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JP7690349B2 - Electrode sheet and its manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は電極シート及びその製造方法に関し、特に非水系Liイオン2次電池用正極に適した電極シート及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode sheet and a manufacturing method thereof, and in particular to an electrode sheet suitable for a positive electrode for a non-aqueous Li-ion secondary battery and a manufacturing method thereof.

高いエネルギー密度と容量をもつLiイオン2次電池は、小型携帯端末、パーソナルコンピューター、電気自動車などに用途を拡大している。
Liイオン2次電池の正極は、高い電圧と容量を有するLi金属酸化物などの電極活物質のシートをアルミ箔などの導電性シートに張り合わせて作成される。
Li-ion secondary batteries, which have high energy density and capacity, are being used in a wide range of applications, including small portable terminals, personal computers, and electric vehicles.
The positive electrode of a Li-ion secondary battery is made by laminating a sheet of electrode active material such as Li metal oxide, which has high voltage and capacity, to a conductive sheet such as aluminum foil.

近年、高容量の正極活物質が開発されているが、これらは水分の混入により性能低下を引き起こすことから、粉体シートを形成するためのスラリーを形成する溶媒には非水系極性溶剤(Nメチル2ピロリドンなど)もしくは電解質溶液(電解液)が使用される。
これらの溶媒に溶解または膨潤性を有する溶解性バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)が広く用いられている。
In recent years, high-capacity positive electrode active materials have been developed. However, the inclusion of moisture in these materials can cause a decrease in performance. For this reason, a non-aqueous polar solvent (such as N-methyl-2-pyrrolidone) or an electrolyte solution (electrolyte) is used as the solvent for forming the slurry used to form the powder sheet.
Polyvinylidene fluoride (PVdF) is widely used as a soluble binder that is soluble or swellable in these solvents.

PVdFは通常、Nメチル2ピロリドン(NMP)などの非極性溶剤に溶解し、電極活物質に対して2~3重量%と導電助剤であるカーボンブラック(CB)やカーボンナノチューブ(CNT)炭素材料を適宜混合し集電電極箔にコーティングしシート化する。 PVdF is usually dissolved in a non-polar solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and mixed at 2-3% by weight of the electrode active material with an appropriate amount of conductive additive carbon black (CB) or carbon nanotube (CNT) carbon material, which is then coated onto a collector electrode foil to form a sheet.

PVdFは結晶化しにくいポリマーであるため、熱変形温度(約90℃)、溶融温度(約140~170℃)であり、LiB高速充放電による発熱時におけるLiイオンの移動により生じる電極の収縮と膨張による変形が生じ、結果LiBの導電ネットワークの破壊を招き容量低下要因となる可能性がある。また、短絡などの異常発熱では200℃以上となり、電極の形態を維持することが困難となる。 PVdF is a polymer that does not easily crystallize, and has a heat distortion temperature (approximately 90°C) and melting temperature (approximately 140-170°C). When heat is generated by rapid charging and discharging of LiB, the movement of Li ions causes the electrodes to shrink and expand, resulting in deformation, which can lead to the destruction of the LiB's conductive network and a decrease in capacity. In addition, abnormal heating such as a short circuit can reach temperatures of over 200°C, making it difficult to maintain the shape of the electrode.

正極活物質の形状は種々あるが同一直径の球体であると仮定すると、最密充填での空隙率は約27%であるが、実際には粒度分布を有することからその空隙率は20~25%と推定される。 Although the shape of the positive electrode active material varies, assuming that they are spheres of the same diameter, the porosity in close packing is approximately 27%, but in reality, since there is a particle size distribution, the porosity is estimated to be 20-25%.

また、通常正極活物質及びPVdFの比重はそれぞれ4~5g/cc,1.75g/ccであることより、仮に2重量%のPVdFを用いた場合、空間占有率は膨潤ないと仮定しても約6%に相当し、これは空隙の1/3~1/4を占める。
さらに電解液で膨潤した場合には大きな空間を使用する。
In addition, since the specific gravities of normal positive electrode active materials and PVdF are 4 to 5 g/cc and 1.75 g/cc, respectively, if 2 wt % of PVdF is used, the space occupancy rate is equivalent to about 6% even assuming no swelling, which occupies 1/3 to 1/4 of the voids.
Furthermore, when it swells with the electrolyte, it uses a large space.

空隙を充填する電解液中をLiイオンが移動することにより充放電がなされるためバインダーによるLiイオンの移動を阻害することは、拡散抵抗の増大を招き好ましくない。
一般的に正極活物質の活性を低下させる因子として水分の影響があり、電極は高温で乾燥することが好ましいが、PVdFの融点よりも高い温度での乾燥する場合には変形が懸念される。
Since charging and discharging are performed by the movement of Li ions through the electrolyte filling the voids, it is not preferable to inhibit the movement of Li ions by the binder, as this leads to an increase in diffusion resistance.
Generally, moisture is a factor that reduces the activity of positive electrode active materials, and it is preferable to dry the electrode at high temperatures. However, there is a concern that the electrode may be deformed if it is dried at a temperature higher than the melting point of PVdF.

本発明者らはかかる問題を解決するために芳香族ポリアミドフィブリッドをバインダーとして用いることで耐熱性に富む電極を作成できることを発見したが(特許文献1参照)、Liイオン2次電池の場合は導電性活物質の定着が不十分であった。 To solve this problem, the inventors discovered that it was possible to create a heat-resistant electrode by using aromatic polyamide fibrids as a binder (see Patent Document 1), but in the case of Li-ion secondary batteries, the conductive active material was not sufficiently fixed.

特開2007-158163号公報JP 2007-158163 A

本発明は上記の問題を解決すべくなされたものであり、その目的は正極活物質粒子の定着に必要な非水系極性溶剤または電解質溶液に非溶解性の耐熱繊維バインダー量の低減と、電解液で膨潤しにくくLiイオン移動に十分な空間を維持するとともに、高温になっても変形しない電極及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to provide an electrode and a method for manufacturing the same that reduces the amount of heat-resistant fiber binder that is insoluble in non-aqueous polar solvents or electrolyte solutions, which is necessary to fix the positive electrode active material particles, and that is not easily swollen by electrolyte solutions, maintains sufficient space for Li ion movement, and does not deform even at high temperatures.

本発明者らは鋭意検討の結果、アラミドナノファイバー、および、フィブリル構造を有するアラミドパルプを、非水系極性溶剤または電解質溶液に非溶解性の耐熱繊維バインダーとして用いることによりLiイオン2次電池の正極活物質をシート化するに必要なバインダー量を低減することが可能であり、抵抗の小さくかつ繰り返し充放電による性能低下の少ない電極シートが得られることを見出した。 As a result of intensive research, the inventors have found that by using aramid nanofibers and aramid pulp having a fibril structure as a heat-resistant fiber binder that is insoluble in non-aqueous polar solvents or electrolyte solutions, it is possible to reduce the amount of binder required to form a sheet from the positive electrode active material of a Li-ion secondary battery, and to obtain an electrode sheet that has low resistance and little performance degradation due to repeated charging and discharging.

すなわち、本発明によれば、発明の課題は以下の1~6により達成される。
1.平均繊維径が100nm以下のアラミドナノファイバーと、フィブリル構造を有するアラミドパルプと、電極活物質と、導電性助剤と、非水系極性溶剤または電解質溶液に溶解可能な溶解性バインダーとを含有する電極シートであって、
アラミドナノファイバーおよびアラミドパルプによって電極活物質が保持されており、アラミドナノファイバーの含有量が電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、アラミドパルプが電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、溶解性バインダーの含有量が電極シートを基準として0.1~1.0重量%であることを特徴とする電極シート。
2.前記アラミドナノファイバーがパラ型全芳香族ポリアミドからなる前項1記載の電極シート。
3.前記アラミドパルプがパラ型全芳香族ポリアミドからなる前項1記載の電極シート。
4.電極活物質がLi金属酸化物を含む前項1~3のいずれか1項に記載の電極シート。
5.電極シートがLiイオン2次電池の正極に用いる電極シートである前項1~4のいずれか1項に記載の電極シート。
6.平均繊維径が100nm以下のアラミドナノファイバーと、フィブリル構造を有するアラミドパルプと、電極活物質と、導電性助剤と、非水系極性溶剤または電解質溶液に溶解可能な溶解性バインダーとを、非水系極性溶剤または電解質溶液に混合してスラリーとし、これを電極集電体にコーティングし、必要に応じてプレス処理してなる前項1~5のいずれか1項に記載の電極シートの製造方法。
That is, according to the present invention, the objects of the invention are achieved by the following 1 to 6.
1. An electrode sheet containing aramid nanofibers having an average fiber diameter of 100 nm or less, aramid pulp having a fibril structure, an electrode active material, a conductive assistant, and a soluble binder that can be dissolved in a non-aqueous polar solvent or an electrolyte solution,
An electrode sheet, characterized in that an electrode active material is held by aramid nanofibers and aramid pulp, the content of the aramid nanofibers is 0.05 to 0.9% by weight based on the electrode sheet, the content of the aramid pulp is 0.05 to 0.9% by weight based on the electrode sheet, and the content of the soluble binder is 0.1 to 1.0% by weight based on the electrode sheet.
2. The electrode sheet according to the above item 1, wherein the aramid nanofibers are made of para-type wholly aromatic polyamide.
3. The electrode sheet according to the above paragraph 1, wherein the aramid pulp comprises a para-type wholly aromatic polyamide.
4. The electrode sheet according to any one of the above items 1 to 3, wherein the electrode active material contains Li metal oxide.
5. The electrode sheet according to any one of items 1 to 4 above, wherein the electrode sheet is an electrode sheet used for a positive electrode of a Li-ion secondary battery.
6. A method for producing an electrode sheet according to any one of items 1 to 5 above, comprising mixing aramid nanofibers having an average fiber diameter of 100 nm or less, aramid pulp having a fibril structure, an electrode active material, a conductive assistant, and a soluble binder that can be dissolved in a non-aqueous polar solvent or an electrolyte solution with a non-aqueous polar solvent or electrolyte solution to form a slurry, which is then coated on an electrode current collector, and if necessary, subjected to a pressing treatment.

本発明のアラミドナノファイバーおよびアラミドパルプで構成された電極シートは、高温でも形態安定性に優れ且つ、電極を構成する非水系極性溶剤または電解質溶液に非溶解性の耐熱繊維バインダーが電解液による膨潤少なく電極活物質の表面被覆を小さくできるため、その奏する工業的効果は格別である。 The electrode sheet made of the aramid nanofibers and aramid pulp of the present invention has excellent shape stability even at high temperatures, and the heat-resistant fiber binder that composes the electrode is insoluble in the non-aqueous polar solvent or electrolyte solution, so it is less likely to swell with the electrolyte and the surface coverage of the electrode active material can be reduced, resulting in exceptional industrial effects.

本発明のアラミドナノファイバーの構造観察画像を示した一例である。1 is an example showing a structural observation image of the aramid nanofiber of the present invention. 平均繊維径算出用に、図1を拡大した構造観察画像を示した一例である。FIG. 2 is an example of a structural observation image enlarged from FIG. 1 for calculating the average fiber diameter. 平均繊維径の算出方法に関する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram regarding a method for calculating an average fiber diameter. バインダーとしてアラミドパルプのみを用いた電極シートの模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an electrode sheet using only aramid pulp as a binder. バインダーとしてアラミドナノファイバーのみを用いた電極シートの模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an electrode sheet using only aramid nanofibers as a binder. バインダーとしてアラミドパルプとアラミドナノファイバーとを併用した電極シートの模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an electrode sheet using aramid pulp and aramid nanofibers together as a binder.

本発明によれば、平均繊維径が100nm以下のアラミドナノファイバーと、フィブリル構造を有するアラミドパルプと、電極活物質と、導電性助剤と、非水系極性溶剤または電解質溶液に溶解可能な溶解性バインダーとを含有する電極シートであって、アラミドナノファイバーおよびアラミドパルプによって電極活物質が保持されており、アラミドナノファイバーの含有量が電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、アラミドパルプが電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、溶解性バインダーの含有量が電極シートを基準として0.1~1.0重量%であることを特徴とする電極シートが提供される。 According to the present invention, there is provided an electrode sheet containing aramid nanofibers having an average fiber diameter of 100 nm or less, aramid pulp having a fibril structure, an electrode active material, a conductive assistant, and a soluble binder that can be dissolved in a non-aqueous polar solvent or an electrolyte solution, characterized in that the electrode active material is held by the aramid nanofibers and aramid pulp, the content of the aramid nanofibers is 0.05 to 0.9 wt % based on the electrode sheet, the content of the aramid pulp is 0.05 to 0.9 wt % based on the electrode sheet, and the content of the soluble binder is 0.1 to 1.0 wt % based on the electrode sheet.

また、本発明の製造方法によれば、平均繊維径が100nm以下のアラミドナノファイバーと、フィブリル構造を有するアラミドパルプと、電極活物質と、導電性助剤と、非水系極性溶剤または電解質溶液に溶解可能な溶解性バインダーとを、非水系極性溶剤または電解質溶液に混合してスラリーとし、これを電極集電体にコーティングし、必要に応じてプレス処理してなることで電極シートを安定的に製造することが可能である。 In addition, according to the manufacturing method of the present invention, aramid nanofibers having an average fiber diameter of 100 nm or less, aramid pulp having a fibril structure, an electrode active material, a conductive assistant, and a soluble binder that can be dissolved in a non-aqueous polar solvent or an electrolyte solution are mixed with a non-aqueous polar solvent or an electrolyte solution to form a slurry, which is then coated onto an electrode current collector and pressed as necessary, thereby making it possible to stably manufacture an electrode sheet.

加えて、非水系極性溶剤または電解液に溶解可能な溶解性バインダーを0.1~1.0重量%含むことでアラミドナノファイバーとアラミドパルプによって形成されるネットワーク構造より脱落しやすい導電性助剤などのナノ粒子の脱落も抑制し、総バインダー量の大幅な低減と耐熱性ナノファイバーによる強固なネットワークにより高温化での変形を抑制し、充放電性能に優れる電極を得ることが可能となる。 In addition, by including 0.1 to 1.0% by weight of a soluble binder that can be dissolved in a non-aqueous polar solvent or electrolyte, the loss of nanoparticles such as conductive assistants, which tend to fall off due to the network structure formed by the aramid nanofibers and aramid pulp, is suppressed. The significant reduction in the total binder amount and the strong network of the heat-resistant nanofibers suppress deformation at high temperatures, making it possible to obtain an electrode with excellent charge/discharge performance.

<アラミド(全芳香族ポリアミド)>
本発明におけるアラミドは、全芳香族ポリアミドである。全芳香族ポリアミドとしては、パラ型全芳香族ポリアミド(ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド、ポリ-p-ベンズアミド、ポリ-p-アミドヒドラジド、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド-3,4-ジフェニルエーテルテレフタルアミドなど)、メタ型全芳香族ポリアミド(ポリ-m-フェニレンイソフタルアミドなど)が挙げられ、高弾性かつ高強度であることからパラ型全芳香族ポリアミドであることが好ましい。例えば、パラ型全芳香族ポリアミドを用いた繊維としては、ポリーp-フェニレンテレフタルアミド繊維(市販品では、帝人株式会社製「トワロン(登録商標)」、東レ・デュポン株式会社製「ケブラー(登録商標)」など)や、コパラフェニレン・3、4’オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維(市販品では、帝人株式会社製「テクノーラ(登録商標)」など)が挙げられ、メタ型全芳香族ポリアミドを用いた繊維としては、ポリ-m-フェニレンイソフタルアミド繊維(市販品では、帝人株式会社製「テイジンコーネックス(登録商標)」、デュポン社製「ノーメックス(登録商標)」など)が挙げられる。
<Aramid (fully aromatic polyamide)>
The aramid in the present invention is a wholly aromatic polyamide. Examples of the wholly aromatic polyamide include para-type wholly aromatic polyamides (poly-p-phenylene terephthalamide, poly-p-benzamide, poly-p-amide hydrazide, poly-p-phenylene terephthalamide-3,4-diphenyl ether terephthalamide, etc.) and meta-type wholly aromatic polyamides (poly-m-phenylene isophthalamide, etc.), and para-type wholly aromatic polyamides are preferred because of their high elasticity and high strength. For example, examples of fibers using para-type wholly aromatic polyamides include poly-p-phenylene terephthalamide fibers (commercially available products include "Twaron (registered trademark)" manufactured by Teijin Limited and "Kevlar (registered trademark)" manufactured by Toray DuPont Co., Ltd.) and coparaphenylene-3,4'-oxydiphenylene terephthalamide fibers (commercially available products include "Technora (registered trademark)" manufactured by Teijin Limited). Examples of fibers using meta-type wholly aromatic polyamides include poly-m-phenylene isophthalamide fibers (commercially available products include "Teijin Conex (registered trademark)" manufactured by Teijin Limited and "Nomex (registered trademark)" manufactured by DuPont).

<アラミドナノファイバー>
本発明におけるアラミドナノファイバーとはその平均繊維径が100nm以下であり、好ましくは50nm以下、より好ましくは25nm以下である。平均繊維径の下限は1nm以上、好ましくは3nm以上であることが好ましい。また、アラミドナノファイバーは500nm以上の繊維径のものを有さないことが好ましい。
<Aramid nanofiber>
The aramid nanofibers in the present invention have an average fiber diameter of 100 nm or less, preferably 50 nm or less, and more preferably 25 nm or less. The lower limit of the average fiber diameter is preferably 1 nm or more, and more preferably 3 nm or more. In addition, it is preferable that the aramid nanofibers do not have a fiber diameter of 500 nm or more.

本発明におけるアラミドナノファイバーは、繊維長/繊維径で表されるアスペクト比が好ましくは10以上1、000以下であり、より好ましくは10以上500以下であり、さらに好ましくは10以上100以下である。アスペクト比が10未満であると、繊維の交絡構造が発現しにくく、微細な編み目構造を形成しにくくなる。それゆえに期待される特性発現が困難になる場合がある。 The aramid nanofibers of the present invention preferably have an aspect ratio, expressed as fiber length/fiber diameter, of 10 or more and 1,000 or less, more preferably 10 or more and 500 or less, and even more preferably 10 or more and 100 or less. If the aspect ratio is less than 10, it is difficult for the fibers to form an entangled structure and a fine knit structure. This may make it difficult to achieve the expected characteristics.

本発明におけるアラミドナノファイバーの比表面積は、50m/g以上であることが好ましく、より好ましくは80m/g以上である。比表面積の上限は、200m/g以下であることが好ましく、より好ましくは150m/g以下である。上記範囲よりも低い比表面積では、電極活物質との十分な接着面積が確保されず、少量での良好なバインダー特性発現に至らない。また、上記範囲よりも高い比表面積では、塗工液の増粘による塗工性低下や分散状態維持が困難になるなど望ましくない。 The specific surface area of the aramid nanofiber in the present invention is preferably 50 m 2 /g or more, more preferably 80 m 2 /g or more. The upper limit of the specific surface area is preferably 200 m 2 /g or less, more preferably 150 m 2 /g or less. If the specific surface area is lower than the above range, a sufficient adhesion area with the electrode active material is not ensured, and good binder properties are not achieved even with a small amount. In addition, if the specific surface area is higher than the above range, the coating liquid thickens, which is undesirable because of a decrease in coatability and difficulty in maintaining the dispersed state.

また、本発明におけるアラミドナノファイバーは、全芳香族ポリアミドであり、パラ型全芳香族ポリアミドであることが好ましい。パラ型全芳香族ポリアミドとしては、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド、ポリ-p-ベンズアミド、ポリ-p-アミドヒドラジド、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド-3,4-ジフェニルエーテルテレフタルアミドなどが好ましく、配向結晶性(紡糸溶液中で液晶構造のドメインを形成)を有するポリ-p-フェニレンテレフタルアミド繊維であることが好ましい。 The aramid nanofibers in the present invention are fully aromatic polyamides, and preferably para-type fully aromatic polyamides. Preferred examples of para-type fully aromatic polyamides include poly-p-phenylene terephthalamide, poly-p-benzamide, poly-p-amide hydrazide, and poly-p-phenylene terephthalamide-3,4-diphenyl ether terephthalamide, and are preferably poly-p-phenylene terephthalamide fibers having oriented crystallinity (forming domains of a liquid crystal structure in the spinning solution).

<アラミドナノファイバーの製造>
本発明で使用されるアラミドナノファイバーの製造は、例えば、パラ型全芳香族ポリアミド繊維またはパラ型全芳香族ポリアミドパルプを原料とし、当該繊維を親和性の高い溶媒中にて浸漬・膨潤し、さらに強塩基性物質を添加することで水素結合部を切断し、その結果生成することが好ましい。本発明で好ましく用いることのできるパラ型全芳香族ポリアミドは、1種または2種以上の2価の芳香族基がアミド結合により連結されたポリマーであって、芳香族基には2個以上の芳香環が存在してもよく、その芳香環は直接結合していても、酸素や硫黄を介して結合していてもよい。また、2価の芳香族基の水素原子は、ハロゲン化物、低級アルキル基、フェニル基で置換されていてもよい。また、アラミドナノファイバー生成時に使用する溶媒としては、非プロトン性極性溶媒が好ましく、具体的には、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、N-メチル―2-ピロリドンなどが挙げられる。アラミドナノファイバー生成時に使用する強塩基性物質としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウムなどが挙げられる。
<Production of aramid nanofibers>
The aramid nanofibers used in the present invention are preferably produced by, for example, using para-type wholly aromatic polyamide fibers or para-type wholly aromatic polyamide pulp as a raw material, immersing and swelling the fibers in a solvent with high affinity, and further adding a strongly basic substance to break the hydrogen bonds, resulting in the production of the aramid nanofibers. The para-type wholly aromatic polyamides that can be preferably used in the present invention are polymers in which one or more divalent aromatic groups are linked by amide bonds, and the aromatic groups may have two or more aromatic rings, and the aromatic rings may be directly bonded or may be bonded via oxygen or sulfur. In addition, the hydrogen atoms of the divalent aromatic groups may be substituted with halides, lower alkyl groups, or phenyl groups. In addition, the solvent used in producing the aramid nanofibers is preferably an aprotic polar solvent, and specific examples thereof include dimethyl sulfoxide, dimethylacetamide, and N-methyl-2-pyrrolidone. Examples of the strongly basic substances used in producing the aramid nanofibers include potassium hydroxide, sodium hydroxide, barium hydroxide, and calcium hydroxide.

本発明におけるアラミドナノファイバーの製造は、具体的には、パラ型全芳香族ポリアミド(例えば、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド)繊維またはパルプをアルカリ性に調整したジメチルスルホキシド中に浸漬することで製造することができる。 Specifically, the aramid nanofibers of the present invention can be produced by immersing para-type wholly aromatic polyamide (e.g., poly-p-phenylene terephthalamide) fibers or pulp in alkaline dimethyl sulfoxide.

パラ型全芳香族ポリアミド(例えば、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド)は紡糸溶液中で液晶構造のドメインを形成し、キャピラリーより吐出した後、紡糸溶媒を水洗することにより得られる。得られた繊維を前記手法により繊維を構成する液晶ドメイン間の弱い結合をアルカリ条件により切断した後、得られた繊維を相溶性の高い溶媒中に遊離させることで、高弾性かつ高強度の切断された繊維を得ることができる。次いで、得られた切断された繊維を分散溶媒である貧溶媒(水、アルコール、アセトンなど)に投入することでアラミドナノファイバーを単離することが可能である。 Para-type wholly aromatic polyamide (e.g., poly-p-phenylene terephthalamide) is obtained by forming domains of a liquid crystal structure in a spinning solution, discharging the solution from a capillary, and then washing off the spinning solvent with water. The weak bonds between the liquid crystal domains that make up the obtained fiber are cut under alkaline conditions using the above-mentioned method, and the obtained fiber is then liberated in a highly compatible solvent to obtain cut fibers with high elasticity and strength. The cut fibers obtained are then placed in a poor solvent (water, alcohol, acetone, etc.) that is a dispersion solvent, making it possible to isolate aramid nanofibers.

なお、直径10~20μmのパラ型全芳香族ポリアミド(例えば、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド)繊維を数mmにカットし、水中で相互にせん断付与するリファイナー処理を行うことで得られるパラ型全芳香族ポリアミド(例えば、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド)パルプを得ることができる。このようなリファイナー処理では、液晶界面のせん断破壊により繊維表面より微細化した繊維は完全に分離せず分岐した状態となり、該該微細化繊維の直径は100~1000nmとなり、原料繊維の中心部の直径は数μmとなる。リファイナー処理されたパルプを上記の処理により、アラミドナノファイバー化させることもできる。 Para-type wholly aromatic polyamide (e.g., poly-p-phenylene terephthalamide) pulp can be obtained by cutting para-type wholly aromatic polyamide (e.g., poly-p-phenylene terephthalamide) fibers with a diameter of 10 to 20 μm into pieces of several mm and subjecting them to a refiner treatment in which shear is applied to the fibers in water. In this refiner treatment, the fibers that have been refined from the fiber surface due to shear fracture at the liquid crystal interface do not separate completely but are in a branched state, and the diameter of the fine fibers is 100 to 1000 nm, and the diameter of the center of the raw fiber is several μm. Refined pulp can also be made into aramid nanofibers by the above treatment.

アラミド素材のその他微細化手法としては、上述したような化学処理ではなく、機械的なせん断力を付与する手法も考えられるが、当該手法ではナノオーダーの繊維径を有するフィブリル構造が部分的に得られるにとどまる。従って、フィブリル化していないマイクロオーダーの構造体も含むことになるため、ナノオーダーでの均質な交絡構造が得られずに期待されるような物性が発現しない。本発明においては、部分的なナノ化ではなく、均質にナノ化した繊維による交絡構造の形成が好ましい。 As another method for micronizing aramid materials, a method of applying mechanical shear force rather than the chemical treatment described above is also possible, but this method only partially obtains a fibril structure with a fiber diameter on the nano-order. Therefore, since it also contains non-fibrillated micro-order structures, a homogeneous entangled structure on the nano-order is not obtained and the expected physical properties are not expressed. In the present invention, it is preferable to form an entangled structure from homogeneously nano-sized fibers rather than partial nano-ization.

<アラミドパルプ>
本発明におけるアラミドパルプは、フィブリル構造(フィブリッドと称する場合もある)を有する。フィブリル構造を有するアラミドパルプは、例えば、特表2014-501859号公報に記載の公知の方法によって得ることができる。具体的には、例えば、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミドの繊維を数ミリにカットし、水中に分散し、リファイナーを用いて相互にこすり合わせることでフィブリルを形成するなどの方法を用いてよい。あるいは、パラ型芳香族ポリアミド溶液を水などの貧溶媒中に噴射凝固した構造体を使用することも可能である。
<Aramid pulp>
The aramid pulp in the present invention has a fibril structure (sometimes referred to as fibrids). Aramid pulp having a fibril structure can be obtained by a known method, for example, as described in JP-A-2014-501859. Specifically, for example, a method may be used in which poly-p-phenylene terephthalamide fibers are cut to several millimeters, dispersed in water, and rubbed against each other using a refiner to form fibrils. Alternatively, it is also possible to use a structure in which a para-type aromatic polyamide solution is sprayed and solidified into a poor solvent such as water.

本発明におけるアラミドパルプのフィブリル構造は、部分的に繊維径が100nmを超えることが好ましく、300nm以上であることがより好ましい。なお、フィブリル構造は図4に模式的に示すように幹部2と枝部(フィブリル部)3のように構成されており、幹部2または枝部3のいずれかが上記した範囲を超える繊維径を有していればよい。また、平均繊維長が1000μm以下であることが好ましい。平均繊維長の下限は100μm以上、好ましくは500μm以上であることが好ましい。 In the present invention, the fibril structure of the aramid pulp preferably has a fiber diameter partially exceeding 100 nm, and more preferably 300 nm or more. As shown in FIG. 4, the fibril structure is composed of a trunk 2 and a branch (fibril portion) 3, and it is sufficient that either the trunk 2 or the branch 3 has a fiber diameter exceeding the above range. In addition, it is preferable that the average fiber length is 1000 μm or less. The lower limit of the average fiber length is 100 μm or more, and preferably 500 μm or more.

本発明におけるアラミドパルプの比表面積は、10m/g以上40m/g以下であることが好ましく、より好ましくは20m/g以上30m/g以下である。
このように、アラミドナノファイバーよりも大きい構造を有するアラミドパルプを使用することにより、非水系極性溶剤または電解質溶液に非溶解性の耐熱繊維バインダーにて形成されるネットワーク構造における応力伝達距離を増大させることが可能となる。
The specific surface area of the aramid pulp in the present invention is preferably 10 m 2 /g or more and 40 m 2 /g or less, and more preferably 20 m 2 /g or more and 30 m 2 /g or less.
In this way, by using aramid pulp having a structure larger than that of aramid nanofibers, it is possible to increase the stress transmission distance in a network structure formed with a heat-resistant fiber binder that is insoluble in a non-aqueous polar solvent or an electrolyte solution.

<繊維質バインダー>
本発明において、繊維質バインダーとしてアラミドナノファイバーとアラミドパルプを併用することが重要である。
繊維質バインダーとしてアラミドパルプのみを使用する場合、図4に模式的に示すように、電極活物質1の把持に必要な比表面積を十分確保することが困難であり好ましくない。また、アラミドパルプを分散させた塗工液は、パルプの枝分かれ構造が溶媒を抱え込むことで液流動性が低くなり、均質に塗工することが困難である。
<Fibrous binder>
In the present invention, it is important to use aramid nanofibers and aramid pulp in combination as the fibrous binder.
When only aramid pulp is used as the fibrous binder, it is difficult to secure a sufficient specific surface area required for holding the electrode active material 1, as shown in Fig. 4. In addition, the branched structure of the pulp entraps the solvent in the coating liquid in which the aramid pulp is dispersed, which reduces the liquid fluidity and makes it difficult to apply the liquid uniformly.

繊維質バインダーとしてアラミドナノファイバーのみを使用する場合、図5に模式的に示すように、均質な塗工性及び高比表面積は確保される。一方で、粒径が数十μmオーダーである電極活物質1の把持が困難であり、結果として電極活物質の脱落抑制が困難である。これは、アラミドナノファイバー4の構造サイズが電極活物質対比小さいため、電極活物質間を結ぶ長距離ネットワークを形成しにくいからであると推察される。また、アラミドナノファイバー4のみを分散させた塗工液は、液流動性が高くなり、均質塗工性には優れる一方で、アラミドパルプを含む塗工液と比較して液だれが生じやすく、厚塗り塗工性は低下する。 When only aramid nanofibers are used as the fibrous binder, uniform coating properties and a high specific surface area are ensured, as shown diagrammatically in Figure 5. On the other hand, it is difficult to hold the electrode active material 1, which has a particle size on the order of several tens of μm, and as a result, it is difficult to prevent the electrode active material from falling off. This is presumably because the structural size of the aramid nanofibers 4 is smaller than that of the electrode active material, making it difficult to form a long-distance network connecting the electrode active materials. In addition, a coating liquid in which only aramid nanofibers 4 are dispersed has high liquid fluidity and excellent uniform coating properties, but is more prone to dripping than a coating liquid containing aramid pulp, and thick coating properties are reduced.

以上を踏まえ、繊維質バインダーとしてアラミドパルプとアラミドナノファイバーとを併用することで、図6に模式的に示すように、電極活物質1間を結ぶ長距離かつ強固なネットワークをアラミドパルプの幹部2および枝部3で形成しつつ、アラミドナノファイバー4由来の高比表面積によるバインダー性能発現が期待される。また、アラミドパルプとアラミドナノファイバーの併用により均質塗工性と厚塗り塗工性の両立も期待される。 In light of the above, by using aramid pulp and aramid nanofibers together as a fibrous binder, as shown diagrammatically in Figure 6, it is expected that a long-distance, strong network connecting electrode active materials 1 will be formed by the trunk 2 and branch 3 of the aramid pulp, while binder performance will be expressed due to the high specific surface area derived from the aramid nanofibers 4. In addition, it is expected that the combined use of aramid pulp and aramid nanofibers will achieve both uniform coating properties and thick coating properties.

<電極活物質>
本発明における電極活物質は、充放電によりLiなどのイオンを放出・充填することが可能である物質であり、Li金属酸化物であることが好ましく、具体的には、コバルトリチウム酸化物、マンガンリチウム酸化物、NMC(ニッケル・マンガン・コバルト)Li酸化物などが挙げられる。
<Electrode active material>
The electrode active material in the present invention is a material capable of releasing and filling ions such as Li by charging and discharging, and is preferably a Li metal oxide. Specific examples thereof include cobalt lithium oxide, manganese lithium oxide, and NMC (nickel manganese cobalt) Li oxide.

<導電性助剤>
本発明における導電性助剤は、電極活物質表面及び電極活物質粒子間に配置する導電性の物質であり、電気化学的安定性から炭素材料であることが好ましい。具体的には、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など)であることが好ましく、カーボンナノチューブ(CNT)や導電性高分子(ポリアセンなど)が併用されていても良い。
<Conductive assistant>
The conductive assistant in the present invention is a conductive material disposed on the surface of the electrode active material and between the particles of the electrode active material, and is preferably a carbon material from the viewpoint of electrochemical stability. Specifically, carbon black (acetylene black, ketjen black, etc.) is preferable, and carbon nanotubes (CNTs) or conductive polymers (polyacene, etc.) may be used in combination.

本発明における溶解性バインダーは、非水系極性溶媒に溶解可能且つ電極活物質で生じる電位差で分解されない物質であり、高温でも変化の少ない耐熱性ポリマーが好ましく、具体的には、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリイミド、メタアラミド等が挙げられ、その中でも特にポリフッ化ビニリデン(PVdF)が好ましい。 The soluble binder in the present invention is a substance that is soluble in a non-aqueous polar solvent and is not decomposed by the potential difference generated by the electrode active material. A heat-resistant polymer that changes little even at high temperatures is preferable. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyimide, meta-aramid, etc., and among these, polyvinylidene fluoride (PVdF) is particularly preferable.

<電極シートおよびその製造>
本発明における電極シートは、上述した電極活物質、導電性助剤、アラミドナノファイバー、アラミドパルプ、溶解性バインダーからなり、電極活物質と導電性助剤がアラミドナノファイバーとアラミドパルプと溶解性バインダーで保持されており、アラミドナノファイバーの含有量が電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、好ましくは0.06~0.5重量%であり、より好ましくは0.07~0.3重量%であり、さらに好ましくは0.08~0.2重量%である。また、アラミドパルプの含有量が電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、好ましくは0.1~0.7重量%であり、より好ましくは0.2~0.5重量%である。また、溶解性バインダーの含有量が電極シートを基準として0.1~1.0重量%であり、好ましくは0.2~0.9重量%であり、より好ましくは0.3~0.8重量%である。
<Electrode sheet and its manufacture>
The electrode sheet in the present invention is composed of the above-mentioned electrode active material, conductive assistant, aramid nanofiber, aramid pulp, and soluble binder, and the electrode active material and conductive assistant are held by the aramid nanofiber, aramid pulp, and soluble binder, and the content of the aramid nanofiber is 0.05 to 0.9 wt% based on the electrode sheet, preferably 0.06 to 0.5 wt%, more preferably 0.07 to 0.3 wt%, and even more preferably 0.08 to 0.2 wt%. The content of the aramid pulp is 0.05 to 0.9 wt% based on the electrode sheet, preferably 0.1 to 0.7 wt%, and more preferably 0.2 to 0.5 wt%. The content of the soluble binder is 0.1 to 1.0 wt%, preferably 0.2 to 0.9 wt%, and more preferably 0.3 to 0.8 wt% based on the electrode sheet.

アラミドナノファイバーは近接するナノファイバーとの間に、ポリマー構造であるアミド結合により相互に水素結合を生じ、電極活物質及び導電性助剤をシート化することが可能である。 Aramid nanofibers form hydrogen bonds between adjacent nanofibers through amide bonds, which are a polymer structure, making it possible to form sheets of electrode active materials and conductive assistants.

なお、アラミドナノファイバーおよびアラミドパルプが0.05重量%未満であるとシート化できないため好ましくない。また、0.9重量%を超えるとナノファイバーとパルプとが偏在しやすくなるため好ましくない。 If the aramid nanofibers and aramid pulp are less than 0.05% by weight, it is not preferable because the sheet cannot be made. If the aramid nanofibers and aramid pulp are more than 0.9% by weight, the nanofibers and pulp tend to be unevenly distributed, which is also not preferable.

さらに、充放電でのLiイオンの移動により電極活物質の膨張収縮が発生し、その結果粒子間に擦れが生じるため導電性助剤の脱落が生じることを防ぐために、微量の溶解性バインダーを併用することが好ましい。 Furthermore, the movement of Li ions during charging and discharging causes the electrode active material to expand and contract, resulting in friction between particles, which in turn causes the conductive assistant to fall off. To prevent this, it is preferable to use a small amount of a soluble binder in combination.

上記で説明した、電極シートは次の方法により製造することができる。すなわち本発明の電極シートはアラミドナノファイバー、アラミドパルプ、溶解性バインダーの重量比が、0.05~0.9:0.05~0.9:0.1~1.0であり、電極シート基準で4重量%以下の導電性助剤に電極活物質を加え、非水系極性溶媒でスラリーとなし、集電シートまたはフィルムに塗工、乾燥することで得られる。 The electrode sheet described above can be manufactured by the following method. That is, the electrode sheet of the present invention has a weight ratio of aramid nanofiber, aramid pulp, and soluble binder of 0.05-0.9:0.05-0.9:0.1-1.0, and is obtained by adding an electrode active material to a conductive assistant of 4% by weight or less based on the electrode sheet, forming a slurry with a non-aqueous polar solvent, coating the slurry on a current collector sheet or film, and drying the slurry.

上記の方法により得られたシートは加熱カレンダーロール等を用いてプレス処理を行うことで、空隙を減少し高密度化し、体積当たりの電極活物質密度をあげ、2次電池容量を増加することは恒常的に実施されており、熱及び圧力により電極シートが破壊しないことが求められることは言うまでもない。 The sheet obtained by the above method is routinely pressed using a heated calendar roll or the like to reduce voids, increase density, increase the electrode active material density per volume, and increase the secondary battery capacity, and it goes without saying that it is required that the electrode sheet not be destroyed by heat and pressure.

より具体的には、例えば、パラ型全芳香族ポリアミド繊維またはパラ型全芳香族ポリアミドパルプを、非プロトン性極性溶媒下に強塩基性物質を添加し、ナノファイバー化して得られる平均繊維径が100nm以下のアラミドナノファイバーと、フィブリル構造を有するアラミドパルプと、電極活物質と、導電性助剤と、非水系極性溶剤または電解質溶液に溶解可能な溶解性バインダーとを、非水系極性溶剤または電解質溶液に混合してスラリーとし、これを電極集電体にコーティングし、必要に応じてプレス処理することで電極シートを得ることができる。 More specifically, for example, a para-type wholly aromatic polyamide fiber or a para-type wholly aromatic polyamide pulp is nano-fiberized by adding a strong basic substance in an aprotic polar solvent to obtain aramid nanofibers having an average fiber diameter of 100 nm or less, and aramid pulp having a fibril structure, an electrode active material, a conductive assistant, and a soluble binder that can be dissolved in a non-aqueous polar solvent or an electrolyte solution are mixed with a non-aqueous polar solvent or an electrolyte solution to form a slurry, which is then coated on an electrode current collector and pressed as necessary to obtain an electrode sheet.

この操作により所定の厚みで活厚み変化のないシートが得られ、セパレーター、負極シートと積層し電解液を注入することで2次電池(Liイオン2次電池)が作られる。
なお、電極シートは、電気伝導度が30×10-3S/cm以上であることが好ましく、より好ましくは33×10-3S/cm以上であり、さらに好ましくは35×10-3S/cm以上である。また、電解液浸透速度は230~400secであることが好ましく、より好ましくは250~400secであり、さらに好ましくは300~400secである。また、25℃、70℃における単電池性能の双方が95%以上であることが好ましく、より好ましくは96%以上である。
This operation produces a sheet of a specified thickness with no change in active thickness. A secondary battery (Li-ion secondary battery) is produced by laminating it with a separator and a negative electrode sheet and injecting an electrolyte.
The electrode sheet preferably has an electrical conductivity of 30×10 −3 S/cm or more, more preferably 33×10 −3 S/cm or more, and even more preferably 35×10 −3 S/cm or more. The electrolyte permeation speed is preferably 230 to 400 sec, more preferably 250 to 400 sec, and even more preferably 300 to 400 sec. The unit cell performances at both 25° C. and 70° C. are preferably 95% or more, and more preferably 96% or more.

以下、実施例および比較例により、本発明を詳細に説明するが、本発明の範囲は、以下の実施例および比較例に制限されるものではない。なお、実施例中の各特性値は下記の方法で測定した。 The present invention will be described in detail below with reference to examples and comparative examples, but the scope of the present invention is not limited to the following examples and comparative examples. The characteristic values in the examples were measured by the following methods.

<平均繊維径>
走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、品盤:JSM-6330F)を用い、サンプルの構造を観察した。50,000倍の倍率設定で観察した画像から、横1,800nm~2,000nm、縦1,200nm~1,500nmの画像領域を選択し、当該画像領域をさらに縦に4分割、横に4分割して得られる計16箇所のグリッド領域A1-D4を定義し、各グリッド領域内に存在するサンプルを1点選択し、選択したサンプルの繊維径を画像上で計測した平均値を平均繊維径として採用した(図2、3参照)。
<Average fiber diameter>
The structure of the sample was observed using a scanning electron microscope (manufactured by JEOL Ltd., plate: JSM-6330F). From an image observed at a magnification setting of 50,000 times, an image region of 1,800 nm to 2,000 nm in width and 1,200 nm to 1,500 nm in length was selected, and the image region was further divided vertically into 4 and horizontally into 4 to define a total of 16 grid regions A1-D4. One sample present in each grid region was selected, and the average value of the fiber diameters of the selected samples measured on the image was adopted as the average fiber diameter (see Figures 2 and 3).

<比表面積測定>
流動式比表面積自動測定装置(株式会社島津製作所製 フローソーブ)を使用し、対象サンプルの比表面積を測定した。サンプル表面に吸着占有面積が既知のヘリウムを液体窒素温度で吸着させ、ヘリウムガスの吸着量からサンプルの比表面積を求めた。
<Specific surface area measurement>
The specific surface area of the target sample was measured using a flow type automatic specific surface area measuring device (Flowsorb, manufactured by Shimadzu Corporation). Helium with a known adsorption occupancy area was adsorbed onto the sample surface at liquid nitrogen temperature, and the specific surface area of the sample was calculated from the amount of helium gas adsorbed.

(塗工液特性)
<均質塗工性>
調製した塗工液をダイコートで塗工した直後の塗工液状態(塗工した直後の塗工液の厚み)を目視で観察し、むらなく均質に塗工可能かを評価した。
○:均質塗工可能
△:部分的なむらは存在するが、塗工可能
×:塗工むらが全体にわたって存在し、ダイコートでの塗工は困難
(Coating Fluid Characteristics)
<Uniform coating ability>
The state of the coating liquid immediately after the prepared coating liquid was applied by die coating (thickness of the coating liquid immediately after application) was visually observed to evaluate whether the coating liquid could be applied evenly and uniformly.
○: Uniform coating possible △: Coating possible, although there are some partial unevenness ×: Coating unevenness exists over the entire surface, making coating with a die coat difficult

<厚塗り塗工性>
所定の塗工エリアに塗工液を塗工後、水平な場所で、常温・常圧環境下で10分間静置し、調製した塗工液を市販のアルミ箔にダイコート(クリアランス:100μm)を用いて塗工し、当該塗工エリアに塗布された塗工液の経時変化(面積変化(面積減少率))を観察した。評価基準は以下の通りとした。
○:塗工エリアの面積変化(面積減少率)が5%未満
△:塗工エリアの面積変化(面積減少率)が5%以上20%未満
×:塗工エリアの面積変化(面積減少率)が20%以上
<Thick coating properties>
After the coating liquid was applied to a predetermined coating area, it was left to stand for 10 minutes on a horizontal surface under normal temperature and pressure conditions, and the prepared coating liquid was applied to a commercially available aluminum foil using a die coater (clearance: 100 μm), and the change over time (area change (area reduction rate)) of the coating liquid applied to the coating area was observed. The evaluation criteria were as follows.
○: The area change (area reduction rate) of the coated area is less than 5%. △: The area change (area reduction rate) of the coated area is 5% or more and less than 20%. ×: The area change (area reduction rate) of the coated area is 20% or more.

(電極塗工性)
<乾燥時の変形>
所定の塗工エリアに塗工液を塗工後、水平な場所で、ホットプレート(100℃)・常圧環境下で20分間乾燥し、調製した塗工液を市販のアルミ箔にダイコート(クリアランス:100μm)を用いて塗工し、当該塗工エリアに塗布された塗工液を観察した。評価基準は以下の通りとした。
○:塗工エリアの面積変化が5%未満
△:塗工エリアの面積変化が5%以上10%未満
×:塗工エリアの面積変化が10%以上
(Electrode Coating Properties)
<Deformation during drying>
After the coating liquid was applied to a predetermined coating area, it was dried for 20 minutes on a horizontal surface under a hot plate (100°C) and normal pressure environment, and the prepared coating liquid was applied to a commercially available aluminum foil using a die coater (clearance: 100 μm), and the coating liquid applied to the coating area was observed. The evaluation criteria were as follows.
○: The change in area of the coated area is less than 5% △: The change in area of the coated area is 5% or more but less than 10% ×: The change in area of the coated area is 10% or more

<軸巻き試験>
円筒及び角型電池の電極を転回巻き付けする工程における作業性の指標として、4mmφのSUS線に作成した電極シート(幅10mm、長さ50mm)を巻き付け、クラック、剥離の有無を評価した。
○:クラック、剥離なし
△:クラック、剥離が部分的に生じる
×:クラック、剥離が全体的に生じる
<Axle winding test>
As an index of workability in the process of winding electrodes for cylindrical and prismatic batteries, the prepared electrode sheet (width 10 mm, length 50 mm) was wound around a 4 mmφ SUS wire, and the presence or absence of cracks and peeling was evaluated.
◯: No cracks or peeling △: Cracks and peeling occur partially ×: Cracks and peeling occur overall

<粉落ち>
作成した電極シート表面をワイピングクロス(キムワイプ)にて静かにこすり、汚れにより判定した。
○:汚れ落ちなし
△:かすかに汚れあり
×:汚れあり
<Powder Fall>
The surface of the prepared electrode sheet was gently rubbed with a wiping cloth (Kimwipe) and the degree of staining was evaluated.
○: No dirt removal △: Slight dirt removal ×: Stain removal

[実施例1]
<アラミドナノファイバーの作成>
・アラミドパルプ:10g(帝人アラミド社製のトワロン1000を6mmのカットした繊維10gを沸騰水1000gで30分煮沸洗浄し、冷却後水洗、乾燥し得た)。
・東京化成工業株式会社 ジメチルスルホキシド(DMSO)>99% 80g、
・東京応化工業株式会社 水酸化カリウム(KOH) 10g
上記3種をプラネタリーミキサーに投入し70℃で2時間撹拌処理を行った。撹拌後、アラミドパルプは形状がなくなり、赤色半透明の高粘度溶液を得た。
[Example 1]
<Preparation of aramid nanofibers>
Aramid pulp: 10 g (10 g of fibers obtained by cutting Twaron 1000 manufactured by Teijin Aramid Co., Ltd. into 6 mm pieces were washed by boiling in 1000 g of boiling water for 30 minutes, cooled, washed with water and dried).
Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. Dimethyl sulfoxide (DMSO) > 99% 80g,
・Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. Potassium hydroxide (KOH) 10g
The above three components were charged into a planetary mixer and stirred for 2 hours at 70° C. After stirring, the aramid pulp lost its shape, and a red semi-transparent highly viscous solution was obtained.

得られたナノファイバーを含む赤色半透明の溶液を3倍量のDMSOで希釈し、20リットルの水中に撹拌しながら徐々に投入し、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミドのナノファイバーを析出させた。この時、溶液は黄赤色のスラリーであり、ここに硫酸をKOH中和に必要量投入し、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミドナノファイバーをろ過により採取した。 The resulting red translucent solution containing nanofibers was diluted with three times the amount of DMSO and gradually poured into 20 liters of water while stirring, causing poly-p-phenylene terephthalamide nanofibers to precipitate. At this point, the solution was a yellow-red slurry, to which sulfuric acid was added in an amount required for KOH neutralization, and the poly-p-phenylene terephthalamide nanofibers were collected by filtration.

続いて、蒸留水またはイオン交換水を用い3~5回洗浄と延伸脱水を行い溶媒と塩を除去した。得られたポリ-p-フェニレンテレフタルアミドナノファイバー含有の水固形物を、固形分濃度1%となるように蒸留水を添加し、増幸産業株式会社製石臼式粉砕混錬機(スーパーマスコロイダー)を用いて、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミドナノファイバー分散水溶液を得た。得られたポリ-p-フェニレンテレフタルアミドナノファイバー分散液をイソプロピルアルコールで希釈しプレパラートに滴下、乾燥し、平均繊維径が20nmであることを確認した(図1、図2参照)。 Then, the solvent and salt were removed by washing 3 to 5 times using distilled water or ion-exchanged water and stretching and dehydrating. Distilled water was added to the obtained aqueous solid containing poly-p-phenylene terephthalamide nanofibers so that the solid concentration was 1%, and an aqueous dispersion of poly-p-phenylene terephthalamide nanofibers was obtained using a stone mill-type grinding and kneading machine (Supermasscolloider) manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd. The obtained poly-p-phenylene terephthalamide nanofiber dispersion was diluted with isopropyl alcohol, dropped onto a preparation, and dried, and it was confirmed that the average fiber diameter was 20 nm (see Figures 1 and 2).

上記のアラミドナノファイバー0.25質量部と、微細化アラミドパルプ(帝人株式会社製トワロン(登録商標):1094パルプ)を高圧ホモジナイザー処理したもの。比表面積:21m/g)0.25質量部と、PVdF(クレハまたは日本ゼオン製)0.5質量部とをNMP中に分散した溶液に、正極活物質(Ni:Mn:Co=1:1:1)LiOを95質量部、アセチレンブラック(電気化学工業製)4質量部を固形分濃度70%になるように混合し、薄膜旋回型高速混合機(フィルミクス)を用いて2000rpmで5分間分散し、電極スラリーを作成した。 0.25 parts by mass of the above-mentioned aramid nanofibers and finely divided aramid pulp (Twaron (registered trademark): 1094 pulp manufactured by Teijin Limited) were treated with a high-pressure homogenizer. 0.25 parts by mass of the above-mentioned aramid nanofibers (specific surface area: 21 m2 /g) and 0.5 parts by mass of PVdF (manufactured by Kureha or Zeon Corporation) were dispersed in NMP, and 95 parts by mass of positive electrode active material (Ni:Mn:Co = 1:1:1) LiO2 and 4 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) were mixed into the solution to a solid concentration of 70%, and the mixture was dispersed at 2000 rpm for 5 minutes using a thin film swirling high-speed mixer (Filmix) to prepare an electrode slurry.

市販のアルミ箔にダイコートを用いて成膜し、ホットプレート(100℃)で20分間乾燥を行った。
乾燥した電極シートを金属ロールカレンダーでプレス処理(処理温度:60℃で処理線圧:2kN/cm)し、塗工電極シートを得た。
得られた電極シートを50mm×50mmの所定の大きさに打ち抜き170℃で10時間乾燥を行い、評価電極を得た。得られた評価電極シートを上述した評価方法に従い評価をおこなった。
A film was formed on a commercially available aluminum foil using a die coater, and then dried on a hot plate (100° C.) for 20 minutes.
The dried electrode sheet was subjected to a press treatment with a metal roll calendar (treatment temperature: 60° C., treatment line pressure: 2 kN/cm) to obtain a coated electrode sheet.
The obtained electrode sheet was punched out to a predetermined size of 50 mm x 50 mm and dried at 170°C for 10 hours to obtain an evaluation electrode. The obtained evaluation electrode sheet was evaluated according to the evaluation method described above.

[実施例2]
アラミドナノファイバー0.25質量部と、アラミド噴射凝固体(アラミドポリマー溶液を貧溶媒中に噴射凝固させたもの。比表面積:26m/g)と、PVdF0.5質量部、アセチレンブラック4質量部、正極活物質95質量部に変更した以外は実施例1と同様にして電極シートを作成し、評価を行った。
[Example 2]
An electrode sheet was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the ingredients were changed to 0.25 parts by mass of aramid nanofiber, aramid injection coagulated material (aramid polymer solution injected and coagulated into a poor solvent; specific surface area: 26 m2 /g), 0.5 parts by mass of PVdF, 4 parts by mass of acetylene black, and 95 parts by mass of positive electrode active material.

[比較例1]
PVdF1.0質量部、アセチレンブラック4質量部、正極活物質95質量部に変更した以外は実施例1と同様にして電極シートを作成し、評価を行った。
[Comparative Example 1]
An electrode sheet was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the amounts of PVdF, acetylene black, and the positive electrode active material were changed to 1.0 part by mass, 4 parts by mass, and 95 parts by mass, respectively.

[比較例2]
アラミドナノファイバー0.5質量部と、PVdF0.5質量部、アセチレンブラック4質量部、正極活物質95質量部に変更した以外は実施例1と同様にして電極シートを作成し、評価を行った。
[Comparative Example 2]
An electrode sheet was produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the amounts of aramid nanofiber, PVdF, acetylene black, and positive electrode active material were changed to 0.5 parts by mass, 0.5 parts by mass, 4 parts by mass, and 95 parts by mass of the positive electrode active material.

[比較例3]
微細化アラミドパルプ0.5質量部と、PVdF0.5質量部、アセチレンブラック4質量部、正極活物質95質量部に変更した以外は実施例1と同様にして電極シートを作成し、評価を行った。
[Comparative Example 3]
An electrode sheet was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the amounts of finely divided aramid pulp, 0.5 parts by mass of PVdF, 4 parts by mass of acetylene black, and 95 parts by mass of the positive electrode active material were changed to 0.5 parts by mass.

[比較例4]
アラミド噴射凝固体0.5質量部と、PVdF0.5質量部、アセチレンブラック4質量部、正極活物質95質量部に変更した以外は実施例1と同様にして電極シートを作成し、評価を行った。
[Comparative Example 4]
An electrode sheet was produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the components were changed to 0.5 parts by mass of aramid jet coagulate, 0.5 parts by mass of PVdF, 4 parts by mass of acetylene black, and 95 parts by mass of the positive electrode active material.

本発明の電極シートは、非水系Liイオン2次電池用正極に適した電極シートである。 The electrode sheet of the present invention is an electrode sheet suitable for use as a positive electrode for a non-aqueous Li-ion secondary battery.

1 電極活物質
2 アラミドパルプ(幹部分)
3 アラミドパルプ(フィブリル部分)
4 アラミドナノファイバー
1 Electrode active material 2 Aramid pulp (stem portion)
3 Aramid pulp (fibril part)
4. Aramid nanofiber

Claims (6)

平均繊維径が100nm以下のアラミドナノファイバーと、フィブリル構造を有するアラミドパルプと、電極活物質と、導電性助剤と、非水系極性溶剤または電解質溶液に溶解可能な溶解性バインダーとを含有する電極シートであって、
アラミドナノファイバーおよびアラミドパルプによって電極活物質が保持されており、アラミドナノファイバーの含有量が電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、アラミドパルプが電極シートを基準として0.05~0.9重量%であり、溶解性バインダーの含有量が電極シートを基準として0.1~1.0重量%であることを特徴とする電極シート。
An electrode sheet comprising: aramid nanofibers having an average fiber diameter of 100 nm or less; aramid pulp having a fibril structure; an electrode active material; a conductive assistant; and a soluble binder that is soluble in a non-aqueous polar solvent or an electrolyte solution,
An electrode sheet, characterized in that an electrode active material is held by aramid nanofibers and aramid pulp, the content of the aramid nanofibers is 0.05 to 0.9% by weight based on the electrode sheet, the content of the aramid pulp is 0.05 to 0.9% by weight based on the electrode sheet, and the content of the soluble binder is 0.1 to 1.0% by weight based on the electrode sheet.
前記アラミドナノファイバーがパラ型全芳香族ポリアミドからなる請求項1記載の電極シート。 The electrode sheet according to claim 1, wherein the aramid nanofibers are made of para-type wholly aromatic polyamide. 前記アラミドパルプがパラ型全芳香族ポリアミドからなる請求項1記載の電極シート。 The electrode sheet according to claim 1, wherein the aramid pulp is made of para-type wholly aromatic polyamide. 電極活物質がLi金属酸化物を含む請求項1~3のいずれか1項に記載の電極シート。 An electrode sheet according to any one of claims 1 to 3, in which the electrode active material contains Li metal oxide. 電極シートがLiイオン2次電池の正極に用いる電極シートである請求項1~4のいずれか1項に記載の電極シート。 The electrode sheet according to any one of claims 1 to 4, which is an electrode sheet used for a positive electrode of a Li-ion secondary battery. 平均繊維径が100nm以下のアラミドナノファイバー、フィブリル構造を有するアラミドパルプ、電極活物質、導電性助剤、非水系極性溶剤または電解質溶液に溶解可能な溶解性バインダーを、非水系極性溶剤または電解質溶液に混合してスラリーとし、これを電極集電体にコーティングする工程を含む請求項1~5のいずれか1項に記載の電極シートの製造方法。 6. A method for producing an electrode sheet according to any one of claims 1 to 5, comprising the steps of mixing aramid nanofibers having an average fiber diameter of 100 nm or less, aramid pulp having a fibril structure, an electrode active material, a conductive assistant, and a soluble binder that is soluble in a non-aqueous polar solvent or an electrolyte solution with a non-aqueous polar solvent or an electrolyte solution to form a slurry , and coating the slurry on an electrode current collector.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005307360A (en) 2004-04-16 2005-11-04 Du Pont Teijin Advanced Paper Kk Aramid tissue material and electrical and electronic part using the same
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JP2012033438A (en) 2010-08-03 2012-02-16 Hitachi Vehicle Energy Ltd Cathode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same
WO2020012990A1 (en) 2018-07-10 2020-01-16 帝人株式会社 Nonaqueous secondary battery binder and liquid dispersion thereof
JP2021136087A (en) 2020-02-25 2021-09-13 帝人株式会社 Electrode sheet and production method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005307360A (en) 2004-04-16 2005-11-04 Du Pont Teijin Advanced Paper Kk Aramid tissue material and electrical and electronic part using the same
JP2007158163A (en) 2005-12-07 2007-06-21 Teijin Techno Products Ltd Electrode sheet and its manufacturing method
JP2009295483A (en) 2008-06-06 2009-12-17 Du Pont Teijin Advanced Paper Kk Thinned material, its manufacturing method, and electric/electronic part using it
JP2010093027A (en) 2008-10-07 2010-04-22 Teijin Techno Products Ltd Electrode member-collector electrode member laminate
JP2012033438A (en) 2010-08-03 2012-02-16 Hitachi Vehicle Energy Ltd Cathode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same
WO2020012990A1 (en) 2018-07-10 2020-01-16 帝人株式会社 Nonaqueous secondary battery binder and liquid dispersion thereof
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