Comparative Example 2 , respectively.

Figure 0007537752000002
Figure 0007537752000002

図6は、実施例19~36および比較例2のサイクル寿命特性を示すグラフである。図6から明らかなように、骨格形成剤を塗布した負極(実施例19~36)は、塗布していない負極(比較例2)と比べて、寿命特性が大きく改善されている。このうち、Na2O・nSiO2の固形分濃度は、2~10質量%の範囲内が特に優れたサイクル寿命特性を示した。Na2O・nSiO2におけるnの値は、3.0が特に優れたサイクル寿命特性を示した。 6 is a graph showing the cycle life characteristics of Examples 19 to 36 and Comparative Example 2. As is clear from FIG. 6, the negative electrodes coated with the framework forming agent (Examples 19 to 36) have significantly improved life characteristics compared to the negative electrode not coated with the framework forming agent (Comparative Example 2). Among these, the solid concentration of Na 2 O.nSiO 2 in the range of 2 to 10 mass % showed particularly excellent cycle life characteristics. The value of n in Na 2 O.nSiO 2 of 3.0 showed particularly excellent cycle life characteristics.

図7は、実施例19~36および比較例2の骨格形成体の密度(骨格密度)のと各サイクル時における放電容量の関係を示すグラフである。図7から明らかなように、活物質として、Si-C造粒体(Si:人造黒鉛=46:54質量%)を用いた電極においては、骨格密度が0.03~3.45mg/cm2の場合に十分な放電容量を得られることがわかる。より好ましくは、骨格密度が0.1~2.5mg/cm2である。 Fig. 7 is a graph showing the relationship between the density (skeleton density) of the skeletal body and the discharge capacity at each cycle for Examples 19 to 36 and Comparative Example 2. As is clear from Fig. 7, in an electrode using Si-C granules (Si:artificial graphite = 46:54 mass%) as the active material, a sufficient discharge capacity can be obtained when the skeletal density is 0.03 to 3.45 mg/ cm2 . More preferably, the skeletal density is 0.1 to 2.5 mg/ cm2 .

(実施例37~40および比較例3)
実施例37~40は、活物質がSi(D50=1.1μm)、骨格形成剤がLi0.05Na1.95O・3SiO2、試験電極の容量密度が3.0mAh/cm2にし、充放電試験は、0.1C-rate、カットオフ電位0.01V~1.4V(vs.Li+/Li)の条件にした他、先の試験(実施例1~18および比較例1)と同様である。表3に、実施例37~40および比較例3の骨格形成剤の固形分濃度、電極の骨格密度をそれぞれ示す。なお、無機骨格形成剤は、Li2CO3、Na2CO3、およびSiO2からなる混合体を表3に示す組成になるように調合し、1000℃以上に加熱溶融して冷却後、水に溶解させて作製した。
(Examples 37 to 40 and Comparative Example 3)
In Examples 37 to 40, the active material was Si (D 50 =1.1 μm), the skeletal former was Li 0.05 Na 1.95 O.3SiO 2 , the capacity density of the test electrode was 3.0 mAh/cm 2 , and the charge/discharge test was performed under the conditions of 0.1 C-rate and cutoff potential of 0.01 V to 1.4 V (vs. Li + /Li), and was otherwise similar to the previous test (Examples 1 to 18 and Comparative Example 1). Table 3 shows the solid content concentration of the skeletal former and the skeletal density of the electrode in Examples 37 to 40 and Comparative Example 3. The inorganic skeletal former was prepared by mixing a mixture of Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , and SiO 2 to the composition shown in Table 3, heating and melting the mixture to 1000° C. or higher, cooling, and then dissolving the mixture in water.

Figure 0007537752000003
Figure 0007537752000003

図8は、実施例37~40および比較例3のサイクル寿命特性を示すグラフである。図8から明らかなように、骨格形成剤を塗布した負極(実施例37~40)は、初回の放電容量が1800mAh/gを超えているが、塗布していない負極(比較例3)では、放電容量は56.7mAh/gであった。骨格形成剤を塗布した負極(実施例37~40)と塗布していない負極(比較例3)を比較してわかるように、飛躍的なサイクル寿命特性の改善が示された。このうち、Li0.05Na1.95O・3SiO2の固形分濃度は、0.5~2.5質量%の範囲内が特に優れたサイクル寿命特性を示した。活物質として、Siを用いた電極においては、骨格密度が0.12~0.90mg/cm2の場合に2000mAh/gを超える放電容量が得られることがわかった。 FIG. 8 is a graph showing the cycle life characteristics of Examples 37 to 40 and Comparative Example 3. As is clear from FIG. 8, the negative electrodes coated with the skeletal forming agent (Examples 37 to 40) had an initial discharge capacity of more than 1800 mAh/g, while the negative electrode without the skeletal forming agent (Comparative Example 3) had a discharge capacity of 56.7 mAh/g. As can be seen by comparing the negative electrodes coated with the skeletal forming agent (Examples 37 to 40) with the negative electrode without the skeletal forming agent (Comparative Example 3), a dramatic improvement in cycle life characteristics was shown. Among these, the solid concentration of Li 0.05 Na 1.95 O.3SiO 2 in the range of 0.5 to 2.5 mass% showed particularly excellent cycle life characteristics. It was found that in an electrode using Si as the active material, a discharge capacity exceeding 2000 mAh/g can be obtained when the skeletal density is 0.12 to 0.90 mg/cm 2 .

次に、実施例37~40と比較例3の充放電後(20サイクル後)の電池を解体し、試験電極を観察したところ、比較例3は活物質層が集電体から剥離しているのに対して、実施例37~40は集電体から剥離しておらず、また集電体にシワや亀裂はみられなかった。この結果から、骨格形成剤を被覆充填した電極は、活物質層と集電体との密着性が改善され電極性能が向上したことが明らかになった。 Next, the batteries of Examples 37 to 40 and Comparative Example 3 were disassembled after charging and discharging (after 20 cycles), and the test electrodes were observed. It was found that the active material layer had peeled off from the current collector in Comparative Example 3, whereas it had not peeled off from the current collector in Examples 37 to 40, and no wrinkles or cracks were observed in the current collector. From these results, it became clear that the electrodes coated and filled with the framework-forming agent had improved adhesion between the active material layer and the current collector, improving electrode performance.

<界面活性剤の検討>
(実施例41および実施例42)
実施例41は、電極活物質として、Si-C造粒体(Si:人造黒鉛=29:71質量%)を用い、骨格形成剤として、NaO・nSiOの固形分濃度を6質量%、nの値を2.5、骨格密度を0.84mg/cm2に調整した他の条件は実施例10と同様である。
<Surfactant study>
(Example 41 and Example 42)
In Example 41, Si-C granules (Si: artificial graphite = 29: 71 mass%) were used as the electrode active material, and the solid content concentration of Na 2 O.nSiO 2 as the skeleton forming agent was adjusted to 6 mass%, the value of n was 2.5, and the skeleton density was 0.84 mg/cm 2. The other conditions were the same as those of Example 10.

実施例42は、骨格形成剤として、非イオン系界面活性剤(登録商標:トリトンX-100)を0.05質量%加えた他の条件は実施例41と同様である。 In Example 42, 0.05% by mass of a nonionic surfactant (registered trademark: Triton X-100) was added as a skeleton-forming agent, but the other conditions were the same as in Example 41.

図9は、骨格形成剤に界面活性剤が添加されていない電極(実施例41)および骨格形成剤に界面活性剤が添加された電極(実施例42)のサイクル寿命特性を比較して示すグラフである。図9から明らかなように、界面活性剤を加えることでサイクル寿命特性が向上することがわかる。これは、界面活性剤により骨格形成剤の活物質層への親液性が向上し、活物質層に均一な骨格が形成されるためである。また、本実施形態の界面活性剤は、非イオン系界面活性剤を用いているが、これに限られず、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン界面活性剤としてもよい。 Figure 9 is a graph showing a comparison of the cycle life characteristics of an electrode in which no surfactant is added to the skeletal forming agent (Example 41) and an electrode in which a surfactant is added to the skeletal forming agent (Example 42). As is clear from Figure 9, the cycle life characteristics are improved by adding a surfactant. This is because the surfactant improves the lyophilicity of the skeletal forming agent to the active material layer, forming a uniform skeleton in the active material layer. In addition, the surfactant used in this embodiment is a nonionic surfactant, but is not limited to this, and may be an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, or a nonionic surfactant.

<釘刺し安全性>
(実施例43および比較例4)
骨格形成剤を用いた負極を適用した電池の安全性について試験を行った。試験方法は、電池モデルに釘を刺して、電池モデルの発煙や発火の状態について検討する釘刺し試験による。試験には、アルミラミネートケーシングに、負極、セパレータ、正極を複数積層して、電解液を封入した1.1Ahの電池モデルを用いた。正極(4.2mAh/cm2)は、LiNi0.33Co0.33Mn0.332とAB、PVdFからなるスラリーをアルミニウム箔(20μm)に塗工調圧後、160℃で熱処理することで作製された。負極(4.6mAh/cm2)は、人造黒鉛(D50=20μm)とAB、アクリル系バインダからなるスラリーを銅箔(10μm)に塗工調圧後、160℃で熱処理することで作製された。
<Nail penetration safety>
(Example 43 and Comparative Example 4)
The safety of the battery using the negative electrode using the framework forming agent was tested. The test method was a nail penetration test in which a nail was inserted into a battery model to examine the state of smoke and fire of the battery model. For the test, a 1.1 Ah battery model was used in which a negative electrode, a separator, and a positive electrode were laminated in an aluminum laminate casing and an electrolyte was sealed. The positive electrode (4.2 mAh/cm 2 ) was produced by applying a slurry consisting of LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , AB, and PVdF to an aluminum foil (20 μm) and adjusting the pressure, and then heat-treating it at 160° C. The negative electrode (4.6 mAh/cm 2 ) was produced by applying a slurry consisting of artificial graphite (D 50 =20 μm), AB, and an acrylic binder to a copper foil (10 μm) and adjusting the pressure, and then heat-treating it at 160° C.

実施例43は、図2に示すように、負極を骨格形成剤が溶解した水溶液に浸漬後、150℃で熱処理することで作製された。骨格形成剤は、Na2O・3SiO2、非イオン系界面活性剤(登録商標:トリトンX-100)からなる水溶液で、Na2O・3SiO2の固形分濃度が6質量%、界面活性剤の固形分濃度が0.05質量%のものを用いた。電極の骨格密度は、片面当たり0.9mg/cm2である。本試験においては、正極と負極は、両面塗工して作製されているため、両面の骨格密度は、1.8mg/cm2となる。また、骨格形成剤を塗布しなかった負極を用いた電池を比較例4とした。 In Example 43, as shown in FIG. 2, the negative electrode was immersed in an aqueous solution in which a skeletal forming agent was dissolved, and then heat-treated at 150° C. The skeletal forming agent was an aqueous solution of Na 2 O.3SiO 2 and a nonionic surfactant (registered trademark: Triton X-100), with a solid content concentration of Na 2 O.3SiO 2 of 6 mass % and a solid content concentration of the surfactant of 0.05 mass %. The skeletal density of the electrode was 0.9 mg/cm 2 per side. In this test, the positive electrode and the negative electrode were prepared by coating on both sides, so that the skeletal density of both sides was 1.8 mg/cm 2. In addition, a battery using a negative electrode to which a skeletal forming agent was not applied was used as Comparative Example 4.

電解液は、1M LiPF6/エチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=50:50vol%,+ビニレンカーボネート1質量%を用いた。セパレータは、ポリプロピレン(PP)微多孔膜(23μm)を用いた。釘刺試験は、この電池モデルを0.1C-rateで4.2Vまで充電した後、25℃環境下で電池の中央に鉄釘(φ3mm、丸型)を速度1mm/secで貫通するまで突き刺し、電池電圧と釘温度、ケーシングの温度を測定した。 The electrolyte used was 1M LiPF6 /ethylene carbonate (EC):diethyl carbonate (DEC) = 50:50 vol%, + vinylene carbonate 1 mass%. The separator used was a polypropylene (PP) microporous membrane (23 μm). The nail penetration test was performed by charging this battery model to 4.2 V at 0.1 C-rate, and then piercing the center of the battery with an iron nail (φ3 mm, round) at a speed of 1 mm/sec in a 25°C environment until it penetrated, and measuring the battery voltage, nail temperature, and casing temperature.

骨格形成剤のない負極を用いた従来の電池モデル(比較例4)は、釘刺しを行った時、電池電圧が0Vまで低下し、大量の煙が発生した。これは、電池モデルの内部で短絡が起こった際の発熱で、セパレータがメルトダウンしたためである。 When a nail was pierced in a conventional battery model (Comparative Example 4) that used a negative electrode without a framework-forming agent, the battery voltage dropped to 0 V and a large amount of smoke was emitted. This was because a short circuit occurred inside the battery model, generating heat and causing the separator to melt down.

一方、骨格形成剤を使用した人造黒鉛負極を用いた電池モデル(実施例43)は、釘刺しを行った時も、3V以上の電圧を維持し、煙の発生はなく、ケーシングや釘の温度も50℃以下で、短絡による発熱がほとんど生じなかった。これは、負極の活物質層の内部に存在する骨格が、活物質等をコーティングして電子の移動を遮り、短絡を抑制するためだと思われる。 On the other hand, the battery model using an artificial graphite negative electrode with a skeleton-forming agent (Example 43) maintained a voltage of 3 V or more even when a nail was pierced, no smoke was generated, and the temperature of the casing and nail was below 50°C, with almost no heat generation due to short circuit. This is thought to be because the skeleton present inside the active material layer of the negative electrode coats the active material, blocking the movement of electrons and suppressing short circuit.

<電極剥離試験>
(実施例43および比較例4)
実施例43および比較例4の電池で使用した負極の剥離試験を行った。剥離試験は、JIS K685に準拠し、負極の活物質層に粘着テープ(Scotch,No.845,Book Tape)を1kgローラーで圧着し、25℃環境下で引張り速度300mm/min、角度180°の条件で評価した。図16に、剥離試験後の実施例43および比較例4の負極および粘着テープの写真を示す。図16から明らかなように、骨格形成剤を使用しなかった比較例4の負極は、粘着テープに剥離した活物質層が付着しているが、骨格形成剤を使用した実施例43の負極は、粘着テープに活物質層がほぼ付着していない。剥離強度が向上することが示された。
<Electrode peeling test>
(Example 43 and Comparative Example 4)
A peel test was performed on the negative electrodes used in the batteries of Example 43 and Comparative Example 4. The peel test was performed in accordance with JIS K685, in which an adhesive tape (Scotch, No. 845, Book Tape) was pressed onto the active material layer of the negative electrode with a 1 kg roller, and evaluated under conditions of a pulling speed of 300 mm/min and an angle of 180° in a 25°C environment. FIG. 16 shows a photograph of the negative electrodes and adhesive tapes of Example 43 and Comparative Example 4 after the peel test. As is clear from FIG. 16, the negative electrode of Comparative Example 4, which did not use a skeletal forming agent, has a peeled active material layer attached to the adhesive tape, while the negative electrode of Example 43, which used a skeletal forming agent, has almost no active material layer attached to the adhesive tape. It was shown that the peel strength was improved.

<負極活物質の検討>
(実施例44~59および比較例5~20)
表4に示した各種の負極活物質を用いて、骨格形成剤の有無における効果を比較した。実施例44~59は、表4に示した負極活物質、AB、PVdFからなるスラリーを銅箔(10μm)に塗工調圧後、スプレーガンを用いて骨格形成剤を活物質層に被覆含浸し、160℃で熱処理することで作製された。電極スラリーの固形分比は、電極活物質が88質量%、ABが4質量%、PVdFが8質量%とした。
<Consideration of negative electrode active material>
(Examples 44 to 59 and Comparative Examples 5 to 20)
The effects of the presence or absence of a skeletal former were compared using various negative electrode active materials shown in Table 4. Examples 44 to 59 were produced by applying a slurry consisting of the negative electrode active material, AB, and PVdF shown in Table 4 to a copper foil (10 μm) under an adjusted pressure, then using a spray gun to coat and impregnate the active material layer with the skeletal former, and heat treating at 160° C. The solid content ratio of the electrode slurry was 88 mass % for the electrode active material, 4 mass % for AB, and 8 mass % for PVdF.

骨格形成剤は、Li0.05Na1.95O・3SiO2と非イオン系界面活性剤(登録商標:トリトンX-100)からなる水溶液で、Li0.05Na1.95O・3SiO2の固形分濃度が7.5質量%、界面活性剤の固形分濃度が0.03質量%のものを用いた。本試験においては、試験極は、片面塗工して作製されている。 The framework forming agent was an aqueous solution of Li0.05Na1.95O.3SiO2 and a non-ionic surfactant (registered trademark : Triton X- 100 ), with a solid concentration of Li0.05Na1.95O.3SiO2 of 7.5 mass% and a solid concentration of the surfactant of 0.03 mass%. In this test, the test electrode was prepared by coating on one side.

試験電池は、対極としてリチウム金属、電解液として、1M LiPF/エチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=50:50vol%,+ビニレンカーボネート1質量%を用いた。セパレータは、ポリプロピレン(PP/PE/PP)三層微多孔膜(25μm)を用いた。充放電試験は、電流密度0.1mA/cm、試験環境温度30℃とし、カットオフ電位、電極の活物質密度(片面)、電極厚み、骨格密度(片面)については、表4の通りである。 The test battery used lithium metal as the counter electrode and 1M LiPF6 /ethylene carbonate (EC):diethyl carbonate (DEC) = 50:50 vol%, + vinylene carbonate 1 mass% as the electrolyte. A polypropylene (PP/PE/PP) three-layer microporous membrane (25 μm) was used as the separator. The charge/discharge test was performed at a current density of 0.1 mA/ cm2 and a test environment temperature of 30°C. The cutoff potential, active material density of the electrode (one side), electrode thickness, and skeletal density (one side) are as shown in Table 4.

表5は、骨格形成を有する各電極(実施例44~59)のサイクル寿命特性試験結果を示す表である。表6は、比較として骨格形成しなかった各電極(比較例5~20)のサイクル寿命特性試験結果を示す表である。表5と表6を比較して明らかなように、活物質としてSi、SiO、Ge、In、Fe23を用いた電極は、骨格形成剤を用いることで、優れたサイクル寿命特性を示した。このうち、活物質としてSiを用いた電極(実施例56および比較例17)は、特に顕著な差が示された。これは、強固な骨格形成剤が活物質層に構築されたことで、体積変化に伴う電子導電ネットワークの破壊を抑制したものと思われる。 Table 5 shows the cycle life characteristic test results of each electrode having a skeleton (Examples 44 to 59). Table 6 shows the cycle life characteristic test results of each electrode not having a skeleton (Comparative Examples 5 to 20) for comparison. As is clear from a comparison of Tables 5 and 6, the electrodes using Si, SiO, Ge, In, and Fe 2 O 3 as active materials showed excellent cycle life characteristics by using a skeleton forming agent. Among these, the electrodes using Si as the active material (Example 56 and Comparative Example 17) showed a particularly significant difference. This is thought to be due to the fact that a strong skeleton forming agent was constructed in the active material layer, suppressing the destruction of the electronic conductive network due to volume change.

一方、Ag、Ag2O、Sb、Sb23、SnO2、CuO、NiO、人造黒鉛、Hard carbonでは、骨格形成剤の有無でサイクル寿命特性に大きな差は見られなかった。これらの活物質は、Si、SiO、Ge、In、Fe23と比べると、体積変化が小さいため、本試験条件においては明確な差が示されなかったものと思われる。 On the other hand, no significant difference was observed in cycle life characteristics with or without a framework former for Ag, Ag2O , Sb, Sb2S3 , SnO2 , CuO, NiO, artificial graphite, and hard carbon. These active materials have smaller volume changes than Si, SiO, Ge, In, and Fe2O3 , which is probably why no clear difference was observed under the test conditions.

ただし、Snでは、骨格形成剤を用いるとサイクル寿命特性が悪化した。これは、Snが、骨格形成剤に足して溶解速度が速く、活物質の形状を維持できなかったため、容量劣化したものと思われる。 However, when Sn was used as a skeletal forming agent, the cycle life characteristics deteriorated. This is thought to be due to the fact that Sn dissolved too quickly in the skeletal forming agent and was unable to maintain the shape of the active material, resulting in a deterioration in capacity.

Figure 0007537752000004
Figure 0007537752000004

Figure 0007537752000005
Figure 0007537752000005

Figure 0007537752000006
Figure 0007537752000006

<Siとグラファイト混合比率の検討>
(実施例60~63および比較例21~24)
Si(1μm)と人造黒鉛(19μm)の混合物を負極活物質として用いた電極において、骨格形成の効果の有無を比較した。実施例60~63は、表7に示した負極活物質、AB、PVdFからなるスラリーを銅箔(10μm)に塗工調圧後、スプレーガンを用いて骨格形成剤を活物質層に被覆含浸し、160℃で熱処理することで作製された。
<Study on the Si and graphite mixing ratio>
(Examples 60 to 63 and Comparative Examples 21 to 24)
The effect of skeletal formation was compared in an electrode using a mixture of Si (1 μm) and artificial graphite (19 μm) as the negative electrode active material. Examples 60 to 63 were produced by applying a slurry consisting of the negative electrode active material, AB, and PVdF shown in Table 7 to a copper foil (10 μm) under an adjusted pressure, then using a spray gun to coat and impregnate the active material layer with a skeletal former, and then heat-treating at 160°C.

また、比較として、骨格形成剤を被覆含浸しなかった電極を作製した(比較例21~24)。電極スラリーの固形分比は、電極活物質が88質量%、ABが4質量%、PVdFが8質量%とした。骨格形成剤は、Li0.05Na1.95O・3SiO2と非イオン系界面活性剤(登録商標:トリトンX-100)からなる水溶液で、Li0.05Na1.95O・3SiO2の固形分濃度が7.5質量%、界面活性剤の固形分濃度が0.03質量%のものを用いた。本試験においては、試験極は、片面塗工して作製されている。 For comparison, electrodes that were not coated and impregnated with the skeletal former were prepared (Comparative Examples 21 to 24). The solid content ratio of the electrode slurry was 88% by mass for the electrode active material, 4% by mass for AB, and 8% by mass for PVdF. The skeletal former was an aqueous solution of Li0.05Na1.95O.3SiO2 and a nonionic surfactant (registered trademark: Triton X- 100 ), with a solid content concentration of Li0.05Na1.95O.3SiO2 of 7.5% by mass and a solid content concentration of the surfactant of 0.03% by mass. In this test, the test electrodes were prepared by coating on one side.

試験電池は、対極としてリチウム金属、電解液として、1M LiPF/エチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=50:50vol%,+ビニレンカーボネート1質量%を用いた。セパレータは、ポリプロピレン(PP/PE/PP)三層微多孔膜(25μm)を用いた。充放電試験は、電流密度0.1C-rate、試験環境温度30℃とし、カットオフ電位0.0~1.4V(vs.Li+/Li)とした。骨格密度(片面)については、表8の通りである。試験電極の容量密度は3.0mAh/cm2とした。 The test battery used lithium metal as the counter electrode and 1M LiPF 6 /ethylene carbonate (EC):diethyl carbonate (DEC) = 50:50 vol%, + vinylene carbonate 1 mass% as the electrolyte. A polypropylene (PP/PE/PP) three-layer microporous membrane (25 μm) was used as the separator. The charge/discharge test was performed with a current density of 0.1 C-rate, a test environment temperature of 30°C, and a cutoff potential of 0.0 to 1.4 V (vs. Li+/Li). The skeletal density (one side) is as shown in Table 8. The capacity density of the test electrode was 3.0 mAh/cm 2 .

図10は、骨格形成剤を塗布した実施例60~63および骨格形成剤に塗布しなかった比較例21~24のサイクル寿命特性を比較して示すグラフである。図10から明らかなように、負極中に含まれる活物質の総量を100質量%とした場合、Siが10質量%以下の電極(実施例60、実施例61、比較例21、比較例22)では、あまり大きな変化が見られなかったが、Si量が20質量%以上の電極(実施例62、実施例63、比較例23、比較例24)は、明らかに寿命特性が改善していることがわかる。特にSi量が50質量%の電極(実施例63と比較例24)では、骨格形成することで圧倒的な寿命特性の改善効果が示された。 Figure 10 is a graph showing a comparison of cycle life characteristics of Examples 60 to 63 in which a skeletal forming agent was applied and Comparative Examples 21 to 24 in which a skeletal forming agent was not applied. As is clear from Figure 10, when the total amount of active material contained in the negative electrode is taken as 100 mass%, electrodes with Si of 10 mass% or less (Examples 60, 61, Comparative Examples 21 and 22) did not show much change, but electrodes with Si of 20 mass% or more (Examples 62, 63, Comparative Examples 23 and 24) clearly showed improved life characteristics. In particular, electrodes with Si of 50 mass% (Example 63 and Comparative Example 24) showed an overwhelming improvement in life characteristics by forming a skeletal structure.

Figure 0007537752000007
Figure 0007537752000007

Figure 0007537752000008
Figure 0007537752000008

<各種正極材料の検討>
各正極活物質を用いて、骨格形成剤の塗布量における効果を比較した。試験電極は、表9に示した正極活物質、AB、PVdFからなるスラリーをアルミニウム箔(20μm)に塗工調圧後、スプレーガンを用いて骨格形成剤を活物質層に含浸し、170℃で熱処理することで作製された。電極スラリーの固形分比は、電極活物質が90質量%、ABが5質量%、PVdFが5質量%とした。
<Study of various positive electrode materials>
The effect of the coating amount of the skeletal former was compared using each positive electrode active material. The test electrode was produced by applying a slurry consisting of the positive electrode active material, AB, and PVdF shown in Table 9 to an aluminum foil (20 μm) under an adjusted pressure, impregnating the active material layer with the skeletal former using a spray gun, and heat-treating at 170° C. The solid content ratio of the electrode slurry was 90% by mass for the electrode active material, 5% by mass for AB, and 5% by mass for PVdF.

実施例64~72で用いた骨格形成剤は、Na2O・2.8SiO2と非イオン系界面活性剤(登録商標:トリトンX-100)からなる水溶液で、Na2O・3SiO2の固形分濃度が5.5質量%、界面活性剤の固形分濃度が0.03質量%のものを用いた。実施例73~81で用いた骨格形成剤は、Na2O・2.8SiO2と非イオン系界面活性剤(登録商標:トリトンX-100)からなる水溶液で、Na2O・3SiO2の固形分濃度が1.1質量%、界面活性剤の固形分濃度が0.03質量%のものを用いた。 The skeletal forming agent used in Examples 64 to 72 was an aqueous solution of Na 2 O.2.8SiO 2 and a nonionic surfactant (registered trademark: Triton X-100), with a solid concentration of Na 2 O.3SiO 2 of 5.5% by mass and a solid concentration of the surfactant of 0.03% by mass. The skeletal forming agent used in Examples 73 to 81 was an aqueous solution of Na 2 O.2.8SiO 2 and a nonionic surfactant (registered trademark: Triton X-100), with a solid concentration of Na 2 O.3SiO 2 of 1.1% by mass and a solid concentration of the surfactant of 0.03% by mass.

表9に、実施例64~81の電極片面当たりの骨格密度、カットオフ電位をそれぞれ示す。ただし、実施例72および実施例81については、初回の充電のみ、4.6Vまで充電した。 Table 9 shows the skeletal density and cutoff potential per electrode side for Examples 64 to 81. However, for Examples 72 and 81, charging was performed to 4.6 V only for the first charge.

本試験においては、試験極は、電極容量が2.0mAh/cm2となるように片面塗工して作製されている。試験電池は、対極としてリチウム金属、電解液として、1M LiPF6/エチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=50:50vol%を用いた。セパレータは、ポリプロピレン(PP/PE/PP)三層微多孔膜(25μm)を用いた。充放電試験は、試験環境温度30℃、1~10サイクルまで充放電レート0.1C-rateとした。 In this test, the test electrode was prepared by coating one side so that the electrode capacity was 2.0 mAh/ cm2 . The test battery used lithium metal as the counter electrode and 1M LiPF6 /ethylene carbonate (EC):diethyl carbonate (DEC) = 50:50 vol% as the electrolyte. A polypropylene (PP/PE/PP) three-layer microporous membrane (25 μm) was used as the separator. The charge/discharge test was performed at a test environment temperature of 30°C and a charge/discharge rate of 0.1 C-rate for 1 to 10 cycles.

表10は、実施例64~81のサイクル寿命特性試験結果を示す表である。表10から明らかなように、0.5mg/cm2を超える骨格密度を有する正極(実施例64~72)は、0.5mg/cm2以下の骨格密度を有する正極(実施例73~81)と比べて、放電容量が少ないことがわかる。正極においては、骨格密度(片面)は、0.5mg/cm2以下であることが好ましいことがわかった。 Table 10 shows the cycle life characteristic test results of Examples 64 to 81. As is clear from Table 10, the positive electrodes having a skeletal density of more than 0.5 mg/ cm2 (Examples 64 to 72) have a smaller discharge capacity than the positive electrodes having a skeletal density of 0.5 mg/cm2 or less (Examples 73 to 81). It was found that the skeletal density (one side) of the positive electrode is preferably 0.5 mg/ cm2 or less.

Figure 0007537752000009
Figure 0007537752000009

Figure 0007537752000010
Figure 0007537752000010

<正極の高温耐久性>
(実施例82~84および比較例21~23)
実施例82は、電極容量を1.0mAh/cm2、骨格密度が0.06mg/cm2に変更した他、実施例74と同様である。実施例83は、電極容量を1.0mAh/cm2、骨格密度が0.07mg/cm2に変更した他、実施例76と同様である。実施例84は、電極容量を1.0mAh/cm2、骨格密度が0.11mg/cm2に変更した他、実施例81と同様である。比較例21は、電極容量を1.0mAh/cm2、骨格形成体を設けなかった他、実施例74と同様である。比較例22は、電極容量を1.0mAh/cm2、骨格形成体を設けなかった他、実施例76と同様である。比較例23は、電極容量を1.0mAh/cm2、骨格形成体を設けなかった他、実施例81と同様である。
<High temperature durability of positive electrode>
(Examples 82 to 84 and Comparative Examples 21 to 23)
Example 82 is the same as Example 74, except that the electrode capacity is changed to 1.0 mAh/cm 2 and the skeleton density is changed to 0.06 mg/cm 2. Example 83 is the same as Example 76, except that the electrode capacity is changed to 1.0 mAh/cm 2 and the skeleton density is changed to 0.07 mg/cm 2. Example 84 is the same as Example 81, except that the electrode capacity is changed to 1.0 mAh/cm 2 and the skeleton density is changed to 0.11 mg/cm 2. Comparative Example 21 is the same as Example 74, except that the electrode capacity is 1.0 mAh/cm 2 and the skeleton former is not provided. Comparative Example 22 is the same as Example 76, except that the electrode capacity is 1.0 mAh/cm 2 and the skeleton former is not provided. Comparative Example 23 is the same as Example 81, except that the electrode capacity is 1.0 mAh/cm 2 and the skeleton former is not provided.

実施例82~84および比較例21~23の各正極を用いて、全電池を作製した。負極(2mAh/cm2)は、SiO、AB、ポリイミド(PI)からなるスラリーを銅箔(40μm)に塗工調圧後、300℃で熱処理することで作製された。負極スラリーの固形分比は、電極活物質が79質量%、ABが3質量%、PIが18質量%とした。なお、負極は、電池に組む前に、不可逆容量分のLiを電気化学的に補填している。 All batteries were prepared using the positive electrodes of Examples 82 to 84 and Comparative Examples 21 to 23. The negative electrode (2 mAh/cm 2 ) was prepared by applying a slurry consisting of SiO, AB, and polyimide (PI) to a copper foil (40 μm) and adjusting the pressure, followed by heat treatment at 300° C. The solid content ratio of the negative electrode slurry was 79 mass % electrode active material, 3 mass % AB, and 18 mass % PI. The negative electrode was electrochemically filled with Li to compensate for the irreversible capacity before being assembled into a battery.

試験電池は、電解液として、1M LiPF6/エチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=50:50vol%,+ビニレンカーボネート1質量%を用いた。セパレータは、ガラス不織布(東洋露紙株式会社製、GA-100)を用いた。充放電試験は、試験環境温度80℃とし、電流密度0.1C-rateで10サイクル充放電を繰り返した後、1C-rateで30サイクル充放電した。カットオフ電位は、実施例82および比較例21が4.15V~2.0V、実施例83および比較例22が4.15~2.0V、実施例84および比較例23が4.25V~2.0Vとした。 The test battery used 1M LiPF 6 /ethylene carbonate (EC):diethyl carbonate (DEC) = 50:50 vol%, + vinylene carbonate 1 mass% as electrolyte. The separator used glass nonwoven fabric (GA-100, manufactured by Toyo Roshi Co., Ltd.). The charge-discharge test was performed at a test environment temperature of 80°C, with 10 cycles of charge-discharge repeated at a current density of 0.1 C-rate, followed by 30 cycles of charge-discharge at 1 C-rate. The cut-off potential was 4.15V to 2.0V for Example 82 and Comparative Example 21, 4.15V to 2.0V for Example 83 and Comparative Example 22, and 4.25V to 2.0V for Example 84 and Comparative Example 23.

図11は、骨格形成剤を塗布した実施例82~84および骨格形成剤を塗布しなかった比較例21~23のサイクル寿命特性を比較して示すグラフである。図11から明らかなように、骨格形成剤を塗布した実施例82~84は、比較例21~23よりもサイクル寿命特性が改善されていることがわかる。PVdFバインダが、高温の電解液に曝されると電解液を吸って膨潤し、電極抵抗を増大させるが、耐膨潤性に優れる骨格形成剤を塗布した電極(実施例82~84)にすることで、80℃もの高温の電解液中においてもバインダの膨潤を抑制したものと思われる。また、骨格形成剤が正極活物質層に塗布されたことで、電解液の分解も抑制され、サイクル寿命特性の改善効果に寄与したものと思われる。 Figure 11 is a graph showing a comparison of the cycle life characteristics of Examples 82 to 84 in which a skeletal forming agent was applied and Comparative Examples 21 to 23 in which a skeletal forming agent was not applied. As is clear from Figure 11, it can be seen that Examples 82 to 84 in which a skeletal forming agent was applied have improved cycle life characteristics compared to Comparative Examples 21 to 23. When exposed to a high-temperature electrolyte, the PVdF binder absorbs the electrolyte and swells, increasing the electrode resistance, but by using electrodes (Examples 82 to 84) coated with a skeletal forming agent that has excellent swelling resistance, it is believed that the swelling of the binder is suppressed even in electrolytes as hot as 80°C. In addition, the application of the skeletal forming agent to the positive electrode active material layer also suppresses the decomposition of the electrolyte, which is believed to have contributed to the improvement of the cycle life characteristics.

[5.本実施形態の効果]
以上の本実施形態によれば、次の効果を奏する。A2O・3SiO2(A=Na、Li)を含む骨格形成剤を電極に用いることで、耐熱性に優れ高強度で、サイクル寿命特性が向上した電極となる。また、強靱な集電体を必須とせず、集電体にしわや亀裂等の発生を抑制できる。また、不可逆容量の大きなバインダを用いる必要がない。また、活物質層の電子伝導性が高くても、内部短絡による発熱を低くできる。また、1000℃を超える耐熱性を有し、骨格形成剤が炭化しない。体積変化の激しい合金系材料と接着強度の低いバインダを用いた電極であっても、良好な寿命特性が得られる。また、高温の電解液と接触しても活物質層の膨潤が少ない。
5. Effects of this embodiment
According to the above embodiment, the following effects are achieved. By using a skeleton-forming agent containing A2O.3SiO2 ( A = Na, Li) for the electrode, the electrode has excellent heat resistance, high strength, and improved cycle life characteristics. In addition, a tough current collector is not essential, and the occurrence of wrinkles, cracks, etc. in the current collector can be suppressed. In addition, it is not necessary to use a binder with a large irreversible capacity. In addition, even if the electronic conductivity of the active material layer is high, heat generation due to internal short circuit can be reduced. In addition, the skeleton-forming agent has heat resistance exceeding 1000 ° C. and is not carbonized. Even if an electrode uses an alloy-based material with a large volume change and a binder with low adhesive strength, good life characteristics can be obtained. In addition, the active material layer does not swell much even when it comes into contact with a high-temperature electrolyte.

―第2実施形態―
[1.骨格形成剤と電極の構成]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態と第1実施形態の違いは、主として骨格形成剤にセラミックスが含まれる点である。図12に、第2実施形態の電極断面イメージを示すが、第2実施形態の骨格形成剤は、耐アルカリ性に優れたセラミックス粉末あるいは固体電解質の粉末が含まれる。
-Second embodiment-
[1. Structure of the skeleton forming agent and the electrode]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The main difference between the first and second embodiments is that the skeleton forming agent contains ceramics. Fig. 12 shows an image of a cross section of an electrode in the second embodiment, and the skeleton forming agent in the second embodiment contains a ceramic powder or a solid electrolyte powder having excellent alkali resistance.

図3に、製造工程の一例を示すが、第2実施形態の骨格形成剤を電極本体の表面に塗工することで、活物質層の表面に骨格形成剤中のアルミナが積層して電気的に絶縁のセラミックス層または固体電解質層が形成されるとともに、活物質層内に骨格形成剤が浸透する。 Figure 3 shows an example of the manufacturing process. By applying the skeletal forming agent of the second embodiment to the surface of the electrode body, the alumina in the skeletal forming agent is laminated on the surface of the active material layer to form an electrically insulating ceramic layer or solid electrolyte layer, and the skeletal forming agent penetrates into the active material layer.

これにより、強固な骨格を形成することができるとともに、乾燥時の剥離やクラックの発生を抑制することができ、また、無機粒子同士の間隙により空孔が形成されて良好な電解液との親液性が得られる。また、セラミックス層がセパレータの代わりとなり、別途セパレータを用いずに、電池を構成することも可能となる。 This allows a strong skeleton to be formed, and peeling and cracking during drying to be suppressed. Also, pores are formed between the inorganic particles, providing good lyophilicity with the electrolyte. The ceramic layer also serves as a separator, making it possible to construct a battery without using a separate separator.

[2.実施例]
次に、第2実施形態において、骨格形成剤の組成等、種々変更した実施例について説明する。
2. Examples
Next, in the second embodiment, examples in which the composition of the skeleton-forming agent and the like are variously changed will be described.

<Na2O・3SiO2とα-Al23の割合の検討>
(実施例85~87および比較例23)
表11に、実施例85~87で用いた骨格形成剤の固形分組成を示す。また、骨格形成剤としてポリイミド(PI)を用いた電極を作製した(比較例23)。α-Al23は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定法によるメディアン径(D50)が0.95μmの粉末を用いた。骨格形成剤の固形分濃度は、Na2O・3SiO2とα-Al23の固形分を100質量%とした場合、10質量%とした。
<Study on the ratio of Na2O.3SiO2 and α - Al2O3 >
(Examples 85 to 87 and Comparative Example 23)
Table 11 shows the solid content composition of the skeleton-forming agent used in Examples 85 to 87. An electrode was also produced using polyimide (PI) as the skeleton-forming agent (Comparative Example 23). α-Al 2 O 3 was used as a powder with a median diameter (D 50 ) of 0.95 μm as measured by a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method. The solid content concentration of the skeleton-forming agent was 10 mass% when the solid content of Na 2 O.3SiO 2 and α-Al 2 O 3 was 100 mass%.

Figure 0007537752000011
Figure 0007537752000011

負極(4.0mAh/cm2)は、SiO、カーボンブラック(CB)、アクリル系バインダからなるスラリーを銅箔(10μm)に塗工調圧後、スプレーガンを用いて表11に示す骨格形成剤を活物質層に被覆含浸し、160℃で熱処理することで作製された。電極の骨格密度は、片面当たり3.0mg/cm2である。負極スラリーの固形分比は、SiOが90質量%、CBが5質量%、アクリル系バインダが5質量%とした。なお、負極は、電池に組む前に、不可逆容量分のLiを電気化学的に補填している。 The negative electrode (4.0 mAh/cm 2 ) was produced by applying a slurry consisting of SiO, carbon black (CB), and an acrylic binder to a copper foil (10 μm) under an adjusted pressure, then using a spray gun to coat and impregnate the active material layer with the skeletal forming agent shown in Table 11, and heat treating at 160° C. The skeletal density of the electrode was 3.0 mg/cm 2 per side. The solid content ratio of the negative electrode slurry was 90% by mass of SiO, 5% by mass of CB, and 5% by mass of the acrylic binder. The negative electrode was electrochemically filled with Li for the irreversible capacity before being assembled into a battery.

正極(2.0mAh/cm2)は、LiFePO4、CB、アクリル系バインダからなるスラリーをアルミニウム箔(20μm)に塗工調圧後、160℃で熱処理することで作製された。正極スラリーの固形分比は、LiFePO4が91質量%、CBが5質量%、アクリル系バインダが4質量%とした。試験電池は、電解液として、1M LiPF/エチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=50:50vol%,+ビニレンカーボネート1質量%を用いた。 The positive electrode (2.0 mAh/ cm2 ) was prepared by applying a slurry consisting of LiFePO4 , CB, and an acrylic binder to an aluminum foil (20 μm) and then heat-treating it at 160° C. The solid content ratio of the positive electrode slurry was 91% by mass of LiFePO4 , 5% by mass of CB, and 4% by mass of the acrylic binder. The test battery used 1M LiPF6 /ethylene carbonate (EC):diethyl carbonate (DEC) = 50:50 vol%, + vinylene carbonate 1% by mass as the electrolyte.

なお、本試験においては、セパレータを使用していない。充放電試験は、試験環境温度60℃とし、電流密度0.1C-rateで充放電した。カットオフ電位は、4.0V~2.5Vとした。 In this test, no separator was used. The charge/discharge test was performed at a test environment temperature of 60°C and a current density of 0.1 C-rate. The cutoff potential was 4.0 V to 2.5 V.

図13に、実施例85~87の試験電池の初期充放電曲線を示す。セパレータを用いずに電池として機能することがわかる。なお、比較例23は、電池試験は行っていない。その理由は、活物質層にPIをコーティングしたことで、電極抵抗が増大し、電気化学的にLiイオンをドープすることができなかったためである。 Figure 13 shows the initial charge/discharge curves of the test batteries of Examples 85 to 87. It can be seen that they function as batteries without using a separator. Note that no battery tests were conducted for Comparative Example 23. This is because coating the active material layer with PI increased the electrode resistance, making it impossible to electrochemically dope Li ions.

<耐アルカリ性セラミック粒子径の検討>
表12に示すように、α-Al23の粒子径を変えて、骨格形成剤を電極本体の表面に塗工乾燥し、塗工性、新液性、結着性、発泡状態、凝集状態、沈降状態を観察した。骨格形成剤としては、Li0.05Na1.95O・3SiO2とα-Al23からなる水溶液である。骨格形成剤の固形分濃度は、Li0.05Na1.95O・3SiO2とα-Al23の固形分を100質量%とした場合、25質量%含まれている。なお、表12に示した無機粒子の粒径は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定法によるメディアン径(D50)を意味する。表12に示したように、第2実施形態において、セラミックスの粒子径は、0.2~20μmの範囲内であることが好ましいことがわかる。
<Study on particle size of alkali-resistant ceramic>
As shown in Table 12, the particle diameter of α-Al 2 O 3 was changed, the skeleton forming agent was applied to the surface of the electrode body, and dried, and the coating property, liquid property, binding property, foaming state, aggregation state, and sedimentation state were observed. The skeleton forming agent was an aqueous solution consisting of Li 0.05 Na 1.95 O.3SiO 2 and α-Al 2 O 3. The solid content concentration of the skeleton forming agent was 25 mass% when the solid content of Li 0.05 Na 1.95 O.3SiO 2 and α-Al 2 O 3 was 100 mass%. The particle diameter of the inorganic particles shown in Table 12 means the median diameter (D 50 ) by the laser diffraction/scattering type particle size distribution measurement method. As shown in Table 12, it can be seen that in the second embodiment, the particle diameter of the ceramic is preferably within the range of 0.2 to 20 μm.

Figure 0007537752000012
Figure 0007537752000012

[3.本実施形態の効果]
以上の本実施形態によれば、次の効果を奏する。第1実施形態で用いた骨格形成剤と耐アルカリ性に優れた粉末(D50=0.2~20μm)を電極表面に塗布することで、活物質層に強固な骨格を形成することができるとともに、乾燥時の剥離やクラックの発生を抑制することができ、また、無機粒子同士の間隙により空孔が形成されて良好な電解液との親液性が得られる。また、セラミックス層がセパレータの代わりとなり、別途セパレータを用いずに、電池を構成することが可能となる。
3. Effects of this embodiment
The above-described embodiment of the present invention has the following advantages. By applying the skeletal forming agent used in the first embodiment and a powder with excellent alkali resistance ( D50 = 0.2 to 20 μm) to the electrode surface, a strong skeleton can be formed in the active material layer, peeling and cracking during drying can be suppressed, and pores are formed between the inorganic particles, resulting in good lyophilicity with the electrolyte. Furthermore, the ceramic layer serves as a separator, making it possible to construct a battery without using a separate separator.

―その他の実施形態―
<活物質造粒体の骨格形成>
(実施例88~93)
骨格形成剤を適用したSi造粒体の製造方法についての試験である。
Si造粒体は、Si(D50=1μm)とABおよびVGCFおよびPIからなるからなる懸濁液を送液速度5g/min、噴霧圧0.1MPa、乾燥温度80~180℃の条件でスプレードライし、D50=5~8μmとなるように作製した。懸濁液の固形分比は、表13に示す通りである。
-Other embodiments-
<Formation of skeleton of active material granules>
(Examples 88 to 93)
This is a test on the manufacturing method of Si granules using a skeleton forming agent.
The Si granules were prepared by spray-drying a suspension of Si ( D50 = 1 μm), AB, VGCF and PI at a liquid feed rate of 5 g/min, a spray pressure of 0.1 MPa and a drying temperature of 80 to 180° C., so that the D50 was 5 to 8 μm. The solid content ratio of the suspension is as shown in Table 13.

次いで、骨格形成剤を適用したSi造粒体は、スプレードライで得られた造粒体を流動層内に移し、固形分濃度0.5質量%となるように調整した骨格形成剤(Li0.2Na1.8O・nSiO2)を用いて粒子コートして作製した。骨格形成剤は、スプレードライで得られた造粒体と骨格形成剤を100質量%とした場合、1質量%となるように調整した。 Next, the Si granules to which the skeleton-forming agent was applied were prepared by transferring the granules obtained by spray drying into a fluidized bed and particle-coating with a skeleton-forming agent ( Li0.2Na1.8O.nSiO2 ) adjusted to a solid content concentration of 0.5% by mass. The skeleton-forming agent was adjusted to 1% by mass when the granules obtained by spray drying and the skeleton-forming agent were taken as 100% by mass.

図14に、得られた骨格形成剤を適用したSi造粒体(実施例88~93)のSEM像を示す。実施例88では、懸濁に含まれるPI量が少なく、球状に成形された造粒体が得られにくいが、PI量が増加するに従い球状の造粒体が得られやすいことがわかった。また、VGCFのようなファイバー状の粒子を加えるとウニ状の造粒体が形成されやすいことがわかった。 Figure 14 shows SEM images of the Si granules (Examples 88 to 93) to which the obtained skeleton-forming agent was applied. In Example 88, the amount of PI contained in the suspension was small, making it difficult to obtain spherically shaped granules, but it was found that as the amount of PI increased, it became easier to obtain spherical granules. It was also found that adding fibrous particles such as VGCF made it easier to form sea urchin-shaped granules.

Figure 0007537752000013
Figure 0007537752000013

<リン酸アルミニウム系の骨格形成剤(実施例94)>
試験電極(4.0mAh/cm2)は、Si(1μm)、CB、PVdFバインダからなるスラリーを銅箔(40μm)に塗工調圧後、スプレーガンを用いて骨格形成剤を活物質層に被覆含浸し、300℃で熱処理することで作製された。骨格形成剤としては、リン酸アルミニウム(Al23・3P25)を水に溶解させ、固形分5質量%となるように調整した。電極の骨格密度は、片面当たり2.0mg/cm2である。負極スラリーの固形分比は、Siが90質量%、CBが4質量%、PVdFバインダが8質量%とした。
<Aluminum phosphate-based skeleton-forming agent (Example 94)>
The test electrode (4.0 mAh/cm 2 ) was produced by applying a slurry consisting of Si (1 μm), CB, and PVdF binder to a copper foil (40 μm) at an adjusted pressure, then using a spray gun to coat and impregnate the active material layer with a skeleton-forming agent, and heat-treating at 300° C. As the skeleton-forming agent, aluminum phosphate (Al 2 O 3 ·3P 2 O 5 ) was dissolved in water and adjusted to a solid content of 5 mass%. The skeleton density of the electrode was 2.0 mg/cm 2 per side. The solid content ratio of the negative electrode slurry was 90 mass% Si, 4 mass% CB, and 8 mass% PVdF binder.

試験電池は、金属Liを対極とし、電解液として、1M LiPF6/エチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=50:50vol%,+ビニレンカーボネート1質量%を用いた。セパレータとしては、ガラス不織布(東洋露紙株式会社製、GA-100)を用いた。充放電試験は、試験環境温度30℃とし、電流密度0.1C-rate、0.5C-rate、1.0C-rateで充放電した。カットオフ電位は、1.0V~0.01Vとした。図15に、実施例94の各レートにおける充放電曲線を示す。骨格形成剤にリン酸アルミニウム(Al23・3P25)を用いても、安定した可逆容量を示すことがわかった。 The test battery had a counter electrode of metallic Li, and an electrolyte of 1M LiPF 6 /ethylene carbonate (EC):diethyl carbonate (DEC)=50:50 vol%, +vinylene carbonate 1 mass%. A glass nonwoven fabric (GA-100, manufactured by Toyo Roshi Co., Ltd.) was used as the separator. The charge/discharge test was performed at a test environment temperature of 30° C. and at current densities of 0.1 C-rate, 0.5 C-rate, and 1.0 C-rate. The cutoff potential was 1.0 V to 0.01 V. FIG. 15 shows the charge/discharge curves at each rate of Example 94. It was found that a stable reversible capacity was exhibited even when aluminum phosphate (Al 2 O 3 ·3P 2 O 5 ) was used as the framework forming agent.

<バインダとしての評価>
(比較例24)
骨格形成剤をバインダとして用いた試験である。バインダとしては、アルカリ金属ケイ酸塩(Li0.05Na1.95O・2.8SiO2)の固形分濃度が40質量%となるように水を加えて調整した。試験負極(2mAh/cm2)は、Si(D50=1μm)とカーボンブラック、無機バインダからなるスラリーを銅箔(10μm)に塗工し、150℃で熱処理した。電極スラリーの固形分比は、Siが19質量%、CBが4質量%、バインダが76質量%とした。
<Evaluation as a binder>
(Comparative Example 24)
This is a test using a skeleton-forming agent as a binder. As the binder, water was added to adjust the solid concentration of alkali metal silicate ( Li0.05Na1.95O.2.8SiO2 ) to 40 mass%. For the test negative electrode ( 2mAh / cm2 ), a slurry consisting of Si ( D50 = 1 μm), carbon black, and an inorganic binder was applied to a copper foil (10 μm) and heat-treated at 150°C. The solid content ratio of the electrode slurry was 19 mass% Si, 4 mass% CB, and 76 mass% binder.

(比較例25)
比較例25は、バインダとして、アルカリ金属ケイ酸塩から、第一リン酸アルミニウム塩(Al23・3P25)に変えた他、比較例24と同様である。なお、リン酸アルミニウム塩は、市販試薬(Aesar製)を用いた。
(Comparative Example 25)
Comparative Example 25 is the same as Comparative Example 24, except that the binder was changed from alkali metal silicate to primary aluminum phosphate (Al 2 O 3 .3P 2 O 5 ). Note that a commercially available reagent (manufactured by Aesar) was used as the aluminum phosphate.

(参考例1)
バインダとして、アルカリ金属ケイ酸塩(Li0.05Na1.95O・2.8SiO2)とα-Al23(D50=3μm)を50:50質量%となるように混合し、この混合体の固形分濃度が40質量%となるように水を加えて調整した。その他の条件としては、比較例24と同様である。
(Reference Example 1)
As the binder, an alkali metal silicate ( Li0.05Na1.95O.2.8SiO2 ) and α - Al2O3 ( D50 = 3 μm) were mixed in a ratio of 50:50 by mass, and water was added to adjust the solid content of the mixture to 40 by mass. The other conditions were the same as those of Comparative Example 24.

(参考例2)
バインダとして、リン酸アルミニウム塩(Al23・3P25)とα-Al23(D50=3μm)を50:50質量%となるように混合し、この混合体の固形分濃度が40質量%となるように水を加えて調整した。その他の条件としては、比較例25と同様である。
(Reference Example 2)
As the binder, aluminum phosphate ( Al2O3.3P2O5 ) and α -Al2O3 ( D50 = 3 μm ) were mixed at a ratio of 50:50 by mass, and water was added to adjust the solid content of the mixture to 40 by mass. The other conditions were the same as those of Comparative Example 25.

比較例25は、スラリーの混合時にSiとアルカリ金属ケイ酸塩が反応して、水素ガスを発生しスラリーが発泡した。また、比較例25および比較例26は、80℃で仮乾燥を行うと、活物質層が膨張し、均一な電極が得られなかった。さらに、比較例25および比較例26の電極を150℃で熱処理したところ、活物質層が大きく体積収縮し、活物質層に亀裂が生じ、集電体から脱落した。 In Comparative Example 25, when the slurry was mixed, Si reacted with the alkali metal silicate, generating hydrogen gas and causing the slurry to foam. In Comparative Examples 25 and 26, when the electrodes were pre-dried at 80°C, the active material layer expanded, and a uniform electrode was not obtained. Furthermore, when the electrodes of Comparative Examples 25 and 26 were heat-treated at 150°C, the active material layer significantly shrunk in volume, cracked, and fell off from the current collector.

一方、参考例1は、スラリーの混合時にSiとアルカリ金属ケイ酸塩が反応して、水素ガスを発生しスラリーが発泡したが、80℃の仮乾燥で、活物質層が膨張することがなかった。さらに、この電極を150℃で熱処理したところ、比較例25と比べて、体積収縮が抑制され、活物質層の亀裂や集電体からの脱落現象がなくなった。 On the other hand, in Reference Example 1, when the slurry was mixed, the Si reacted with the alkali metal silicate, generating hydrogen gas and causing the slurry to foam, but the active material layer did not expand when pre-dried at 80°C. Furthermore, when this electrode was heat-treated at 150°C, volumetric shrinkage was suppressed compared to Comparative Example 25, and the active material layer did not crack or fall off from the current collector.

参考例2においては、スラリーの混合時に水素ガスを発生しないためスラリーが発泡することはなく,80℃の仮乾燥でも、活物質層が膨張することがなかった。さらに、この電極を150℃で熱処理したところ、比較例25と比べて、活物質層の亀裂や集電体からの脱落現象がなくなった。 In Reference Example 2, hydrogen gas was not generated during mixing of the slurry, so the slurry did not foam, and the active material layer did not expand even when pre-dried at 80°C. Furthermore, when this electrode was heat-treated at 150°C, the active material layer did not crack or fall off from the current collector, as compared to Comparative Example 25.

比較例25および比較例26が、80℃で活物質層が膨張した理由は、スラリーを乾燥する際に、気化したガス(水蒸気)が活物質層内に閉じ込められ、活物質層が膨らんだからと思われる。さらに、150℃では、アルカリ金属ケイ酸塩やリン酸アルミニウム塩に由来する大きな体積収縮で、活物質層に亀裂が生じ、活物質層が集電体から脱落したものと思われる。 The reason why the active material layer expanded at 80°C in Comparative Examples 25 and 26 is thought to be because vaporized gas (water vapor) was trapped in the active material layer when the slurry was dried, causing the active material layer to expand. Furthermore, at 150°C, the large volumetric shrinkage caused by the alkali metal silicate and aluminum phosphate likely caused cracks in the active material layer, causing the active material layer to fall off from the current collector.

一方、参考例1と参考例2は、バインダとして、結着性のないAl23が含まれており、電極乾燥時においてAl23とAl23の粒子間からガスを排出し、活物質層が膨らまなかったものと思われる。さらに、150℃では、Al23がアルカリ金属ケイ酸塩やリン酸アルミニウム塩の体積収縮を抑制し、活物質層の亀裂や集電体からの脱落を防止したものと思われる。 On the other hand, in Reference Examples 1 and 2 , non-binding Al2O3 was included as a binder , and it is believed that gas was discharged from between the Al2O3 and Al2O3 particles when the electrode was dried, and the active material layer did not expand. Furthermore, it is believed that at 150°C, Al2O3 suppressed the volumetric shrinkage of the alkali metal silicate and aluminum phosphate, preventing the active material layer from cracking and falling off from the current collector.

これら現象は、例えば、餅を熱すると、中の水蒸気がお餅内に閉じ込められて膨張するが、小麦粉が主成分であるクッキーでは、小麦粉の隙間から水蒸気が離脱できるので、お餅のような膨張が起こりにくくなることと同じである。 These phenomena are the same as when, for example, mochi is heated, the water vapor inside becomes trapped within the mochi and expands, but in cookies, which are primarily made from wheat flour, the water vapor can escape through the gaps in the flour, making them less likely to expand like mochi.

参考例1および参考例2の電極を用いて、充放電試験を行った。電池は、電解液として、1M LiPF6/EC:DEC=50:50vol.%、+VC1質量%)、セパレータとして、ポリオレフィン微多孔膜(20μm)とガラス不織布(GA-100)を重ね合わせたもの、対極として金属Liを用いた半電池を作製した。充放電試験は、環境温度30℃、電流密度0.25C-rate、カットトオフ電位1.5V~0.01Vとした。 A charge-discharge test was carried out using the electrodes of Reference Example 1 and Reference Example 2. A half cell was produced using 1M LiPF 6 /EC:DEC=50:50 vol.%, +VC1 mass%) as the electrolyte, a separator made by stacking a polyolefin microporous film (20 μm) and a glass nonwoven fabric (GA-100), and metallic Li as the counter electrode. The charge-discharge test was carried out at an environmental temperature of 30° C., a current density of 0.25 C-rate, and a cut-off potential of 1.5 V to 0.01 V.

初期充放電効率を比較すると、アルカリ金属ケイ酸塩系(参考例1)が71%、リン酸アルミニウム塩系(参考例2)が67%であり、アルカリ金属ケイ酸塩系の方が、初期充放電効率が良い結果となった。これは、アルカリ金属ケイ酸塩がリン酸アルミニウムよりも不可逆容量が小さいことを意味している。 Comparing the initial charge-discharge efficiency, the alkali metal silicate system (Reference Example 1) had a 71% efficiency, while the aluminum phosphate system (Reference Example 2) had a 67% efficiency, meaning that the alkali metal silicate system had a better initial charge-discharge efficiency. This means that the alkali metal silicate has a smaller irreversible capacity than aluminum phosphate.

図18に、参考例1のサイクル寿命特性と、200サイクル後の電極写真(集電体側)を示す。初期放電容量2609mAh/gに対して、100サイクル後の容量維持率は78%であった。活物質層中に強固な無機バインダ(アルカリ金属ケイ酸塩)の骨格が形成されたことで、Siの膨張収縮による導電ネットワークが破壊されにくくなり、優れた容量維持率を示したものと考えられる。薄い銅箔でも歪みを生じさせずに使用できた理由としては、無機バインダ(アルカリ金属ケイ酸塩)の強度が、銅よりも高いためと思われる。 Figure 18 shows the cycle life characteristics of Reference Example 1 and a photograph of the electrode (collector side) after 200 cycles. The initial discharge capacity was 2609 mAh/g, and the capacity retention rate after 100 cycles was 78%. It is believed that the formation of a strong inorganic binder (alkali metal silicate) skeleton in the active material layer made the conductive network less susceptible to destruction by the expansion and contraction of Si, resulting in the excellent capacity retention rate. The reason that even thin copper foil could be used without distortion is believed to be that the strength of the inorganic binder (alkali metal silicate) is greater than that of copper.

<無機骨格形成剤の確認分析>
(参考例3)
骨格形成剤が電極に浸透しているかを確認した試験である。模擬電極は、Al23(D50=9μm)、AB、PVdFバインダからなるスラリーを銅箔(10μm)に塗工調圧後、スプレーガンを用いて骨格形成剤を活物質層に被覆含浸し、150℃で熱処理することで作製された。骨格形成剤としては、アルカリ金属ケイ酸塩(Na2O・3SiO)を水に溶解させ、固形分8質量%となるように調整した。なお、界面活性剤は加えていない。模擬電極スラリーの固形分比は、α-Al23が85質量%、CBが5質量%、PVdFバインダが10質量%とした。
<Confirmation analysis of inorganic framework forming agent>
(Reference Example 3)
This test was conducted to confirm whether the skeletal former penetrated the electrode. The simulated electrode was prepared by applying a slurry consisting of Al 2 O 3 (D 50 =9 μm), AB, and PVdF binder to a copper foil (10 μm) under an adjusted pressure, then using a spray gun to coat and impregnate the active material layer with the skeletal former, and heat treating at 150° C. The skeletal former was prepared by dissolving an alkali metal silicate (Na 2 O.3SiO) in water and adjusting the solid content to 8% by mass. No surfactant was added. The solid content ratio of the simulated electrode slurry was 85% by mass for α-Al 2 O 3 , 5% by mass for CB, and 10% by mass for PVdF binder.

(参考例4)
参考例4は、比較として、骨格形成剤を被覆含浸しなかった電極である他、参考例3と同じである。図20に、参考例3と参考例4のグロー放電発光分光分析(GDS)結果を示す。GDS測定条件としては、測定径4mmφ、Neガス圧力2000Paとした。測定波長はHでは121nm、Fでは685nm、Oでは130nm、Cでは156nm、Alでは396nm、Siでは251nmとした。横軸の時間は、スパッタ処理した時間で、活物質層の深さ方向(電極表面から集電体への方向)に相当する指標である。縦軸の強度は、発光強度で、元素の含有率に相当する指標である。図20から明らかなように、参考例4ではSiの存在が確認できないのに対して、参考例3は、Siの存在が表面から内部まで一定ではないものの、深層にSiが存在していることが確認できた。この結果から、骨格形成剤を電極表面に塗布することで、骨格形成剤が活物質層内部まで浸透しうることが証明された。
(Reference Example 4)
Reference Example 4 is the same as Reference Example 3 except that the electrode was not coated and impregnated with the framework forming agent for comparison. FIG. 20 shows the results of glow discharge optical emission spectroscopy (GDS) of Reference Example 3 and Reference Example 4. The GDS measurement conditions were a measurement diameter of 4 mmφ and a Ne gas pressure of 2000 Pa. The measurement wavelengths were 121 nm for H, 685 nm for F, 130 nm for O, 156 nm for C, 396 nm for Al, and 251 nm for Si. The time on the horizontal axis is the time of sputtering treatment, which is an index corresponding to the depth direction of the active material layer (direction from the electrode surface to the current collector). The intensity on the vertical axis is the emission intensity, which is an index corresponding to the content of the element. As is clear from FIG. 20, the presence of Si could not be confirmed in Reference Example 4, whereas in Reference Example 3, although the presence of Si was not constant from the surface to the inside, it was confirmed that Si was present in the deep layer. This result proves that by applying the skeletal forming agent to the electrode surface, the skeletal forming agent can penetrate into the active material layer.

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、骨格形成剤のアルカリ金属ケイ酸塩の固形分濃度などの各種濃度や割合は、上記した実施形態の数値に限られない。また、上記した実施形態では、アルカリ金属ケイ酸塩としてA2O・3SiO2(A=Li、Na)LiやNaに限られず、またSiO2の係数も2~3に限られない。また、骨格形成剤は、リン酸塩として第一リン酸アルミニウム(Al23・3P25)に限られず、またPの係数も3に限られない。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。 As described above, the preferred embodiment of the present invention has been described with reference to the drawings, but various additions, modifications, or deletions are possible within the scope of the present invention. For example, various concentrations and ratios such as the solid content concentration of the alkali metal silicate of the skeleton forming agent are not limited to the numerical values of the above-mentioned embodiment. In addition, in the above-mentioned embodiment, the alkali metal silicate is not limited to A 2 O.3SiO 2 (A=Li, Na) Li or Na, and the coefficient of SiO 2 is not limited to 2 to 3. In addition, the skeleton forming agent is not limited to aluminum monophosphate (Al 2 O 3.3P 2 O 5 ) as a phosphate, and the coefficient of P 2 O 5 is not limited to 3. Therefore, such things are also included in the scope of the present invention.

Claims (8)

アルカリ金属と合金化が可能な活物質又はアルカリ金属イオンを吸蔵することが可能な活物質と、バインダと、を含む非水電解質二次電池の電極における活物質層の骨格形成に用いる骨格形成剤であって、
成分にシロキサン結合を有する非晶質のケイ酸塩、又は、アルミノリン酸結合を有する非晶質のリン酸塩を含み、
前記シロキサン結合中のSiサイトの一部が、Al、Zr、Ti、Mg、Mo、Sr、Ca、Zn、Ba、B、W、Ta、Ce、Hf、Yの少なくともいずれか1種の遷移金属元素で置換されている、骨格形成剤。
A skeletal forming agent used for forming a skeleton of an active material layer in an electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery, the skeletal forming agent comprising an active material capable of alloying with an alkali metal or an active material capable of occluding alkali metal ions, and a binder, the skeletal forming agent comprising:
The composition contains an amorphous silicate having a siloxane bond or an amorphous phosphate having an aluminophosphate bond ,
A framework-forming agent in which a portion of the Si sites in the siloxane bonds is substituted with at least one transition metal element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Mo, Sr, Ca, Zn, Ba, B, W, Ta, Ce, Hf, and Y.
アルカリ金属と合金化が可能な活物質又はアルカリ金属イオンを吸蔵することが可能な活物質と、バインダと、を含む非水電解質二次電池の電極における活物質層の骨格形成に用いる骨格形成剤であって、
成分にシロキサン結合を有する非晶質のケイ酸塩、又は、アルミノリン酸結合を有する非晶質のリン酸塩を含み、
遷移金属サイトの一部が、Al、Mg、Ca、Cu、Fe、Ba,Ti、Mn、Mo、Mg、Si、Sr、Ca、Zn、Ba、B、W、Ta、Ce、Hf、Yの少なくともいずれか1種の遷移金属元素で置換されていている、骨格形成剤。
A skeletal forming agent used for forming a skeleton of an active material layer in an electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery, the skeletal forming agent comprising an active material capable of alloying with an alkali metal or an active material capable of occluding alkali metal ions, and a binder, the skeletal forming agent comprising:
The composition contains an amorphous silicate having a siloxane bond or an amorphous phosphate having an aluminophosphate bond ,
A framework-forming agent in which a portion of the transition metal sites is substituted with at least one transition metal element selected from the group consisting of Al, Mg, Ca, Cu, Fe, Ba, Ti, Mn, Mo, Mg, Si, Sr, Ca, Zn, Ba, B, W, Ta, Ce, Hf, and Y.
前記ケイ酸塩は、一般式A2O・nSiO2で表されるもので、
Aが、Li、Na、K、その他のアルカリ金属元素、グアニジン化合物、アンモニウム化合物、トリエタノールアンモニウム基、テトラメタノールアンモニウム基、テトラエタノールアンモニウム基、またはグラニジン基の少なくともいずれか1種であり、
前記リン酸塩は、一般式M・nHXPO4で表されるもので、
Mが、Al、Ca、Mg、Zr、Ti、Mo、Sr、Zn、Ba、B、W、Ta、Ce、Hf、Y、遷移金属の少なくともいずれか1種であって、
前記ケイ酸塩の一般式のnが1.6以上3.9以下であり、
前記リン酸塩の一般式のxが2以下であり、nが0.5以上5以下である、
請求項1または2記載の骨格形成剤。
The silicate is represented by the general formula A2O.nSiO2 ,
A is at least one of Li, Na, K, other alkali metal elements, a guanidine compound, an ammonium compound, a triethanolammonium group, a tetramethanolammonium group, a tetraethanolammonium group, and a guanidine group;
The phosphate is represented by the general formula M.nH x PO 4 ,
M is at least one of Al, Ca, Mg, Zr, Ti, Mo, Sr, Zn, Ba, B, W, Ta, Ce, Hf, Y, and a transition metal;
In the general formula of the silicate, n is 1.6 or more and 3.9 or less,
In the general formula of the phosphate, x is 2 or less, and n is 0.5 or more and 5 or less.
The skeletal formation agent according to claim 1 or 2 .
前記ケイ酸塩の一般式のAが、Naであり、nが2.0以上3.5以下であ
前記リン酸塩の一般式のxが2以下であり、nが0.5以上5以下である、
請求項記載の骨格形成剤。
In the general formula of the silicate, A is Na and n is 2.0 or more and 3.5 or less;
In the general formula of the phosphate, x is 2 or less, and n is 0.5 or more and 5 or less.
The skeletal formation agent according to claim 3 .
さらに、界面活性剤を含む、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の骨格形成剤。
Further, the surfactant is
The skeletal formation agent according to any one of claims 1 to 4.
さらに、耐アルカリ性又は耐酸性の無機粒子を含む、
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の骨格形成剤。
Further, the inorganic particles include alkali-resistant or acid-resistant inorganic particles.
The skeletal formation agent according to any one of claims 1 to 5.
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の骨格形成材と、アルカリ金属と合金化が可能な活物質又はアルカリ金属イオンを吸蔵することが可能な活物質と、バインダと、を備える、電極。 An electrode comprising the skeleton forming material according to any one of claims 1 to 6, an active material capable of alloying with an alkali metal or capable of occluding alkali metal ions, and a binder. 前記骨格形成材が、
少なくとも活物質層の表面に存在する、
請求項7に記載の電極。
The framework forming material is
At least on the surface of the active material layer,
8. The electrode of claim 7.
JP2021163420A 2019-09-06 2021-10-04 Skeleton-forming agent, electrode using same, and method for manufacturing electrode Active JP7537752B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021163420A JP7537752B2 (en) 2019-09-06 2021-10-04 Skeleton-forming agent, electrode using same, and method for manufacturing electrode
JP2024124674A JP7696183B2 (en) 2019-09-06 2024-07-31 Granulation binder, active material granules using the same, and method for producing active material granules

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019162556A JP6960176B2 (en) 2018-03-12 2019-09-06 Skeleton forming agent, electrodes using it, and method for manufacturing electrodes
JP2021163420A JP7537752B2 (en) 2019-09-06 2021-10-04 Skeleton-forming agent, electrode using same, and method for manufacturing electrode

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019162556A Division JP6960176B2 (en) 2018-03-12 2019-09-06 Skeleton forming agent, electrodes using it, and method for manufacturing electrodes

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2024124674A Division JP7696183B2 (en) 2019-09-06 2024-07-31 Granulation binder, active material granules using the same, and method for producing active material granules

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021193693A JP2021193693A (en) 2021-12-23
JP7537752B2 true JP7537752B2 (en) 2024-08-21

Family

ID=79168831

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021163420A Active JP7537752B2 (en) 2019-09-06 2021-10-04 Skeleton-forming agent, electrode using same, and method for manufacturing electrode
JP2024124674A Active JP7696183B2 (en) 2019-09-06 2024-07-31 Granulation binder, active material granules using the same, and method for producing active material granules

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2024124674A Active JP7696183B2 (en) 2019-09-06 2024-07-31 Granulation binder, active material granules using the same, and method for producing active material granules

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP7537752B2 (en)

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001508916A (en) 1996-11-13 2001-07-03 三菱化学株式会社 Lithium ion battery and method of manufacturing the same
JP2002270152A (en) 2001-03-09 2002-09-20 Yuasa Corp Lithium secondary battery
JP2008135382A (en) 2006-10-26 2008-06-12 Sony Corp Negative electrode, method for producing the same, and secondary battery
JP2009301765A (en) 2008-06-11 2009-12-24 Sony Corp Electrode with porous protective membrane, nonaqueous electrolyte secondary battery, and method of manufacturing electrode with porous protective membrane
JP2010170852A (en) 2009-01-23 2010-08-05 Jsr Corp Composition for electrochemical device electrode binder, composition for electrochemical device electrode, electrochemical device electrode, and electrochemical device
JP2011150866A (en) 2010-01-21 2011-08-04 Hitachi Maxell Energy Ltd Lithium ion secondary battery
JP2011528483A (en) 2008-07-15 2011-11-17 ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー Inorganic binder for battery electrodes and its aqueous process
JP2012038597A (en) 2010-08-09 2012-02-23 Panasonic Corp Aqueous paste for forming anode active material layer of nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery anode and manufacturing method thereof, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2012104291A (en) 2010-11-08 2012-05-31 Sony Corp Shrinkage-resistant microporous film and battery separator
JP2013105677A (en) 2011-11-15 2013-05-30 Hitachi Chemical Co Ltd Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same
JP2014075183A (en) 2012-10-02 2014-04-24 Hitachi Chemical Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2014514712A (en) 2011-04-14 2014-06-19 リ−テック・バッテリー・ゲーエムベーハー High voltage lithium ion battery
JP6369818B2 (en) 2016-10-14 2018-08-08 Attaccato合同会社 Electrode using skeleton-forming agent
JP2019003959A (en) 2018-10-10 2019-01-10 Attaccato合同会社 Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and battery using the same
JP6678358B2 (en) 2018-03-12 2020-04-08 Attaccato合同会社 Skeleton forming agent, electrode using the same, and method for producing electrode
JP6960176B2 (en) 2018-03-12 2021-11-05 Attaccato合同会社 Skeleton forming agent, electrodes using it, and method for manufacturing electrodes

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3482733B2 (en) * 1995-04-27 2004-01-06 宇部興産株式会社 Non-aqueous secondary battery
JP3223111B2 (en) * 1996-05-15 2001-10-29 三洋電機株式会社 Non-aqueous electrolyte battery
US7947397B1 (en) * 2007-01-10 2011-05-24 Sandia Corporation Battery components employing a silicate binder
JP5525003B2 (en) 2012-05-07 2014-06-18 古河電気工業株式会社 Anode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001508916A (en) 1996-11-13 2001-07-03 三菱化学株式会社 Lithium ion battery and method of manufacturing the same
JP2002270152A (en) 2001-03-09 2002-09-20 Yuasa Corp Lithium secondary battery
JP2008135382A (en) 2006-10-26 2008-06-12 Sony Corp Negative electrode, method for producing the same, and secondary battery
JP2009301765A (en) 2008-06-11 2009-12-24 Sony Corp Electrode with porous protective membrane, nonaqueous electrolyte secondary battery, and method of manufacturing electrode with porous protective membrane
JP2011528483A (en) 2008-07-15 2011-11-17 ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー Inorganic binder for battery electrodes and its aqueous process
JP2010170852A (en) 2009-01-23 2010-08-05 Jsr Corp Composition for electrochemical device electrode binder, composition for electrochemical device electrode, electrochemical device electrode, and electrochemical device
JP2011150866A (en) 2010-01-21 2011-08-04 Hitachi Maxell Energy Ltd Lithium ion secondary battery
JP2012038597A (en) 2010-08-09 2012-02-23 Panasonic Corp Aqueous paste for forming anode active material layer of nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery anode and manufacturing method thereof, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2012104291A (en) 2010-11-08 2012-05-31 Sony Corp Shrinkage-resistant microporous film and battery separator
JP2014514712A (en) 2011-04-14 2014-06-19 リ−テック・バッテリー・ゲーエムベーハー High voltage lithium ion battery
JP2013105677A (en) 2011-11-15 2013-05-30 Hitachi Chemical Co Ltd Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same
JP2014075183A (en) 2012-10-02 2014-04-24 Hitachi Chemical Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP6369818B2 (en) 2016-10-14 2018-08-08 Attaccato合同会社 Electrode using skeleton-forming agent
JP6678358B2 (en) 2018-03-12 2020-04-08 Attaccato合同会社 Skeleton forming agent, electrode using the same, and method for producing electrode
JP6960176B2 (en) 2018-03-12 2021-11-05 Attaccato合同会社 Skeleton forming agent, electrodes using it, and method for manufacturing electrodes
JP2019003959A (en) 2018-10-10 2019-01-10 Attaccato合同会社 Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and battery using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP7696183B2 (en) 2025-06-20
JP2024164034A (en) 2024-11-26
JP2021193693A (en) 2021-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6369818B2 (en) Electrode using skeleton-forming agent
JP6635616B2 (en) Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and battery using the same
CN113169293B (en) Electrode for nonaqueous electrolyte battery and nonaqueous electrolyte battery
JP6149147B1 (en) Framework forming agent and negative electrode using the same
JP7812069B2 (en) Electrode for non-aqueous electrolyte storage device, non-aqueous electrolyte storage device and method for manufacturing the same
JP6678358B2 (en) Skeleton forming agent, electrode using the same, and method for producing electrode
JP6960176B2 (en) Skeleton forming agent, electrodes using it, and method for manufacturing electrodes
JP7730121B2 (en) Electrode mixture for use in all-solid-state sodium storage batteries, and storage batteries using the same
CN107851786B (en) Negative electrode active material for electricity storage device
JP2018101639A (en) Separator
CN118302892A (en) Sodium ion secondary battery
JP7696183B2 (en) Granulation binder, active material granules using the same, and method for producing active material granules
HK40082360A (en) Skeleton-forming agent and negative electrode using same
HK1259189B (en) Skeleton-forming agent and negative electrode using same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211102

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221004

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20221205

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230214

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20230414

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230615

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231003

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20231204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240202

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240604

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20240701

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240801

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7537752

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150