JP7548700B2 - Positive electrode resin current collector and lithium ion battery - Google Patents
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Description
本発明は、正極用樹脂集電体及びリチウムイオン電池に関する。 The present invention relates to a resin collector for a positive electrode and a lithium-ion battery.
近年、環境保護のため、二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できるリチウムイオン電池に注目が集まっている。 In recent years, there has been a strong desire to reduce carbon dioxide emissions in order to protect the environment. In the automotive industry, there is hope that the introduction of electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) will help reduce carbon dioxide emissions, and efforts are being made to develop secondary batteries for driving motors, which hold the key to putting these into practical use. As a secondary battery, attention is being focused on lithium-ion batteries, which can achieve high energy density and high power density.
このようなリチウムイオン電池においては、従来、集電体として金属箔(金属集電箔)が用いられてきた。近年、金属箔に代わって導電性材料が添加された樹脂から構成される、いわゆる樹脂集電体が提案されている。このような樹脂集電体は、金属集電箔と比較して軽量であり、電池の単位重量あたりの出力向上が期待される。 In such lithium-ion batteries, metal foil (metal current collector foil) has traditionally been used as the current collector. In recent years, so-called resin current collectors have been proposed, which are made of resin with added conductive material instead of metal foil. Such resin current collectors are lighter than metal current collector foils, and are expected to improve the output per unit weight of the battery.
例えば、特許文献1には、樹脂集電体用分散剤、樹脂及び導電性フィラーを含有する樹脂集電体用材料、並びに、該樹脂集電体用材料を有する樹脂集電体が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a dispersant for a resin collector, a material for a resin collector containing a resin and a conductive filler, and a resin collector having the material for a resin collector.
近年、リチウムイオン電池は、更なる高容量化が求められている。
特許文献1に記載されたような、従来の樹脂集電体を正極側の樹脂集電体(正極用樹脂集電体)として使用したリチウムイオン電池では、高容量化を目的として充電電圧を高くした場合、樹脂集電体のマトリックス樹脂と電解液との間、又は、導電性フィラーと電解液との間で副反応が起こると推測され、充電電圧を所定の電圧まで上げることができなかったり(4.7V程度が限界)、不可逆容量が上昇したりするといった問題があった。そのため、従来の樹脂集電体を正極側の樹脂集電体として使用したリチウムイオン電池では、耐電位性や不可逆容量の大きさにおいて、更なる改善の余地があった。
In recent years, there has been a demand for even higher capacity lithium-ion batteries.
In a lithium-ion battery using a conventional resin collector as a resin collector on the positive electrode side (resin collector for positive electrode) as described in Patent Document 1, when the charging voltage is increased to increase the capacity, it is presumed that a side reaction occurs between the matrix resin of the resin collector and the electrolyte, or between the conductive filler and the electrolyte, and there are problems such as the charging voltage not being able to be increased to a predetermined voltage (the limit is about 4.7 V) and the irreversible capacity increasing. Therefore, in a lithium-ion battery using a conventional resin collector as a resin collector on the positive electrode side, there is room for further improvement in the potential resistance and the magnitude of the irreversible capacity.
そこで本発明は、リチウムイオン電池の正極側の樹脂集電体として使用しても、高容量化を目的として充電電圧を高くすることが可能(充電電圧が5Vでも充電が可能)であり、かつ、初回不可逆容量を低減することができる正極用樹脂集電体を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a resin current collector for positive electrodes that, even when used as a resin current collector on the positive electrode side of a lithium-ion battery, allows the charging voltage to be increased to increase capacity (charging is possible even with a charging voltage of 5 V) and also reduces the initial irreversible capacity.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、マトリックス樹脂が、特定のエステル化合物を必須構成単量体とする重合体を含み、導電性フィラーとして、アルミニウム及び/又はチタンを特定の重量割合で含む樹脂集電体を用いることにより、リチウムイオン電池の正極側の樹脂集電体として使用しても、従来の樹脂集電体を使用した場合に起こると推測されるマトリックス樹脂と電解液との間、又は、導電性フィラーと電解液との間の副反応を抑制することができるため、充電電圧を高くすることが可能であり、かつ、初回不可逆容量を低減できることを見出し、本発明に到達した。 As a result of intensive research into solving the above problems, the present inventors have discovered that by using a resin current collector in which the matrix resin contains a polymer having a specific ester compound as an essential constituent monomer and the conductive filler contains aluminum and/or titanium in a specific weight ratio, it is possible to suppress side reactions between the matrix resin and the electrolyte or between the conductive filler and the electrolyte, which are assumed to occur when a conventional resin current collector is used, even when used as a resin current collector on the positive electrode side of a lithium ion battery, making it possible to increase the charging voltage and reduce the initial irreversible capacity, thus completing the present invention.
すなわち、本発明は、マトリックス樹脂に導電性フィラーが分散した正極用樹脂集電体であって、上記マトリックス樹脂は、炭素数1~12の1価の脂肪族アルコールと、(メタ)アクリル酸とのエステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体を含み、上記導電性フィラーは、アルミニウム及び/又はチタンを含み、上記導電性フィラーの重量を基準として、アルミニウムとチタンの合計重量割合が99重量%以上である正極用樹脂集電体;上記正極用樹脂集電体を備えるリチウムイオン電池である。 That is, the present invention provides a resin current collector for a positive electrode in which a conductive filler is dispersed in a matrix resin, the matrix resin containing a polymer having an essential constituent monomer of an ester compound (A) of a monohydric aliphatic alcohol having 1 to 12 carbon atoms and (meth)acrylic acid, the conductive filler containing aluminum and/or titanium, and the total weight ratio of aluminum and titanium based on the weight of the conductive filler is 99% by weight or more; and a lithium ion battery including the resin current collector for a positive electrode.
本発明によれば、リチウムイオン電池の正極側の樹脂集電体として使用しても、高容量化を目的として充電電圧を高くすることが可能(充電電圧が5Vでも充電が可能)であり、かつ、初回不可逆容量を低減することができる正極用樹脂集電体を提供することができる。 The present invention provides a resin current collector for positive electrodes that, even when used as a resin current collector on the positive electrode side of a lithium-ion battery, allows the charging voltage to be increased in order to increase capacity (charging is possible even with a charging voltage of 5 V) and can reduce the initial irreversible capacity.
[正極用樹脂集電体]
本発明は、マトリックス樹脂に導電性フィラーが分散した正極用樹脂集電体であって、上記マトリックス樹脂は、炭素数1~12の1価の脂肪族アルコールと、(メタ)アクリル酸とのエステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体を含み、上記導電性フィラーは、アルミニウム及び/又はチタンを含み、上記導電性フィラーの重量を基準として、アルミニウムとチタンの合計重量割合が99重量%以上である正極用樹脂集電体である。
[Positive electrode resin current collector]
The present invention relates to a positive electrode resin current collector in which a conductive filler is dispersed in a matrix resin, the matrix resin containing a polymer having, as an essential constituent monomer, an ester compound (A) of a monohydric aliphatic alcohol having 1 to 12 carbon atoms and (meth)acrylic acid, the conductive filler containing aluminum and/or titanium, and the total weight ratio of aluminum and titanium based on the weight of the conductive filler is 99% by weight or more.
(マトリックス樹脂)
マトリックス樹脂は、炭素数1~12の1価の脂肪族アルコールと、(メタ)アクリル酸とのエステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体を含む。
(Matrix resin)
The matrix resin contains a polymer having, as an essential constituent monomer, an ester compound (A) of a monohydric aliphatic alcohol having 1 to 12 carbon atoms and (meth)acrylic acid.
炭素数1~12の1価の脂肪族アルコールとしては、炭素数1~12の1価の分岐又は直鎖脂肪族アルコールが挙げられ、メタノール、エタノール、プロパノール(n-プロパノール、iso-プロパノール)、ブチルアルコール(n-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール)、ペンチルアルコール(n-ペンチルアルコール、2-ペンチルアルコール及びネオペンチルアルコール等)、ヘキシルアルコール(1-ヘキサノール、2-ヘキサノール及び3-ヘキサノール等)、ヘプチルアルコール(n-ヘプチルアルコール、1-メチルヘキシルアルコール及び2-メチルヘキシルアルコール等)、オクチルアルコール(n-オクチルアルコール、1-メチルヘプタノール、1-エチルヘキサノール、2-メチルヘプタノール及び2-エチルヘキサノール等)、ノニルアルコール(n-ノニルアルコール、1-メチルオクタノール、1-エチルヘプタノール、1-プロピルヘキサノール及び2-エチルヘプチルアルコール等)、デシルアルコール(n-デシルアルコール、1-メチルノニルアルコール、2-メチルノニルアルコール及び2-エチルオクチルアルコール等)、ウンデシルアルコール(n-ウンデシルアルコール、1-メチルデシルアルコール、2-メチルデシルアルコール及び2-エチルノニルアルコール等)、ラウリルアルコール(n-ラウリルアルコール、1-メチルウンデシルアルコール、2-メチルウンデシルアルコール、2-エチルデシルアルコール及び2-ブチルヘキシルアルコール等)等が挙げられる。 Examples of monohydric aliphatic alcohols having 1 to 12 carbon atoms include monohydric branched or straight-chain aliphatic alcohols having 1 to 12 carbon atoms, such as methanol, ethanol, propanol (n-propanol, iso-propanol), butyl alcohol (n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol), pentyl alcohol (n-pentyl alcohol, 2-pentyl alcohol, neopentyl alcohol, etc.), hexyl alcohol (1-hexanol, 2-hexanol, 3-hexanol, etc.), heptyl alcohol (n-heptyl alcohol, 1-methylhexyl alcohol, 2-methylhexyl alcohol, etc.), octyl alcohol (n-octyl alcohol, 1-methylheptanol, 1-ethylhexanol, etc.), and the like. nonyl alcohol (n-nonyl alcohol, 1-methyloctanol, 1-ethylheptanol, 1-propylhexanol, 2-ethylheptyl alcohol, etc.), decyl alcohol (n-decyl alcohol, 1-methylnonyl alcohol, 2-methylnonyl alcohol, 2-ethyloctyl alcohol, etc.), undecyl alcohol (n-undecyl alcohol, 1-methyldecyl alcohol, 2-methyldecyl alcohol, 2-ethylnonyl alcohol, etc.), lauryl alcohol (n-lauryl alcohol, 1-methylundecyl alcohol, 2-methylundecyl alcohol, 2-ethyldecyl alcohol, 2-butylhexyl alcohol, etc.), etc.
(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸及びメタクリル酸を意味する。 (Meth)acrylic acid means acrylic acid and methacrylic acid.
エステル化合物(A)としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸2-メチルヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル等が挙げられる。
なかでも、入手性及びコストの観点から、メタクリル酸メチルが好ましい。
エステル化合物(A)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
Examples of the ester compound (A) include methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, propyl (meth)acrylate, butyl (meth)acrylate, hexyl (meth)acrylate, octyl (meth)acrylate, 2-methylhexyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, decyl (meth)acrylate, and dodecyl (meth)acrylate.
Among these, methyl methacrylate is preferred from the viewpoints of availability and cost.
The ester compound (A) may be used alone or in combination of two or more kinds.
エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体は、エステル化合物(A)以外の単量体を含んでもよい。
エステル化合物(A)以外の単量体としては、エチレン、プロピレン、スチレンクロロエチレン、トリクロロエチレン、フッ化ビニル、塩化ビニル、酢酸ビニル、塩化ビニリデン、(メタ)アクリロニトリル、フッ化ビニリデン等が挙げられる。
なかでも、塩化ビニル、酢酸ビニル、塩化ビニリデン、アクリロニトリル及びフッ化ビニリデンからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
なお、(メタ)アクリロニトリルとは、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルを意味する。
The polymer containing the ester compound (A) as an essential constituent monomer may contain a monomer other than the ester compound (A).
Examples of the monomer other than the ester compound (A) include ethylene, propylene, styrene, chloroethylene, trichloroethylene, vinyl fluoride, vinyl chloride, vinyl acetate, vinylidene chloride, (meth)acrylonitrile, and vinylidene fluoride.
Among these, at least one selected from the group consisting of vinyl chloride, vinyl acetate, vinylidene chloride, acrylonitrile and vinylidene fluoride is preferred.
Incidentally, (meth)acrylonitrile means acrylonitrile and methacrylonitrile.
エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体は、エステル化合物(A)からなるホモポリマーであってよいが、2種以上の単量体の重合体であってもよい。
2種以上の単量体の重合体である場合、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体及びグラフト共重合体のいずれであってもよい。
The polymer containing the ester compound (A) as an essential constituent monomer may be a homopolymer consisting of the ester compound (A), but may also be a polymer consisting of two or more kinds of monomers.
When the polymer is a polymer of two or more kinds of monomers, it may be any one of a random copolymer, an alternating copolymer, a block copolymer and a graft copolymer.
エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体の重量平均分子量としては、特に限定されないが、成形性及び樹脂強度の観点から、5万~100万であることが好ましく、10万~50万であることがより好ましい。 The weight average molecular weight of the polymer having the ester compound (A) as an essential constituent monomer is not particularly limited, but from the viewpoint of moldability and resin strength, it is preferably 50,000 to 1,000,000, and more preferably 100,000 to 500,000.
なお、本明細書中において、重量平均分子量は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)法により測定した重量平均分子量を意味する。測定条件としては、以下の通りである。
装置:高温ゲルパーミエイションクロマトグラフ[「Alliance GPC V2000」、Waters(株)製]
溶媒:オルトジクロロベンゼン
基準物質:ポリスチレン
サンプル濃度:3mg/ml
カラム固定相:PLgel 10μm、MIXED-B 2本直列[ポリマーラボラトリーズ(株)製]
カラム温度:135℃
In this specification, the weight average molecular weight means a weight average molecular weight measured by gel permeation chromatography (GPC) under the following measurement conditions.
Apparatus: High-temperature gel permeation chromatograph ["Alliance GPC V2000", Waters Corporation]
Solvent: orthodichlorobenzene Reference material: polystyrene Sample concentration: 3 mg/ml
Column stationary phase: PLgel 10 μm, MIXED-B 2 columns in series [Polymer Laboratories, Inc.]
Column temperature: 135 ° C.
エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体を得る方法としては、特に限定されず、ラジカル重合等の公知の方法を適宜選択して用いることができる。 The method for obtaining a polymer having the ester compound (A) as an essential constituent monomer is not particularly limited, and any known method such as radical polymerization can be appropriately selected and used.
マトリックス樹脂を構成する単量体は、エステル化合物(A)と、塩化ビニル、酢酸ビニル、塩化ビニリデン、アクリロニトリル及びフッ化ビニリデンからなる群から選択される少なくとも1種とからなることが好ましい。
なお、マトリックス樹脂を構成する単量体とは、マトリックス樹脂がエステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体のみを含む場合には、エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体を構成する単量体を意味する。また、マトリックス樹脂が、エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体以外の重合体を含む場合には、エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体を構成する単量体、及び、エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体以外の重合体を構成する単量体を意味する。
The monomer constituting the matrix resin preferably comprises an ester compound (A) and at least one selected from the group consisting of vinyl chloride, vinyl acetate, vinylidene chloride, acrylonitrile and vinylidene fluoride.
In addition, the monomer constituting the matrix resin means a monomer constituting the polymer having the ester compound (A) as an essential monomer when the matrix resin contains only a polymer having the ester compound (A) as an essential monomer, and means a monomer constituting the polymer having the ester compound (A) as an essential monomer when the matrix resin contains a polymer other than the polymer having the ester compound (A) as an essential monomer, and a monomer constituting the polymer other than the polymer having the ester compound (A) as an essential monomer.
マトリックス樹脂は、エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体以外の重合体を含んでもよい。 The matrix resin may contain a polymer other than the polymer having the ester compound (A) as an essential constituent monomer.
エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体以外の重合体は、塩化ビニル、酢酸ビニル、塩化ビニリデン、(メタ)アクリロニトリル、フッ化ビニリデン、エチレン、プロピレン、スチレンクロロエチレン、トリクロロエチレン、フッ化ビニル等を単量体とする重合体が挙げられる。
なかでも、耐電位及び初回不可逆容量の観点から、エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体以外の重合体は、単量体が、塩化ビニル、酢酸ビニル、塩化ビニリデン、アクリロニトリル及びフッ化ビニリデンからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
Examples of the polymer other than the polymer having the ester compound (A) as an essential constituent monomer include polymers having vinyl chloride, vinyl acetate, vinylidene chloride, (meth)acrylonitrile, vinylidene fluoride, ethylene, propylene, styrene chloroethylene, trichloroethylene, vinyl fluoride, etc. as a monomer.
In particular, from the viewpoint of withstand potential and initial irreversible capacity, it is preferable that the monomer of the polymer other than the polymer having the ester compound (A) as an essential constituent monomer is at least one selected from the group consisting of vinyl chloride, vinyl acetate, vinylidene chloride, acrylonitrile, and vinylidene fluoride.
エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体以外の重合体は、上述した単量体からなるホモポリマーであってよいが、2種以上の単量体の重合体であってもよい。
2種以上の単量体の重合体である場合、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体及びグラフト共重合体のいずれであってもよい。
The polymer other than the polymer having the ester compound (A) as an essential constituent monomer may be a homopolymer consisting of the above-mentioned monomers, or may be a polymer consisting of two or more kinds of monomers.
When the polymer is a polymer of two or more kinds of monomers, it may be any one of a random copolymer, an alternating copolymer, a block copolymer and a graft copolymer.
エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体以外の重合体の重量平均分子量としては特に限定されないが、5万~100万であることが好ましく、10万~50万であることがより好ましい。 The weight average molecular weight of the polymer other than the polymer having the ester compound (A) as an essential constituent monomer is not particularly limited, but is preferably 50,000 to 1,000,000, and more preferably 100,000 to 500,000.
エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体以外の重合体を得る方法としては、特に限定されず、公知の方法を適宜選択して用いることができる。 The method for obtaining a polymer other than the polymer having the ester compound (A) as an essential constituent monomer is not particularly limited, and any known method can be appropriately selected and used.
マトリックス樹脂を構成する単量体に含まれるエステル化合物(A)の重量割合は、初回不可逆容量を好適に低減する観点から、マトリックス樹脂を構成する単量体の総重量を基準として、50~100重量%であることが好ましい。
マトリックス樹脂を構成する単量体に含まれるエステル化合物(A)の重量割合は、マトリックス樹脂を構成する単量体の総重量を基準として、80~100重量%であることがより好ましく、90~100重量%であることがさらに好ましい。
なお、マトリックス樹脂を構成する単量体の総重量とは、エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体を構成する単量体の重量と、エステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体以外の重合体を構成する単量体の重量とを合計した重量である。
The weight proportion of the ester compound (A) contained in the monomers constituting the matrix resin is preferably 50 to 100% by weight based on the total weight of the monomers constituting the matrix resin, from the viewpoint of suitably reducing the initial irreversible capacity.
The weight proportion of the ester compound (A) contained in the monomers constituting the matrix resin is more preferably 80 to 100% by weight, and further preferably 90 to 100% by weight, based on the total weight of the monomers constituting the matrix resin.
The total weight of the monomers constituting the matrix resin is the sum of the weight of the monomers constituting the polymer having the ester compound (A) as an essential constituent monomer and the weight of the monomers constituting the polymer other than the polymer having the ester compound (A) as an essential constituent monomer.
マトリックス樹脂の含有量は、強度の観点から、正極用樹脂集電体の重量を基準として、40~98重量%が好ましく、50~95重量%がより好ましい。 From the viewpoint of strength, the content of the matrix resin is preferably 40 to 98% by weight, and more preferably 50 to 95% by weight, based on the weight of the positive electrode resin collector.
(導電性フィラー)
導電性フィラーは、アルミニウム及び/又はチタンを含む。
導電性フィラーは、初回不可逆容量を好適に低減する観点から、アルミニウムのみを含むことが好ましい。
なお、アルミニウムは、純アルミニウムであってもよいし、アルミニウム合金であってもよい。また、チタンは、純チタンの他、チタンを主材料とする合金であってもよい。
(Conductive filler)
The conductive filler includes aluminum and/or titanium.
From the viewpoint of suitably reducing the initial irreversible capacity, the conductive filler preferably contains only aluminum.
The aluminum may be pure aluminum or an aluminum alloy, and the titanium may be pure titanium or an alloy containing titanium as a main material.
導電性フィラーの重量を基準として、アルミニウムとチタンの合計重量割合が99重量%以上である。
アルミニウムとチタンの合計重量割合が99重量%未満であると、アルミニウム又はチタン以外の導電性フィラーが副反応源となり、マトリックス樹脂と電解液との間、又は、導電性フィラーと電解液との間の副反応を十分に抑制することができない。そのため、高容量化を目的として充電電圧を高くすることができず、初回不可逆容量を低減することもできない。
導電性フィラーの重量を基準として、アルミニウムとチタンの合計重量割合は、99.5重量%以上であることが好ましく、99.7重量%以上であることがより好ましく、100重量%であることがさらに好ましい。
なお、上述した合計重量割合は、導電性フィラーの重量を基準としたアルミニウム元素とチタン元素の合計重量割合を意味する。
すなわち、上記「導電性フィラーの重量を基準として、アルミニウムとチタンの合計重量割合が99重量%以上である」とは、アルミニウム及び/又はチタンが合金である場合、導電性フィラーの重量を基準として、アルミニウム元素とチタン元素の合計重量割合が99重量%以上であることを意味する。
The total weight percentage of aluminum and titanium is 99% by weight or more based on the weight of the conductive filler.
If the total weight ratio of aluminum and titanium is less than 99% by weight, the conductive filler other than aluminum or titanium becomes a source of side reactions, and side reactions between the matrix resin and the electrolyte or between the conductive filler and the electrolyte cannot be sufficiently suppressed, so that the charging voltage cannot be increased to increase the capacity, and the initial irreversible capacity cannot be reduced.
Based on the weight of the conductive filler, the total weight percentage of aluminum and titanium is preferably 99.5% by weight or more, more preferably 99.7% by weight or more, and even more preferably 100% by weight.
The above-mentioned total weight percentage means the total weight percentage of aluminum element and titanium element based on the weight of the conductive filler.
In other words, the above phrase "the total weight ratio of aluminum and titanium is 99% by weight or more, based on the weight of the conductive filler" means that, when aluminum and/or titanium is an alloy, the total weight ratio of aluminum element and titanium element is 99% by weight or more, based on the weight of the conductive filler.
アルミニウム又はチタン以外の導電性フィラーとしては、アルミニウム及びチタン以外の金属[ニッケル、ステンレス(SUS)、銀及び銅等]、カーボン[グラファイト及びカーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)等]、及びこれらの混合物等が挙げられる。
アルミニウム又はチタン以外の導電性フィラーの重量割合は、導電性フィラーの重量を基準として、1重量%以下である。
Examples of conductive fillers other than aluminum or titanium include metals other than aluminum and titanium [nickel, stainless steel (SUS), silver, copper, etc.], carbon [graphite and carbon black (acetylene black, ketjen black, furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.)], and mixtures thereof.
The weight percentage of the conductive filler other than aluminum or titanium is 1% by weight or less, based on the weight of the conductive filler.
導電性フィラーの形状(形態)は、特に限定されず、球状、フレーク状、葉状、樹枝状、プレート状、針状、棒状、ブドウ状等であってもよい。 The shape (form) of the conductive filler is not particularly limited and may be spherical, flake-like, leaf-like, dendritic, plate-like, needle-like, rod-like, grape-like, etc.
導電性フィラーの平均粒子径は、特に限定されるものではないが、電池特性の観点から、0.01~10μm程度であることが好ましい。
なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電性フィラーの輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数~数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。
The average particle size of the conductive filler is not particularly limited, but from the viewpoint of battery characteristics, it is preferably about 0.01 to 10 μm.
In this specification, the term "particle diameter" refers to the maximum distance L between any two points on the contour line of the conductive filler. The value of the "average particle diameter" is calculated as the average value of particle diameters of particles observed in several to several tens of fields of view using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM).
導電性フィラーの重量割合は、リチウムイオン電池の充電電圧を高くする観点、初回不可逆容量を好適に低減する観点から、正極用樹脂集電体の重量を基準として15~60重量%であることが好ましい。
導電性フィラーの重量割合は、正極用樹脂集電体の重量を基準として15~50重量%であることがより好ましく、25~50重量%であることがさらに好ましい。
The weight proportion of the conductive filler is preferably 15 to 60% by weight based on the weight of the positive electrode resin collector, from the viewpoint of increasing the charging voltage of the lithium ion battery and suitably reducing the initial irreversible capacity.
The weight ratio of the conductive filler is more preferably 15 to 50% by weight, and further preferably 25 to 50% by weight, based on the weight of the positive electrode resin collector.
(その他の成分)
本発明の正極用樹脂集電体は、必要に応じて、その他の成分を含んでもよい。
その他の成分としては、分散剤、着色剤、紫外線吸収剤、可塑剤(フタル酸骨格含有化合物、トリメリット酸骨格含有化合物、リン酸基含有化合物及びエポキシ骨格含有化合物等)等が挙げられる。
(Other ingredients)
The positive electrode resin current collector of the present invention may contain other components as necessary.
Examples of other components include dispersants, colorants, ultraviolet absorbers, and plasticizers (such as compounds containing a phthalic acid skeleton, compounds containing a trimellitic acid skeleton, compounds containing a phosphate group, and compounds containing an epoxy skeleton).
分散剤としては、三洋化成工業(株)製ユーメックスシリーズ、東洋紡(株)製ハードレンシリーズ、トーヨータックシリーズ等を用いることができる。 Dispersants that can be used include the UMEX series manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., the HARDLEN series manufactured by Toyobo Co., Ltd., and the TOYOTAC series.
着色剤、紫外線吸収剤及び可塑剤等は、公知のものを適宜選択して用いることができる。 Colorants, UV absorbers, plasticizers, etc. can be appropriately selected from known materials.
その他の成分の合計含有量は、正極用樹脂集電体の重量を基準として0.001~5重量%であることが好ましい。 The total content of the other components is preferably 0.001 to 5% by weight based on the weight of the positive electrode resin collector.
(正極用樹脂集電体の製造方法)
本発明の正極用樹脂集電体は、例えば、以下の方法で製造することができる。
まず、マトリックス樹脂、導電性フィラー、及び、必要に応じてその他の成分を混合することにより、樹脂集電体用材料を得る。
混合の方法としては、導電性フィラーのマスターバッチを得てから、さらにマトリックス樹脂と混合する方法、マトリックス樹脂、導電性炭素フィラー、及び、必要に応じてその他の成分のマスターバッチを用いる方法、及び、全ての原料を一括して混合する方法等があり、その混合にはペレット状又は粉体状の成分を適切な公知の混合機、例えばニーダー、インターナルミキサー、バンバリーミキサー及びロールを用いることができる。
(Method for producing a resin current collector for a positive electrode)
The positive electrode resin current collector of the present invention can be produced, for example, by the following method.
First, a matrix resin, a conductive filler, and, if necessary, other components are mixed together to obtain a resin collector material.
The mixing method includes a method in which a master batch of the conductive filler is obtained and then mixed with the matrix resin, a method in which a master batch of the matrix resin, the conductive carbon filler, and, if necessary, other components are used, and a method in which all the raw materials are mixed together. For the mixing, a suitable known mixer such as a kneader, an internal mixer, a Banbury mixer, or a roll can be used for mixing the pellet-like or powder-like components.
混合時の各成分の添加順序には特に限定はない。得られた混合物は、さらにペレタイザーなどによりペレット化又は粉末化してもよい。 The order in which the components are added during mixing is not particularly limited. The resulting mixture may be further pelletized or powdered using a pelletizer or the like.
得られた樹脂集電体用材料を例えばフィルム状に成形することにより、正極用樹脂集電体が得られる。フィルム状に成形する方法としては、Tダイ法、インフレーション法及びカレンダー法等の公知のフィルム成形法が挙げられる。なお、正極用樹脂集電体は、フィルム成形以外の成形方法によっても得ることができる。 The obtained resin collector material is molded into, for example, a film to obtain a resin collector for the positive electrode. Methods for molding into a film include known film molding methods such as the T-die method, the inflation method, and the calendar method. Note that the resin collector for the positive electrode can also be obtained by molding methods other than film molding.
正極用樹脂集電体の厚さは特に限定されないが、5~150μmであることが好ましい。 The thickness of the resin collector for the positive electrode is not particularly limited, but it is preferably 5 to 150 μm.
[リチウムイオン電池]
本発明のリチウムイオン電池は、本発明の正極用樹脂集電体を備える。
[Lithium-ion battery]
The lithium ion battery of the present invention includes the positive electrode resin current collector of the present invention.
本発明のリチウムイオン電池は、本発明の正極用樹脂集電体を備える正極と、セパレータと、負極とを備える。 The lithium ion battery of the present invention comprises a positive electrode having the positive electrode resin collector of the present invention, a separator, and a negative electrode.
(正極)
正極は、本発明の正極用樹脂集電体の表面に正極活物質層を備える。正極活物質層は、正極活物質粒子を含む。
(Positive electrode)
The positive electrode has a positive electrode active material layer on the surface of the positive electrode resin current collector of the present invention. The positive electrode active material layer contains positive electrode active material particles.
正極活物質粒子としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物{遷移金属が1種である複合酸化物(LiCoO2、LiNiO2、LiAlMnO4、LiMnO2及びLiMn2O4等)、遷移金属元素が2種である複合酸化物(例えばLiFeMnO4、LiNi1-xCoxO2、LiMn1-yCoyO2、LiNi1/3Co1/3Al1/3O2及びLiNi0.8Co0.15Al0.05O2)及び金属元素が3種類以上である複合酸化物[例えばLiMaM’bM’’cO2(M、M’及びM’’はそれぞれ異なる遷移金属元素であり、a+b+c=1を満たす。例えばLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)等]等}、リチウム含有遷移金属リン酸塩(例えばLiFePO4、LiCoPO4、LiMnPO4及びLiNiPO4)、遷移金属酸化物(例えばMnO2及びV2O5)、遷移金属硫化物(例えばMoS2及びTiS2)及び導電性高分子(例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン及びポリ-p-フェニレン及びポリビニルカルバゾール)等が挙げられる。
これらの正極活物質粒子は、1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
なお、リチウム含有遷移金属リン酸塩は、遷移金属サイトの一部を他の遷移金属で置換したものであってもよい。
Positive electrode active material particles include composite oxides of lithium and transition metals {composite oxides containing one type of transition metal (LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiAlMnO 4 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , etc.), composite oxides containing two types of transition metal elements (for example, LiFeMnO 4 , LiNi 1-x Co x O 2 , LiMn 1-y Co y O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Al 1/3 O 2 , and LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ), and composite oxides containing three or more types of metal elements [for example, LiM a M' b M'' c O 2 (wherein M, M' and M'' are different transition metal elements satisfying a+b+c=1, for example LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ), etc.}, lithium-containing transition metal phosphates (for example LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiMnPO 4 and LiNiPO 4 ), transition metal oxides (for example MnO 2 and V 2 O 5 ), transition metal sulfides (for example MoS 2 and TiS 2 ), and conductive polymers (for example polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, poly-p-phenylene and polyvinylcarbazole), etc.
These positive electrode active material particles may be used alone or in combination of two or more kinds.
The lithium-containing transition metal phosphate may have some of the transition metal sites substituted with other transition metals.
正極活物質粒子の体積平均粒子径は、電池の電気特性の観点から、0.01~100μmであることが好ましく、0.1~35μmであることがより好ましく、2~30μmであることがさらに好ましい。 From the viewpoint of the electrical characteristics of the battery, the volume average particle diameter of the positive electrode active material particles is preferably 0.01 to 100 μm, more preferably 0.1 to 35 μm, and even more preferably 2 to 30 μm.
正極活物質粒子は、その表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆材により被覆された被覆正極活物質粒子であってもよい。
正極活物質粒子の周囲が被覆材で被覆されていると、正極の体積変化が緩和され、正極の膨張を抑制することができる。
The positive electrode active material particles may be coated positive electrode active material particles, at least a part of the surface of which is coated with a coating material containing a polymer compound.
When the positive electrode active material particles are covered with a coating material, the volume change of the positive electrode is alleviated, and the expansion of the positive electrode can be suppressed.
被覆材を構成する高分子化合物としては、特開2017-054703号公報及び国際公開第2015-005117号等に活物質被覆用樹脂として記載されたものを好適に用いることができる。 As the polymer compound constituting the coating material, those described as active material coating resins in JP 2017-054703 A and WO 2015-005117 A, etc., can be suitably used.
被覆材には、導電材が含まれていてもよい。
導電材としては、金属[ニッケル、アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、銅及びチタン等]、カーボン[グラファイト及びカーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)等]、及びこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
これらの導電性フィラーは、1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
The coating material may include a conductive material.
Examples of conductive materials include, but are not limited to, metals [nickel, aluminum, stainless steel (SUS), silver, copper, titanium, etc.], carbon [graphite and carbon black (acetylene black, ketjen black, furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.)], and mixtures thereof.
These conductive fillers may be used alone or in combination of two or more.
正極活物質層には、粘着性樹脂が含まれていてもよい。
粘着性樹脂としては、例えば、特開2017-054703号公報に記載された非水系二次電池活物質被覆用樹脂に少量の有機溶剤を混合してそのガラス転移温度を室温以下に調整したもの、及び、特開平10-255805公報に粘着剤として記載されたもの等を好適に用いることができる。
なお、粘着性樹脂は、粘着性(水、溶剤、熱などを使用せずに僅かな圧力を加えることで接着する性質)を有する樹脂を意味する。一方、上述した溶剤乾燥型のリチウムイオン電池用結着剤は、溶剤を揮発、留去させることで粘着性を有すことなく固体化するものを意味する。
従って、上述した結着剤と粘着性樹脂とは異なる材料である。
The positive electrode active material layer may contain an adhesive resin.
As the adhesive resin, for example, a resin for coating a non-aqueous secondary battery active material described in JP 2017-054703 A in which a small amount of an organic solvent is mixed to adjust the glass transition temperature to room temperature or lower, and a resin described as an adhesive in JP 10-255805 A can be suitably used.
The adhesive resin means a resin having adhesiveness (the property of adhering by applying slight pressure without using water, solvent, heat, etc.). On the other hand, the above-mentioned solvent drying type binder for lithium ion batteries means a binder that is solidified without having adhesiveness by volatilizing and distilling off the solvent.
Therefore, the above-mentioned binder and adhesive resin are different materials.
正極活物質層は、導電助剤が含まれていてもよい。
導電助剤としては、上述した被覆材に用いられる導電材を適宜選択して用いることができる。
The positive electrode active material layer may contain a conductive assistant.
As the conductive assistant, any of the conductive materials used in the coating material described above can be appropriately selected and used.
正極活物質層における導電助剤の重量割合は、3~10重量%であることが好ましい。 The weight ratio of the conductive assistant in the positive electrode active material layer is preferably 3 to 10% by weight.
正極活物質層は電解液を含んでもよい。
電解液としては、公知の電解液を使用することができる。
電解質としては、公知の電解液に用いられている電解質が使用でき、例えば、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4及びLiN(FSO2)2等の無機アニオンのリチウム塩、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2及びLiC(CF3SO2)3等の有機アニオンのリチウム塩が挙げられる。これらの内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはLiN(FSO2)2である。
The positive electrode active material layer may contain an electrolyte.
As the electrolyte, a known electrolyte can be used.
As the electrolyte, electrolytes used in known electrolytic solutions can be used, for example, lithium salts of inorganic anions such as LiPF6 , LiBF4 , LiSbF6 , LiAsF6 , LiClO4 , and LiN( FSO2 ) 2 , and lithium salts of organic anions such as LiN( CF3SO2 ) 2 , LiN( C2F5SO2 ) 2 , and LiC( CF3SO2 ) 3 . Of these, LiN( FSO2 ) 2 is preferred from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics .
溶媒としては、公知の電解液に用いられている非水溶媒が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン及びこれらの混合物を用いることができる。 The solvent may be a non-aqueous solvent used in known electrolyte solutions, such as lactone compounds, cyclic or chain carbonates, chain carboxylates, cyclic or chain ethers, phosphates, nitrile compounds, amide compounds, sulfones, sulfolane, and mixtures thereof.
正極活物質層は、例えば、正極活物質粒子及び電解液を含む混合物を正極用樹脂集電体又は基材の表面に塗布し、余分な電解液を除去する方法、正極活物質粒子及び電解液を含む混合物を基材の上で圧力を加える等して成形する方法等によって作製することができる。
基材の表面に正極活物質層を形成した場合、転写等の方法によって正極活物質層を正極用樹脂集電体と組み合わせればよい。
上記混合物には、必要に応じて、導電助剤や粘着性樹脂が含まれていてもよい。また、正極活物質粒子は被覆正極活物質粒子であってもよい。
The positive electrode active material layer can be produced, for example, by a method of applying a mixture containing positive electrode active material particles and an electrolyte solution to the surface of a positive electrode resin current collector or a substrate and removing excess electrolyte solution, or by a method of molding the mixture containing positive electrode active material particles and an electrolyte solution by applying pressure to the substrate.
When the positive electrode active material layer is formed on the surface of the substrate, the positive electrode active material layer may be combined with a positive electrode resin current collector by a method such as transfer.
The mixture may contain a conductive assistant and an adhesive resin, if necessary. The positive electrode active material particles may be coated positive electrode active material particles.
正極活物質層の厚みは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、150~600μmであることが好ましく、200~450μmであることがより好ましい。 The thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited, but from the viewpoint of battery performance, it is preferably 150 to 600 μm, and more preferably 200 to 450 μm.
(セパレータ)
セパレータとしては、ポリエチレン又はポリプロピレン製の多孔性フィルム、多孔性ポリエチレンフィルムと多孔性ポリプロピレンとの積層フィルム、合成繊維(ポリエステル繊維及びアラミド繊維等)又はガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等の公知のリチウムイオン電池用のセパレータが挙げられる。
(Separator)
Examples of the separator include known separators for lithium ion batteries, such as porous films made of polyethylene or polypropylene, laminated films of porous polyethylene films and porous polypropylene, nonwoven fabrics made of synthetic fibers (polyester fibers, aramid fibers, etc.) or glass fibers, and those having ceramic fine particles such as silica, alumina, or titania attached to their surfaces.
(負極)
負極は、負極集電体と、負極活物質層とを含む。
(Negative electrode)
The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer.
負極集電体としては、公知の金属集電体及び導電材と樹脂とを含む導電性樹脂組成物から構成されてなる樹脂集電体(特開2012-150905号公報及び国際公開第2015-005116号等に記載の樹脂集電体等)を用いることができる。
負極集電体は、電池特性等の観点から、樹脂集電体であることが好ましい。
負極集電体の厚さは特に限定されないが、5~150μmであることが好ましい。
As the negative electrode current collector, a known metal current collector and a resin current collector composed of a conductive resin composition containing a conductive material and a resin (such as the resin current collectors described in JP 2012-150905 A and WO 2015-005116 A) can be used.
From the viewpoint of battery characteristics and the like, the negative electrode current collector is preferably a resin current collector.
The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited, but is preferably 5 to 150 μm.
負極活物質層は、負極活物質粒子を含む。
負極活物質粒子としては、炭素系材料[黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、樹脂焼成体(例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等)、コークス類(例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等)及び炭素繊維等]、珪素系材料[珪素、酸化珪素(SiOx)、珪素-炭素複合体(炭素粒子の表面を珪素及び/又は炭化珪素で被覆したもの、珪素粒子又は酸化珪素粒子の表面を炭素及び/又は炭化珪素で被覆したもの並びに炭化珪素等)及び珪素合金(珪素-アルミニウム合金、珪素-リチウム合金、珪素-ニッケル合金、珪素-鉄合金、珪素-チタン合金、珪素-マンガン合金、珪素-銅合金及び珪素-スズ合金等)等]、導電性高分子(例えばポリアセチレン及びポリピロール等)、金属(スズ、アルミニウム、ジルコニウム及びチタン等)、金属酸化物(チタン酸化物及びリチウム・チタン酸化物等)及び金属合金(例えばリチウム-スズ合金、リチウム-アルミニウム合金及びリチウム-アルミニウム-マンガン合金等)等及びこれらと炭素系材料との混合物等が挙げられる。
これらの負極活物質粒子は、1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
The negative electrode active material layer contains negative electrode active material particles.
Examples of the negative electrode active material particles include carbon-based materials [graphite, non-graphitizable carbon, amorphous carbon, resin baked bodies (e.g., phenolic resin, furan resin, etc. baked and carbonized), cokes (e.g., pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.), and carbon fibers, etc.], silicon-based materials [silicon, silicon oxide (SiOx), silicon-carbon composites (carbon particles whose surfaces are coated with silicon and/or silicon carbide, silicon particles or silicon oxide particles whose surfaces are coated with carbon and/or silicon carbide, silicon carbide, etc.), and silicon alloys (silicon-aluminum Examples of the conductive material include: conductive polymers (e.g., polyacetylene and polypyrrole), metals (e.g., tin, aluminum, zirconium and titanium), metal oxides (e.g., titanium oxide and lithium-titanium oxide), metal alloys (e.g., lithium-tin alloy, lithium-aluminum alloy and lithium-aluminum-manganese alloy), and mixtures of these with carbon-based materials.
These negative electrode active material particles may be used alone or in combination of two or more kinds.
負極活物質粒子の体積平均粒子径は、電池の電気特性の観点から、0.01~100μmが好ましく、0.1~20μmであることがより好ましく、2~10μmであることがさらに好ましい。 From the viewpoint of the electrical characteristics of the battery, the volume average particle diameter of the negative electrode active material particles is preferably 0.01 to 100 μm, more preferably 0.1 to 20 μm, and even more preferably 2 to 10 μm.
負極活物質粒子は、その表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆材により被覆された被覆負極活物質粒子であってもよい。
負極活物質粒子の周囲が被覆材で被覆されていると、負極の体積変化が緩和され、負極の膨張を抑制することができる。
The negative electrode active material particles may be coated negative electrode active material particles, at least a part of the surface of which is coated with a coating material containing a polymer compound.
When the negative electrode active material particles are covered with a coating material, the volume change of the negative electrode is alleviated, and the expansion of the negative electrode can be suppressed.
被覆材としては、上述した正極活物質粒子で記載した被覆材と同様のものを好適に用いることができる。 As the coating material, the same coating material as described above for the positive electrode active material particles can be suitably used.
負極活物質層には、粘着性樹脂が含まれていてもよい。
粘着性樹脂としては、正極活物質層の任意成分である粘着性樹脂と同様のものを好適に用いることができる。
The negative electrode active material layer may contain an adhesive resin.
As the adhesive resin, the same adhesive resin as the optional component of the positive electrode active material layer can be suitably used.
負極活物質層は、導電助剤が含まれていてもよい。
導電助剤としては、正極活物質層に含まれる導電性フィラーと同様の導電性材料を好適に用いることができる。
負極活物質層における導電助剤の重量割合は、2~10重量%であることが好ましい。
The negative electrode active material layer may contain a conductive assistant.
As the conductive assistant, a conductive material similar to the conductive filler contained in the positive electrode active material layer can be suitably used.
The weight ratio of the conductive assistant in the negative electrode active material layer is preferably 2 to 10% by weight.
負極活物質層は電解液を含んでもよい。
電解液としては、正極活物質層で記載したものを適宜選択して用いることができる。
The negative electrode active material layer may contain an electrolyte.
As the electrolyte, any of those described in the positive electrode active material layer can be appropriately selected and used.
負極活物質層は、例えば、負極活物質粒子及び電解液を含む混合物を負極集電体又は基材の表面に塗布し、余分な電解液を除去する方法によって作製することができる。
基材の表面に負極活物質層を形成した場合、転写等の方法によって負極活物質層を負極集電体と組み合わせればよい。
上記混合物には、必要に応じて、導電助剤や粘着性樹脂等が含まれていてもよい。また、負極活物質粒子は被覆負極活物質粒子であってもよい。
The negative electrode active material layer can be prepared, for example, by a method in which a mixture containing negative electrode active material particles and an electrolyte is applied to the surface of a negative electrode current collector or a substrate, and excess electrolyte is removed.
When the negative electrode active material layer is formed on the surface of the substrate, the negative electrode active material layer may be combined with the negative electrode current collector by a method such as transfer.
If necessary, the mixture may contain a conductive assistant, an adhesive resin, etc. The negative electrode active material particles may be coated negative electrode active material particles.
負極活物質層の厚みは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、150~600μmであることが好ましく、200~450μmであることがより好ましい。 The thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited, but from the viewpoint of battery performance, it is preferably 150 to 600 μm, and more preferably 200 to 450 μm.
(リチウムイオン電池の製造方法)
本発明のリチウムイオン電池は、例えば、正極、セパレータ及び負極をこの順に重ね合わせた後、必要に応じて電解液を注入することにより製造することができる。
(Method of manufacturing lithium-ion batteries)
The lithium ion battery of the present invention can be produced, for example, by stacking a positive electrode, a separator, and a negative electrode in this order, and then injecting an electrolyte solution as necessary.
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明は実施例に限定されるものではない。なお、特記しない限り部は重量部、%は重量%を意味する。 The present invention will now be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples as long as they do not deviate from the spirit of the present invention. Note that, unless otherwise specified, parts are parts by weight and % is % by weight.
<実施例1>
2軸押出機にて、マトリックス樹脂として、ポリメタクリル酸メチル[PMMA、商品名「メタクリル酸メチル(ポリマー)」、ナカライテスク(株)製]50部、導電性フィラーとして、アルミニウム[商品名「アルミニウム(粉末)」、ナカライテスク(株)製]50部を、180℃、100rpm、滞留時間5分の条件で溶融混錬して正極用樹脂集電体材料を得た。得られた正極用樹脂集電体材料を、熱プレス機により圧延して正極用樹脂集電体を作製した。
なお、マトリックス樹脂を構成する単量体に含まれるエステル化合物(A)の重量割合は、マトリックス樹脂を構成する単量体の総重量を基準として100重量%であった。
Example 1
A positive electrode resin current collector material was obtained by melt-kneading 50 parts of polymethyl methacrylate [PMMA, product name "Methyl methacrylate (polymer)", manufactured by Nacalai Tesque, Inc.] as a matrix resin and 50 parts of aluminum [product name "Aluminum (powder)", manufactured by Nacalai Tesque, Inc.] as a conductive filler in a twin-screw extruder at 180°C, 100 rpm, and a residence time of 5 minutes. The obtained positive electrode resin current collector material was rolled by a hot press machine to produce a positive electrode resin current collector.
The weight ratio of the ester compound (A) contained in the monomers constituting the matrix resin was 100% by weight based on the total weight of the monomers constituting the matrix resin.
<実施例2>
導電性フィラーとして、チタン[商品名「チタン/粉末」、(株)ニラコ製]50部を用いたこと以外は実施例1と同様にして、正極用樹脂集電体を作製した。
なお、マトリックス樹脂を構成する単量体に含まれるエステル化合物(A)の重量割合は、マトリックス樹脂を構成する単量体の総重量を基準として100重量%であった。
Example 2
A resin current collector for a positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that 50 parts of titanium (trade name "Titanium/Powder", manufactured by Nilaco Corporation) was used as the conductive filler.
The weight ratio of the ester compound (A) contained in the monomers constituting the matrix resin was 100% by weight based on the total weight of the monomers constituting the matrix resin.
<実施例3>
マトリックス樹脂として、ポリメタクリル酸メチル[PMMA、商品名「メタクリル酸メチル(ポリマー)」、ナカライテスク(株)製]25部、及び、ポリ塩化ビニル[PVC、商品名「ポリ塩化ビニル」、富士フイルム和光純薬(株)製]25部を用いたこと以外は実施例1と同様にして、正極用樹脂集電体を作製した。
なお、マトリックス樹脂を構成する単量体に含まれるエステル化合物(A)の重量割合は、マトリックス樹脂を構成する単量体の総重量を基準として50重量%であった。
Example 3
A positive electrode resin collector was prepared in the same manner as in Example 1, except that 25 parts of polymethyl methacrylate [PMMA, product name "methyl methacrylate (polymer)", manufactured by Nacalai Tesque, Inc.] and 25 parts of polyvinyl chloride [PVC, product name "polyvinyl chloride", manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.] were used as the matrix resin.
The weight ratio of the ester compound (A) contained in the monomers constituting the matrix resin was 50% by weight based on the total weight of the monomers constituting the matrix resin.
<実施例4>
マトリックス樹脂として、ポリメタクリル酸メチル[PMMA、商品名「メタクリル酸メチル(ポリマー)」、ナカライテスク(株)製]10部、及び、ポリ塩化ビニル[PVC、商品名「ポリ塩化ビニル」、富士フイルム和光純薬(株)製]40部を用いたこと以外は実施例1と同様にして、正極用樹脂集電体を作製した。
なお、マトリックス樹脂を構成する単量体に含まれるエステル化合物(A)の重量割合は、マトリックス樹脂を構成する単量体の総重量を基準として20重量%であった。
Example 4
A positive electrode resin collector was prepared in the same manner as in Example 1, except that 10 parts of polymethyl methacrylate [PMMA, product name "methyl methacrylate (polymer)", manufactured by Nacalai Tesque, Inc.] and 40 parts of polyvinyl chloride [PVC, product name "polyvinyl chloride", manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.] were used as the matrix resin.
The weight ratio of the ester compound (A) contained in the monomers constituting the matrix resin was 20% by weight based on the total weight of the monomers constituting the matrix resin.
<実施例5>
導電性フィラーとして、アルミニウム[商品名「アルミニウム(粉末)」、ナカライテスク(株)製]25部、及び、チタン[商品名「チタン/粉末」、(株)ニラコ製]25部を用いたこと以外は実施例1と同様にして、正極用樹脂集電体を作製した。
なお、マトリックス樹脂を構成する単量体に含まれるエステル化合物(A)の重量割合は、マトリックス樹脂を構成する単量体の総重量を基準として100重量%であった。
Example 5
A positive electrode resin current collector was prepared in the same manner as in Example 1, except that 25 parts of aluminum [product name "Aluminum (powder)" manufactured by Nacalai Tesque, Inc.] and 25 parts of titanium [product name "Titanium/powder" manufactured by Nilaco Corporation] were used as the conductive filler.
The weight ratio of the ester compound (A) contained in the monomers constituting the matrix resin was 100% by weight based on the total weight of the monomers constituting the matrix resin.
<実施例6>
導電性フィラーとして、アルミニウム[商品名「アルミニウム(粉末)」、ナカライテスク(株)製]49.5部、及び、カーボンブラック[ENSACO、商品名「E-250G」、イメリス・ジーシー・ジャパン(株)製]0.5部を用いたこと以外は実施例1と同様にして、正極用樹脂集電体を作製した。
なお、マトリックス樹脂を構成する単量体に含まれるエステル化合物(A)の重量割合は、マトリックス樹脂を構成する単量体の総重量を基準として100重量%であった。
Example 6
A positive electrode resin current collector was prepared in the same manner as in Example 1, except that 49.5 parts of aluminum [trade name "Aluminum (powder)" manufactured by Nacalai Tesque, Inc.] and 0.5 parts of carbon black [ENSACO, trade name "E-250G" manufactured by Imerys GC Japan, Inc.] were used as the conductive filler.
The weight ratio of the ester compound (A) contained in the monomers constituting the matrix resin was 100% by weight based on the total weight of the monomers constituting the matrix resin.
<比較例1>
マトリックス樹脂として、ポリプロピレン[PP、商品名「サンアロマーPC684S」、サンアロマー(株)製]50部を用いたこと以外は実施例1と同様にして、正極用樹脂集電体を作製した。
なお、マトリックス樹脂を構成する単量体に含まれるエステル化合物(A)の重量割合は、マトリックス樹脂を構成する単量体の総重量を基準として0重量%であった。
<Comparative Example 1>
A positive electrode resin collector was prepared in the same manner as in Example 1, except that 50 parts of polypropylene [PP, product name "SunAllomer PC684S", manufactured by SunAllomer Co., Ltd.] was used as the matrix resin.
The weight proportion of the ester compound (A) contained in the monomers constituting the matrix resin was 0% by weight based on the total weight of the monomers constituting the matrix resin.
<比較例2>
マトリックス樹脂として、ポリプロピレン[PP、商品名「サンアロマーPC684S」、サンアロマー(株)製]50部を用い、導電性フィラーとして、カーボンブラック[ENSACO、商品名「E-250G」、イメリス・ジーシー・ジャパン(株)製]50部を用いたこと以外は実施例1と同様にして、正極用樹脂集電体を作製した。
なお、マトリックス樹脂を構成する単量体に含まれるエステル化合物(A)の重量割合は、マトリックス樹脂を構成する単量体の総重量を基準として0重量%であった。
<Comparative Example 2>
A positive electrode resin collector was prepared in the same manner as in Example 1, except that 50 parts of polypropylene [PP, product name "SunAllomer PC684S", manufactured by SunAllomer Co., Ltd.] was used as the matrix resin, and 50 parts of carbon black [ENSACO, product name "E-250G", manufactured by Imerys GC Japan Co., Ltd.] was used as the conductive filler.
The weight proportion of the ester compound (A) contained in the monomers constituting the matrix resin was 0% by weight based on the total weight of the monomers constituting the matrix resin.
<比較例3>
導電性フィラーとして、カーボンブラック[ENSACO、商品名「E-250G」、イメリス・ジーシー・ジャパン(株)製]50部を用いたこと以外は実施例1と同様にして、正極用樹脂集電体を作製した。
なお、マトリックス樹脂を構成する単量体に含まれるエステル化合物(A)の重量割合は、マトリックス樹脂を構成する単量体の総重量を基準として100重量%であった。
<Comparative Example 3>
A positive electrode resin collector was prepared in the same manner as in Example 1, except that 50 parts of carbon black [ENSACO, product name "E-250G", manufactured by Imerys GC Japan Co., Ltd.] was used as the conductive filler.
The weight ratio of the ester compound (A) contained in the monomers constituting the matrix resin was 100% by weight based on the total weight of the monomers constituting the matrix resin.
<比較例4>
導電性フィラーとして、アルミニウム[商品名「アルミニウム(粉末)」、ナカライテスク(株)製]48部、及び、カーボンブラック[ENSACO、商品名「E-250G」、イメリス・ジーシー・ジャパン(株)製]2部を用いたこと以外は実施例1と同様にして、正極用樹脂集電体を作製した。
なお、マトリックス樹脂を構成する単量体に含まれるエステル化合物(A)の重量割合は、マトリックス樹脂を構成する単量体の総重量を基準として100重量%であった。
<Comparative Example 4>
A positive electrode resin current collector was prepared in the same manner as in Example 1, except that 48 parts of aluminum [trade name "Aluminum (powder)" manufactured by Nacalai Tesque, Inc.] and 2 parts of carbon black [ENSACO, trade name "E-250G" manufactured by Imerys GC Japan, Inc.] were used as the conductive filler.
The weight ratio of the ester compound (A) contained in the monomers constituting the matrix resin was 100% by weight based on the total weight of the monomers constituting the matrix resin.
<評価用電池の作製>
以下の方法により、実施例1~6及び比較例1~4で作製した正極用樹脂集電体を用いたハーフセルをそれぞれ作製した。
正極側から、カーボンコートアルミ箔[商品名「カーボンコートアルミ箔」、東洋アルミニウム(株)製]、正極用樹脂集電体(厚み0.5mm、6.25cm2)、セパレータ[商品名「#3501」、セルガード社製]、リチウム金属箔(6.25cm2)[商品名「リチウムフォイル(厚み0.5mm)」、本城金属(株)製]、及び、銅箔(6.25cm2)[商品名「電解銅箔(厚み0.2mm)」、古河電気工業(株)製]をこの順に重ね合わせ、電解液を注入して、ハーフセルを作製した。
なお、電解液は、電解質としてLiN(FSO2)2を1M含み、溶媒としてエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとを1:1の重量割合で含むものを用いた。
<Preparation of Evaluation Battery>
Half cells were produced using the positive electrode resin current collectors produced in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 by the following method.
From the positive electrode side, carbon-coated aluminum foil [product name "Carbon-Coated Aluminum Foil", manufactured by Toyo Aluminium K.K.], a positive electrode resin current collector (thickness 0.5 mm, 6.25 cm2 ), a separator [product name "#3501", manufactured by Celgard], lithium metal foil (6.25 cm2 ) [product name "Lithium Foil (thickness 0.5 mm)", manufactured by Honjo Metals Co., Ltd.], and copper foil (6.25 cm2 ) [product name "Electrolytic Copper Foil (thickness 0.2 mm)", manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.] were stacked in this order and an electrolyte was injected to prepare a half cell.
The electrolytic solution used contained 1M LiN(FSO 2 ) 2 as an electrolyte and ethylene carbonate and propylene carbonate in a weight ratio of 1:1 as a solvent.
<5V充電における初回不可逆容量の測定>
作製したハーフセルを用い、上限電圧5.0Vとして、10μAで定電流充放電を行った。
ハーフセルのそれぞれについて、5.0Vまで充電することが可能であるかを確認した。また、5.0Vまで充電することができた場合には、初回充電容量と初回放電容量の差から初回不可逆容量(mAh/g)を計測した。その結果を表1に示した。
<Measurement of initial irreversible capacity when charging at 5 V>
The produced half cell was used to carry out constant current charging and discharging at 10 μA with an upper limit voltage of 5.0 V.
Each half-cell was checked to see if it could be charged to 5.0 V. If it could be charged to 5.0 V, the initial irreversible capacity (mAh/g) was measured from the difference between the initial charge capacity and the initial discharge capacity. The results are shown in Table 1.
実施例より、マトリックス樹脂が、特定のエステル化合物を必須構成単量体とする重合体を含み、導電性フィラーとして、アルミニウム及び/又はチタンを特定の重量割合で含む正極用樹脂集電体を用いることにより、充電電圧を高くすることが可能であり、かつ、初回不可逆容量を低減できることが確認された。 The examples confirmed that by using a positive electrode resin collector in which the matrix resin contains a polymer having a specific ester compound as an essential constituent monomer and the conductive filler contains aluminum and/or titanium in a specific weight ratio, it is possible to increase the charging voltage and reduce the initial irreversible capacity.
本発明の正極用樹脂集電体は、特に、携帯電話、パーソナルコンピューター、ハイブリッド自動車及び電気自動車用に用いられるリチウムイオン電池用等の正極用樹脂集電体として有用である。 The positive electrode resin collector of the present invention is particularly useful as a positive electrode resin collector for lithium ion batteries used in mobile phones, personal computers, hybrid cars, and electric cars.
Claims (5)
前記マトリックス樹脂は、炭素数1~12の1価の脂肪族アルコールと、(メタ)アクリル酸とのエステル化合物(A)を必須構成単量体とする重合体を含み、
前記導電性フィラーは、アルミニウム及び/又はチタンを含み、前記導電性フィラーの重量を基準として、アルミニウムとチタンの合計重量割合が99重量%以上である正極用樹脂集電体。 A positive electrode resin current collector in which a conductive filler is dispersed in a matrix resin,
the matrix resin contains a polymer having, as an essential constituent monomer, an ester compound (A) of a monohydric aliphatic alcohol having 1 to 12 carbon atoms and (meth)acrylic acid;
The conductive filler contains aluminum and/or titanium, and the total weight percentage of aluminum and titanium is 99% by weight or more based on the weight of the conductive filler.
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