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JP7698979B2 - Method for manufacturing positive electrode of lithium ion secondary battery and method for manufacturing lithium ion secondary battery - Google Patents
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Method for manufacturing positive electrode of lithium ion secondary battery and method for manufacturing lithium ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の正極の製造方法、およびリチウムイオン二次電池の製造方法に関し、より詳しくは、反応抵抗の低いリチウムイオン二次電池の正極の製造方法、およびリチウムイオン二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a positive electrode of a lithium ion secondary battery, and a method for manufacturing a lithium ion secondary battery, and more specifically, to a method for manufacturing a positive electrode of a lithium ion secondary battery with low reaction resistance, and a method for manufacturing a lithium ion secondary battery.

電動車両、例えば電気自動車や、またはモータ及びエンジンを車両の駆動源として有するハイブリッド車両では、近年電源としてリチウムイオン二次電池が多用されている。
このようなリチウムイオン二次電池においては、リチウムイオン(Liイオン)を可逆的に吸蔵および放出し得る材料(活物質)を正負の電極に備えており、正負の電極の間をLiイオンが行き来することによって充電及び放電が行われる。しかしながら、かかる活物質は、それ自身は電子伝導性が低いため、通常、正極では炭素粉等の導電材と混ぜ合わせて合材が構成されて正極が形成されている。この場合、正極の出力向上には、反応面積を大きくし、抵抗を低減させることが望ましい。
2. Description of the Related Art In recent years, lithium ion secondary batteries have come to be widely used as a power source in electrically powered vehicles, such as electric automobiles or hybrid vehicles having a motor and an engine as a drive source for the vehicle.
In such a lithium-ion secondary battery, a material (active material) capable of reversibly absorbing and releasing lithium ions (Li ions) is provided in the positive and negative electrodes, and charging and discharging are performed by the movement of Li ions between the positive and negative electrodes. However, since such an active material itself has low electronic conductivity, the positive electrode is usually formed by mixing the active material with a conductive material such as carbon powder to form a composite material. In this case, in order to improve the output of the positive electrode, it is desirable to increase the reaction area and reduce the resistance.

リチウムイオン二次電池の正極板は、集電体と、集電体に保持され活物質粒子と導電材とを含む活物質層とを備える。活物質粒子は、焼成により生成される一次粒子と、これらが凝集して形成される二次粒子がある。二次粒子は、殻部と、殻部の内部に形成された中空部を有する。一般に粒子径は小さいほど反応に貢献する比表面積が大きくなる。そこで、二次粒子を粉砕して一次粒子化して比表面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、事前に二次粒子を粉砕して一次粒子化すると、活物質粒子が凝集しやすくなる。凝集すると粘度が増加したり、固形分が低下したりすることで乾燥不良を生じるなど、合材作成工程で極めてハンドリングが悪くなる。そのため、一次粒子化すると、かえって目的の正極板が容易にできないという問題があった。 The positive electrode plate of a lithium-ion secondary battery comprises a current collector and an active material layer that is held by the current collector and contains active material particles and a conductive material. The active material particles are classified into primary particles that are generated by firing and secondary particles that are formed by agglomeration of these particles. The secondary particles have a shell and a hollow portion formed inside the shell. In general, the smaller the particle diameter, the larger the specific surface area that contributes to the reaction. Therefore, it is considered to crush the secondary particles into primary particles to increase the specific surface area. However, if the secondary particles are crushed in advance to form primary particles, the active material particles tend to aggregate. If the particles aggregate, the viscosity increases and the solid content decreases, which causes poor drying, making handling extremely difficult in the composite preparation process. Therefore, if the particles are made into primary particles, the desired positive electrode plate cannot be easily produced.

そこで、特許文献1に記載の発明では、活物質層中に含まれる導電材が、二次粒子をそのまま、活物質粒子の二次粒子の中空部と、二次粒子の外部の活物質粒子間との双方に配置されていることを特徴とする。 Therefore, the invention described in Patent Document 1 is characterized in that the conductive material contained in the active material layer is disposed both in the hollow portions of the secondary particles of the active material particles and between the active material particles outside the secondary particles, with the secondary particles remaining intact.

また特許文献2に記載された発明の蓄電素子では、第1電極板は、集電体と、該集電体上に積層された合材層とを含む。合材層は、結着剤及び導電助剤の少なくともいずれか一方と、活物質の一次粒子と、該一次粒子が複数集合して内側に中空領域を有するように形成された二次粒子とを含有する。結着剤及び導電助剤の少なくともいずれか一方の一部が中空領域に配されている。 In addition, in the energy storage element of the invention described in Patent Document 2, the first electrode plate includes a current collector and a composite layer laminated on the current collector. The composite layer contains at least one of a binder and a conductive assistant, primary particles of an active material, and secondary particles formed by aggregating a plurality of the primary particles to have a hollow region inside. At least one of the binder and the conductive assistant is partly disposed in the hollow region.

これらのように、複数の活物質の一次粒子から中空部を設けた活物質の二次粒子を生成する。このような二次粒子は活物質の結晶構造によりリチウムの吸蔵及び放出に好適である。そして、この二次粒子に貫通孔を設け、内部に導電材を配置することで正極の抵抗を低減するようにしていた。 In this way, secondary particles of active material with hollow spaces are generated from multiple primary particles of active material. Such secondary particles are suitable for absorbing and releasing lithium due to the crystal structure of the active material. Through holes are provided in these secondary particles, and conductive material is placed inside to reduce the resistance of the positive electrode.

特許文献1や特許文献2に記載された発明では、活物質の二次粒子内に導電材を配置して抵抗を低減している。 In the inventions described in Patent Documents 1 and 2, a conductive material is placed inside the secondary particles of the active material to reduce resistance.

特開2013-45761号公報JP 2013-45761 A 特開2014-150052号公報JP 2014-150052 A

特許文献1や特許文献2に記載された発明では、活物質の二次粒子内に導電材を配置して抵抗を低減しているが、さらに抵抗を低減することが望ましい。
本発明のリチウムイオン二次電池の正極の製造方法、およびリチウムイオン二次電池の製造方法が解決しようとする課題は、より正極の抵抗を低減することにある。
In the inventions described in Patent Documents 1 and 2, a conductive material is disposed within the secondary particles of the active material to reduce the resistance, but it is desirable to reduce the resistance further.
The problem to be solved by the method for producing a positive electrode of a lithium ion secondary battery and the method for producing a lithium ion secondary battery of the present invention is to further reduce the resistance of the positive electrode.

上記課題を解決するため、本発明のリチウムイオン二次電池の正極の製造方法では、集電体と、前記集電体に保持され正極活物質粒子と、導電材と、バインダを含む正極合材層とを備えたリチウムイオン二次電池の正極の製造方法であって、一次粒子が集合して中空の殻状に形成され、貫通孔を備えた殻部を有する多孔質の正極活物質の二次粒子の内外に、前記バインダとともに繊維状の前記導電材を配置する含侵工程と、前記二次粒子の少なくとも一部を圧壊するプレス工程とを備えた。 In order to solve the above problems, the method for manufacturing a positive electrode of a lithium ion secondary battery of the present invention is a method for manufacturing a positive electrode of a lithium ion secondary battery comprising a current collector, positive electrode active material particles held on the current collector, a conductive material, and a positive electrode mixture layer containing a binder, and the method comprises an impregnation step of disposing the fibrous conductive material together with the binder inside and outside secondary particles of a porous positive electrode active material having a shell portion with through holes, the shell portion being formed by aggregating primary particles into a hollow shell shape, and a pressing step of crushing at least a portion of the secondary particles.

前記繊維状の導電材の平均径が、前記二次粒子の貫通孔の平均径の60%以下であることが好ましい。
前記プレス工程は、前記正極活物質粒子の50%以上が一次粒子とされていることが好ましい。
The average diameter of the fibrous conductive material is preferably 60% or less of the average diameter of the through holes of the secondary particles.
In the pressing step, it is preferable that 50% or more of the positive electrode active material particles are converted into primary particles.

前記含侵工程は、前記繊維状の導電材を含んだバインダを、前記繊維状の導電材とともに前記二次粒子の数量のうち85%以上の数量に含侵させることが好ましい。
前記二次粒子の貫通孔は、直径が50nm以上であることが好ましい。
In the impregnation step, it is preferable that the binder containing the fibrous conductive material is impregnated into 85% or more of the secondary particles together with the fibrous conductive material.
The through holes of the secondary particles preferably have a diameter of 50 nm or more.

前記繊維状の導電材の直径が1nm~100nmであることが好ましい。
前記繊維状の導電材の長さが100nm~1000nmであることが好ましい。
前記正極活物質は、リチウム遷移金属酸化物で構成されていることが好ましい。
The diameter of the fibrous conductive material is preferably 1 nm to 100 nm.
The length of the fibrous conductive material is preferably 100 nm to 1000 nm.
The positive electrode active material is preferably composed of a lithium transition metal oxide.

前記繊維状の導電材がカーボンナノチューブからなることが好ましい。
リチウムイオン二次電池の製造方法には、上記リチウムイオン二次電池の正極の製造方法を含むことができる。
The fibrous conductive material is preferably made of carbon nanotubes.
The method for producing a lithium ion secondary battery may include a method for producing the positive electrode of the lithium ion secondary battery.

本発明のリチウムイオン二次電池の正極の製造方法では、正極の反応抵抗を抑制して、リチウムイオン二次電池の入出力特性を向上させることができる。 The method for manufacturing the positive electrode of a lithium ion secondary battery of the present invention can suppress the reaction resistance of the positive electrode and improve the input/output characteristics of the lithium ion secondary battery.

正極活物質の二次粒子の外観を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing the appearance of secondary particles of a positive electrode active material. 正極活物質の二次粒子の内部を示す端面図。FIG. 3 is an end view showing the inside of a secondary particle of a positive electrode active material. カーボンナノチューブからなる導電材の顕微鏡写真。A micrograph of a conductive material made from carbon nanotubes. 混錬前の正極活物質の二次粒子を示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing secondary particles of a positive electrode active material before kneading. 導電材を含むバインダと正極活物質を混錬する前の正極合材の状態を示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of a positive electrode mixture before a binder containing a conductive material and a positive electrode active material are kneaded together. 導電材を含むバインダと正極活物質を混錬した後の正極合材の状態を示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing the state of a positive electrode mixture after a binder containing a conductive material and a positive electrode active material are kneaded together. プレス工程(圧壊工程)後の正極合材層を示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing the positive electrode mixture layer after a pressing step (crushing step). 本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造方法を示すフローチャート。3 is a flowchart showing a method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to the present embodiment. 本実施形態の正極電極製造工程のフローチャート。4 is a flowchart of a positive electrode manufacturing process according to the present embodiment. 実験1における本実施形態の実施例1の正極と、従来技術である比較例1の正極との比較を示す比較表。1 is a comparison table showing a comparison between the positive electrode of Example 1 of the present embodiment and the positive electrode of Comparative Example 1, which is a conventional technique, in Experiment 1. 比較例1の活物質の二次粒子の外観を示す顕微鏡写真。1 is a micrograph showing the appearance of secondary particles of the active material of Comparative Example 1. 比較例1の活物質の二次粒子の断面を示す顕微鏡写真。1 is a micrograph showing a cross section of a secondary particle of the active material of Comparative Example 1. 本実施形態の活物質の実施例1の二次粒子の外観を示す顕微鏡写真。4 is a micrograph showing the appearance of secondary particles of the active material of the present embodiment in Example 1. 本実施形態の活物質の実施例1の二次粒子の断面を示す顕微鏡写真。4 is a micrograph showing a cross section of a secondary particle of Example 1 of the active material of the present embodiment. 比較例1の活物質の二次粒子が圧壊されていない状態を示す顕微鏡写真。1 is a micrograph showing a state in which secondary particles of the active material of Comparative Example 1 are not crushed. 本実施形態の活物質の実施例1の二次粒子が圧壊された状態を示す顕微鏡写真。1 is a micrograph showing a state in which secondary particles of the active material of Example 1 of the present embodiment are crushed. 実験2における実施例2と比較例2、比較例3の条件を示す表。1 is a table showing conditions of Example 2, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 in Experiment 2. 実施例2における正極板の断面の顕微鏡写真。4 is a micrograph of a cross section of a positive electrode plate in Example 2. 比較例2における正極板の断面の顕微鏡写真。13 is a micrograph of a cross section of a positive electrode plate in Comparative Example 2. 比較例3における正極板の断面の顕微鏡写真。13 is a micrograph of a cross section of a positive electrode plate in Comparative Example 3. 実施例2における正極板の断面の一部を拡大した顕微鏡写真。13 is a micrograph showing an enlarged portion of a cross section of a positive electrode plate in Example 2. 比較例2における正極板の断面の一部を拡大した顕微鏡写真。13 is a micrograph showing an enlarged portion of a cross section of a positive electrode plate in Comparative Example 2. 比較例3における正極板の断面の一部を拡大した顕微鏡写真。13 is a micrograph showing an enlarged portion of a cross section of a positive electrode plate in Comparative Example 3. 実験2における入出力特性を比較するグラフ。Graph comparing input/output characteristics in Experiment 2.

(実施形態の原理と概要)
本発明を、リチウムイオン二次電池の製造方法の一実施形態により図面を参照して説明する。本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造方法では、正極電極製造工程において正極の出力向上のために反応面積を大きくし、抵抗を低減させる正極板2の製造を目的としている。そのため、正極活物質の粒子自体の表面積の拡大だけでなく、それに加えて導電材を適正に配置するものである。以下、その具体的構成を説明する。
(Principle and Overview of the Embodiment)
The present invention will be described with reference to the drawings by way of one embodiment of a method for manufacturing a lithium ion secondary battery. In the method for manufacturing a lithium ion secondary battery of this embodiment, the purpose is to manufacture a positive electrode plate 2 that increases the reaction area and reduces resistance in order to improve the output of the positive electrode in the positive electrode manufacturing process. For this purpose, not only is the surface area of the particles of the positive electrode active material itself increased, but also a conductive material is appropriately arranged. The specific configuration will be described below.

<リチウムイオン二次電池>
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、負極にはリチウムの挿入脱離が可能なカーボンやグラファイトが用いられ、正極には各種リチウム複合酸化物を用いられる。
<Lithium-ion secondary battery>
In the lithium ion secondary battery of this embodiment, carbon or graphite capable of inserting and desorbing lithium is used for the negative electrode, and various lithium composite oxides are used for the positive electrode.

充電時には正極の結晶の中にあったリチウム原子がリチウムイオンとして電解液中に放出され、同時に電解液中のリチウムイオンが負極の結晶の中に侵入し、放電時には負極中のリチウム原子が正極中に戻るように動作する。 When charging, the lithium atoms in the positive electrode crystals are released into the electrolyte as lithium ions, and at the same time, the lithium ions in the electrolyte penetrate into the negative electrode crystals, and when discharging, the lithium atoms in the negative electrode return to the positive electrode.

<正極活物質粒子3の材料>
正極活物質の合成方法は、一般的にリチウム塩粉末(LiOH、LiCo等)と遷移金属酸化物粉末とを混合し、これを焼成して合成する。
<Materials for Positive Electrode Active Material Particles 3>
The positive electrode active material is generally synthesized by mixing a lithium salt powder (LiOH, Li2Co3 , etc. ) with a transition metal oxide powder and baking the mixture.

正極活物質には、具体的には、コバルト酸リチウム(LiCoO)が挙げられる。さらに、ニッケル酸リチウム(LiNiO)が挙げられる。また、マンガン酸リチウム(LiMn)が挙げられる。また、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)が挙げられる。さらに、リン酸鉄リチウム(LiFePO)なども挙げられる。焼成により、まず径の小さい一次粒子が生成され、さらに複数の一次粒子が凝集されて二次粒子が生成される。 Specific examples of the positive electrode active material include lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ). Further, lithium nickel oxide (LiNiO 2 ). Further, lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ). Further, lithium nickel cobalt manganese oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ). Further, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) and the like are also included. By firing, first, small-sized primary particles are generated, and then a plurality of primary particles are aggregated to generate secondary particles.

<正極板2の製造工程>
一般的に正極板2(図18参照)の製造工程では、正極板2の原材料となる粒状の正極活物質粒子3に導電材33、溶剤により粘度が調整されたバインダ34とを混合してペースト状の正極合材を作成する。ペースト状の正極合材は、例えば、Al箔からなる集電体(正極基板)5に層状に塗工される。塗工されて形成された正極合材層4は、乾燥炉で乾燥され、プレス工程で所定の厚さに整形される。その後所定の形状にカットされて正極板2が完成する。
<Manufacturing process of positive electrode plate 2>
In general, in the manufacturing process of a positive electrode plate 2 (see FIG. 18 ), a paste-like positive electrode mixture is prepared by mixing granular positive electrode active material particles 3, which are the raw material of the positive electrode plate 2, with a conductive material 33 and a binder 34, the viscosity of which is adjusted by a solvent. The paste-like positive electrode mixture is applied in a layer form to a current collector (positive electrode substrate) 5 made of, for example, an Al foil. The applied positive electrode mixture layer 4 is dried in a drying furnace and shaped to a predetermined thickness in a pressing process. The positive electrode plate 2 is then cut into a predetermined shape to complete the positive electrode plate 2.

<二次粒子32の構成>
図1は、正極活物質粒子3の二次粒子32の外観を示す模式図である。図2は、正極活物質の二次粒子32の内部を示す端面図である。上記のような方法で合成された正極活物質粒子3は、一次粒子31が活物質の結晶形を反映して成長する。その平均径は例えば0.5~3μmである。この一次粒子31が凝集して、二次粒子32となり、粒径が大きくなる。二次粒子32の大きさは、例えば、平均径10~100μmであるのが好ましい。一次粒子31、二次粒子32の平均径は、形状が必ずしも規則的なものではないが、MIE散乱理論を用いたレーザ回折式粒度分布測定法で測定した50%積算値とすることができる。
<Configuration of secondary particles 32>
FIG. 1 is a schematic diagram showing the appearance of a secondary particle 32 of a positive electrode active material particle 3. FIG. 2 is an end view showing the inside of a secondary particle 32 of a positive electrode active material. In the positive electrode active material particle 3 synthesized by the above-mentioned method, the primary particles 31 grow to reflect the crystal form of the active material. The average diameter is, for example, 0.5 to 3 μm. The primary particles 31 aggregate to become secondary particles 32, and the particle size becomes larger. The size of the secondary particles 32 is preferably, for example, an average diameter of 10 to 100 μm. Although the shapes of the primary particles 31 and secondary particles 32 are not necessarily regular, the average diameters can be 50% integrated values measured by a laser diffraction type particle size distribution measurement method using the MIE scattering theory.

焼成した二次粒子32は、殻部32aと、殻部32aの内部に形成された中空部32bと、殻部32aを貫通する貫通孔32cとを有するものとなる場合がある。貫通孔32cが多い多孔質のものや少ないものがあるが、本実施形態では、貫通孔32cが多い多孔質のものが好ましい。 The fired secondary particles 32 may have a shell portion 32a, a hollow portion 32b formed inside the shell portion 32a, and a through hole 32c that penetrates the shell portion 32a. There are porous particles with many through holes 32c and porous particles with few through holes 32c, but in this embodiment, porous particles with many through holes 32c are preferred.

<貫通孔32cの平均径W>
貫通孔32cの平均径Wは、SEM(走査型電子顕微鏡写真)観察による50%平均粒子径であり、大きなものから小さなものまでばらつきがある。本実施形態の目的のため、繊維状の導電材33(図3参照)を、バインダ34の樹脂とともに、正極活物質の二次粒子32の貫通孔32cを介して、その内部に配置する。つまり、平均径Dの繊維状の導電材33を受け入れる貫通孔32cの径が必要である。貫通孔32cの平均径Wの条件として正極活物質の二次粒子32の貫通孔32cを介して、その内部に配置することができることである。このため、繊維状の導電材33の平均径Dは、二次粒子32の貫通孔32cの平均径Wの60%以下が望まれる。言い換えれば、二次粒子32の貫通孔32cの平均径Wは、繊維状の導電材33の平均径Dの167%以上であることが望まれる。
<Average diameter W of through holes 32c>
The average diameter W of the through holes 32c is a 50% average particle diameter by SEM (scanning electron microscope photograph) observation, and varies from large to small. For the purpose of this embodiment, the fibrous conductive material 33 (see FIG. 3) is disposed inside the through holes 32c of the secondary particles 32 of the positive electrode active material together with the resin of the binder 34 through the through holes 32c. That is, the diameter of the through holes 32c that receives the fibrous conductive material 33 with the average diameter D is required. The condition for the average diameter W of the through holes 32c is that the fibrous conductive material 33 can be disposed inside the through holes 32c of the secondary particles 32 of the positive electrode active material through the through holes 32c. For this reason, the average diameter D of the fibrous conductive material 33 is desirably 60% or less of the average diameter W of the through holes 32c of the secondary particles 32. In other words, the average diameter W of the through holes 32c of the secondary particles 32 is desirably 167% or more of the average diameter D of the fibrous conductive material 33.

<導電材33>
図3は、カーボンナノチューブからなる導電材33の顕微鏡写真である。本実施形態の正極板2の導電材33は、カーボンナノチューブから構成される。カーボンナノチューブは、炭素によって作られる六員環ネットワーク(グラフェンシート)が単層あるいは多層の同軸管状になった物質で、層状構造の炭素が筒状になった分子である。非常に高い導電性、熱伝導性・耐熱性を持つことを特性としている。本実施形態では、単層・複層、端部開放・閉鎖などの形状はいとわない。カーボンナノチューブからなる導電材33によれば、バインダ34に用いられる樹脂が通常は電気を伝導しない素材であっても、高い導電性を付加することができる。この導電材33により、集電体5と正極活物質粒子3と電解液との間の導通が良好となり、正極板2の抵抗を低く抑えることができる。
<Conductive material 33>
FIG. 3 is a micrograph of the conductive material 33 made of carbon nanotubes. The conductive material 33 of the positive electrode plate 2 of this embodiment is made of carbon nanotubes. Carbon nanotubes are substances in which a six-membered ring network (graphene sheet) made of carbon is in the form of a single or multiple coaxial tube, and are molecules in which carbon with a layered structure is in the form of a cylinder. They are characterized by having very high electrical conductivity, thermal conductivity, and heat resistance. In this embodiment, shapes such as single layer, multiple layer, open end, and closed end are not acceptable. The conductive material 33 made of carbon nanotubes can add high electrical conductivity even if the resin used for the binder 34 is a material that does not normally conduct electricity. This conductive material 33 improves the conduction between the current collector 5, the positive electrode active material particles 3, and the electrolyte, and the resistance of the positive electrode plate 2 can be kept low.

<導電材33の平均長L>
そのためには、カーボンチューブ同士が接触して導電性ネットワークを構築することが望まれる。カーボンナノチューブは、長尺になると少量でも導電性や熱伝導性を発揮し、強度も高くなる。そこで、この観点からは繊維状の導電材33の平均長Lは長いものが望まれる。
<Average length L of conductive material 33>
For this purpose, it is desirable that the carbon tubes contact each other to form a conductive network. When the carbon nanotubes are long, they exhibit electrical and thermal conductivity even in small quantities, and also have high strength. From this point of view, it is desirable that the average length L of the fibrous conductive material 33 is long.

一方、本実施形態では、カーボンナノチューブを、バインダ34の樹脂とともに、正極活物質の二次粒子32の貫通孔32cを介して、その内部に配置する。そのため、必ずしも長ければよいというわけではない。繊維状の導電材33の平均長Lが長すぎるとかえって、カーボンナノチューブ間の分子間力、水素結合により凝集が発生し、二次粒子32の内部に侵入しにくくなる。 On the other hand, in this embodiment, the carbon nanotubes are placed inside the secondary particles 32 of the positive electrode active material together with the resin of the binder 34 via the through holes 32c. Therefore, it is not necessarily better to make them longer. If the average length L of the fibrous conductive material 33 is too long, aggregation will occur due to intermolecular forces and hydrogen bonds between the carbon nanotubes, making it difficult for them to penetrate inside the secondary particles 32.

本実施形態の正極合材層4に導電材33を満遍なく配置するという目的からは、長さを均一にする必要はなく、様々な長さのカーボンナノチューブが混在することも好ましい。
そこで、本実施形態では、繊維状の導電材33の平均長Lは、例えば、100~1000nmとしている。
In order to achieve the objective of distributing conductive material 33 evenly throughout positive electrode mixture layer 4 in this embodiment, it is not necessary to make the lengths uniform, and it is also preferable for carbon nanotubes of various lengths to be present.
Therefore, in this embodiment, the average length L of the fibrous conductive material 33 is set to, for example, 100 to 1000 nm.

<導電材33の平均径D>
導電材33の平均径Dは、条件として正極活物質の二次粒子32の貫通孔32cを介して、その内部に配置することができることである。このため、繊維状の導電材33の平均径Dは、二次粒子32の貫通孔32cの平均径Wの60%以下であることが望まれる。
<Average diameter D of conductive material 33>
The average diameter D of the conductive material 33 must be such that it can be disposed inside the through-holes 32c of the secondary particles 32 of the positive electrode active material. For this reason, it is desirable that the average diameter D of the fibrous conductive material 33 be 60% or less of the average diameter W of the through-holes 32c of the secondary particles 32.

一方、あまり細いものは、活物質に対する接地面が小さく、十分に導電性が確保できない場合がある。
なお、平均径Dも、正極活物質の二次粒子32の貫通孔32cを介して、その内部に配置することが目的であるので、必ずしも均一な太さを求めるものではなく、正極活物質の二次粒子32の貫通孔32cとの関係で、実際に試験を行って設定することが望ましい。
On the other hand, if the electrode is too thin, the contact area with the active material is small, and sufficient conductivity may not be ensured.
In addition, since the purpose of the average diameter D is to be disposed inside the through-holes 32c of the secondary particles 32 of the positive electrode active material, a uniform thickness is not necessarily required, and it is desirable to set the average diameter D by actually conducting tests in relation to the through-holes 32c of the secondary particles 32 of the positive electrode active material.

そこで、本実施形態では、繊維状の導電材33の平均径Dは、例えば、1nm~100nmであるものを例示する。
<バインダ34>
バインダ34は、正極活物質粒子3と導電材33とを混錬工程(図9:S12)で一体化して、正極合材層4を集電体5に塗工し(S13)、乾燥工程(S14)で固定するものである。本実施形態でバインダといった場合には、粘度を調整する溶剤や、その他特性を調整する添加剤を含む概念である。その後、プレス工程(S15)で整形される。バインダ34の材質としては、例えば、PVdF(ポリフッ化ビニリデン)などが例示できる。なお、本実施形態では、バインダの材質は特に限定されるものでない。なお、後述する実験例では、取り扱いの容易さ等からストルアス社のエポキシ樹脂からなる冷間埋込樹脂「スペシフィックス-20(登録商標)」をテスト用に用いている。このように樹脂の種類を変更しても、製品と実験結果には特性の差はないことを確認している。このようにバインダ34自体は、本実施形態において限定されるものではない。
In this embodiment, the average diameter D of the fibrous conductive material 33 is, for example, 1 nm to 100 nm.
<Binder 34>
The binder 34 is formed by integrating the positive electrode active material particles 3 and the conductive material 33 in a kneading process (FIG. 9: S12), applying the positive electrode composite layer 4 to the current collector 5 (S13), and fixing the positive electrode composite layer 4 in a drying process (S14). In this embodiment, the binder is a concept including a solvent for adjusting viscosity and additives for adjusting other characteristics. The binder is then shaped in a pressing process (S15). Examples of the material of the binder 34 include PVdF (polyvinylidene fluoride). In this embodiment, the material of the binder is not particularly limited. In the experimental example described below, a cold embedding resin made of epoxy resin "Specifix-20 (registered trademark)" made by Struers is used for testing because of its ease of handling. It has been confirmed that there is no difference in characteristics between the product and the experimental results even if the type of resin is changed in this way. In this way, the binder 34 itself is not limited in this embodiment.

なお、本実施形態の目的は、繊維状の導電材33を、バインダ34の樹脂とともに、正極活物質の二次粒子32の貫通孔32cを介して、その内部に配置することになる。そのため、硬化前のバインダ34は、二次粒子32内に含侵できる程度の流動性が要求される。その程度は、二次粒子32の特性と、導電材33の特性により適宜調整される。 The purpose of this embodiment is to place the fibrous conductive material 33, together with the resin of the binder 34, inside the secondary particles 32 of the positive electrode active material through the through holes 32c. Therefore, the binder 34 before hardening is required to have a degree of fluidity that allows it to be impregnated into the secondary particles 32. The degree of fluidity is appropriately adjusted depending on the characteristics of the secondary particles 32 and the characteristics of the conductive material 33.

<含侵率[%]>
ここで、本実施形態において「含侵率[%]」とは、含侵工程である混錬工程(S12)後の顕微鏡写真において、二次粒子32の内部に繊維状の導電材33を含んだバインダ34が進入すると二次粒子32の画像の濃度が濃くなる。そこで、それぞれの濃淡を目視で観察して、含侵率[%]を算出した。つまり、含侵率[%]は、導電材33含んだバインダ34が中空部32bに入った二次粒子32の個数の、全体の二次粒子の個数に対する比率である。本実施形態では、含侵率[%]は、85%以上になるように設定されている。
<Impregnation rate [%]>
Here, in this embodiment, the "impregnation rate [%]" refers to the density of the image of the secondary particles 32 becoming denser when the binder 34 containing the fibrous conductive material 33 penetrates into the interior of the secondary particles 32 in a micrograph taken after the kneading step (S12) which is the impregnation step. Thus, the respective shadings were visually observed to calculate the impregnation rate [%]. In other words, the impregnation rate [%] is the ratio of the number of secondary particles 32 in which the binder 34 containing the conductive material 33 has entered the hollow portion 32b to the total number of secondary particles. In this embodiment, the impregnation rate [%] is set to be 85% or more.

<正極合材>
正極合材は、正極活物質粒子3、導電材33、溶剤を含むバインダ34、及び必要な添加剤などから構成される。その配分の一例は、正極活物質粒子3(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)が75~99%、導電材33(カーボンナノチューブ)が0.3~15%、バインダ34(PVdF)が0.3~15%となる。この材料が混錬されて正極合材のペーストが生成される。本実施形態における粘度は、概ね1000~5000Pa・sである。
<Positive electrode mixture>
The positive electrode mixture is composed of positive electrode active material particles 3, conductive material 33, binder 34 containing a solvent, and necessary additives. An example of the distribution is 75 to 99% of the positive electrode active material particles 3 (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), 0.3 to 15% of the conductive material 33 (carbon nanotubes), and 0.3 to 15% of the binder 34 (PVdF). These materials are kneaded to generate a paste of the positive electrode mixture. The viscosity in this embodiment is approximately 1000 to 5000 Pa·s.

<正極合材層4>
得られた正極合材は、これをAl箔からなる集電体5に塗工し(S13)、乾燥工程(S14)を経て、プレス工程(S15)により厚さが調整されるとともに表面が平坦化されて、正極合材層4が完成する。このとき二次粒子32の一部が圧壊されて一次粒子31となるが、この点については後に詳述する。
<Positive electrode mixture layer 4>
The obtained positive electrode mixture is applied to a current collector 5 made of Al foil (S13), and then passed through a drying step (S14) and a pressing step (S15) to adjust the thickness and flatten the surface, completing a positive electrode mixture layer 4. At this time, some of the secondary particles 32 are crushed to become primary particles 31, which will be described in detail later.

<本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造方法の特徴>
本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造方法の特徴は、含侵工程としての混錬工程(S12)と圧壊工程としてのプレス工程(S15)を備えている点である。
<Features of the manufacturing method of the lithium-ion secondary battery according to this embodiment>
The method for producing a lithium ion secondary battery according to this embodiment is characterized in that it includes a kneading step (S12) as an impregnation step and a pressing step (S15) as a crushing step.

「含侵工程」とは、一次粒子31が集合して球殻状に形成された中空または多孔質の貫通孔32cを備えた殻部32aを有する正極活物質の二次粒子32の中空部32bに、バインダ34とともに繊維状の導電材33を配置する工程である。 The "impregnation process" is a process in which a fibrous conductive material 33 is placed together with a binder 34 in the hollow portion 32b of a secondary particle 32 of a positive electrode active material having a shell portion 32a with hollow or porous through holes 32c formed in a spherical shell shape by an aggregation of primary particles 31.

「圧壊工程」とは、正極板2を両側から図示しないプレスロールでプレスすることで二次粒子32を圧壊して一次粒子化する工程である。
<混錬工程(含侵工程)(S12)>
図4は、混錬工程前の正極活物質を示す模式図である。図では、説明のため二次粒子32の端面図のみを示している。実際には、二次粒子32に育たなかった一次粒子や、二次粒子32が割れた一次粒子31も含まれるが省略している。また、模式的に示したもので実際の大きさを反映したものではない。これらは、図5~7において同様である。図4は混錬前、すなわち導電材33を含んだバインダ34と混ぜ合わせる前の状態である。
The "crushing step" is a step in which the positive electrode plate 2 is pressed from both sides with press rolls (not shown) to crush the secondary particles 32 into primary particles.
<Kneading process (impregnation process) (S12)>
Fig. 4 is a schematic diagram showing the positive electrode active material before the kneading process. In the figure, for the purpose of explanation, only an end view of secondary particles 32 is shown. In reality, primary particles that did not grow into secondary particles 32 and primary particles 31 formed by cracking secondary particles 32 are also included, but are omitted. In addition, they are shown only as schematics and do not reflect the actual size. The same applies to Figs. 5 to 7. Fig. 4 shows the state before kneading, i.e., before mixing with binder 34 containing conductive material 33.

図5は、導電材33を含むバインダ34と正極活物質粒子3である二次粒子32を混合したが、混錬する前のペースト状の正極合材の状態を示す模式図である。
この状態では、導電材33を含むバインダ34は、二次粒子32の周囲には存在するが、いまだ導電材33を含むバインダ34は、二次粒子32の中空部32bには浸入していない。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the state of a paste-like positive electrode mixture obtained by mixing a binder 34 containing a conductive material 33 and secondary particles 32 which are positive electrode active material particles 3 but before kneading.
In this state, the binder 34 containing the conductive material 33 is present around the secondary particles 32 , but the binder 34 containing the conductive material 33 has not yet penetrated into the hollow portions 32 b of the secondary particles 32 .

図6は、導電材33を含むバインダ34と正極活物質粒子3である二次粒子32を混錬した後のペースト状の正極合材の状態を示す模式図である。導電材33を含むバインダ34は、適度の溶剤により粘度が調整され、二次粒子32の貫通孔32cに浸入する程度の粘度となっている。また、導電材33は、繊維状で柔軟なカーボンナノチューブから構成されているため、粘度が調整された流体のPVdF(ポリフッ化ビニリデン)の浸入とともに、二次粒子32の貫通孔32cから中空部32bに進入する。この場合、導電材33の平均長Lは、一定であってもばらつきがある。長さの短い導電材33は、その全体が二次粒子32の中空部32bに入りきる。一方、長さの長い導電材33は、一端が中空部32bに入り、他端が二次粒子32の外部に出ているような場合がある。このような場合は、二次粒子32の内外を導通する役目を果たすことになり好ましいといえる。このように、導電材33の長さのばらつきは、それぞれの役割を果たし、正極合材層4の中に導電材33による導電材ネットワークを構築する。 Figure 6 is a schematic diagram showing the state of a paste-like positive electrode mixture after kneading a binder 34 containing a conductive material 33 and secondary particles 32, which are positive electrode active material particles 3. The binder 34 containing the conductive material 33 has a viscosity adjusted by an appropriate solvent, and has a viscosity sufficient to penetrate into the through holes 32c of the secondary particles 32. In addition, since the conductive material 33 is composed of fibrous and flexible carbon nanotubes, it enters the hollow portion 32b from the through holes 32c of the secondary particles 32 together with the penetration of PVdF (polyvinylidene fluoride) of the viscosity-adjusted fluid. In this case, the average length L of the conductive material 33 varies even if it is constant. A conductive material 33 with a short length entirely enters the hollow portion 32b of the secondary particles 32. On the other hand, a conductive material 33 with a long length may have one end in the hollow portion 32b and the other end protruding from the outside of the secondary particles 32. In such a case, it is preferable because it serves to provide electrical conductivity between the inside and outside of the secondary particles 32. In this way, the variation in the length of the conductive material 33 serves its respective role, and a conductive material network is constructed by the conductive material 33 in the positive electrode mixture layer 4.

<正極合材層4>
図7は、プレス工程(S15)の後の正極合材層4を示す模式図である。混錬工程(S12)で、二次粒子32の中空部32bには、含侵率[%]が85%以上となるように、導電材33が配置されている。このように二次粒子32の内外にバインダ34とともに導電材33が十分に配置されている。このような状態で、プレス工程(S15)では、正極板2を、図示しないプレスロールで両面から押圧する。プレス工程(S15)の一般的な目的は、正極板2の正極合材層4の厚みを設定値にするとともに、正極板2の表面を平坦に形成することを目的とする。本実施形態では、これらの目的に加え、正極活物質粒子3のうち二次粒子32を圧壊して一次粒子化することを目的とする。
<Positive electrode mixture layer 4>
FIG. 7 is a schematic diagram showing the positive electrode mixture layer 4 after the pressing step (S15). In the kneading step (S12), the conductive material 33 is arranged in the hollow portion 32b of the secondary particle 32 so that the impregnation rate [%] is 85% or more. In this way, the conductive material 33 is sufficiently arranged inside and outside the secondary particle 32 together with the binder 34. In this state, in the pressing step (S15), the positive electrode plate 2 is pressed from both sides by a press roll not shown. The general purpose of the pressing step (S15) is to set the thickness of the positive electrode mixture layer 4 of the positive electrode plate 2 to a set value and to form the surface of the positive electrode plate 2 flat. In this embodiment, in addition to these purposes, the secondary particles 32 of the positive electrode active material particles 3 are crushed to form primary particles.

詳細には、プレス工程(S15)では、二次粒子32の正極活物質粒子3の50%以上を圧壊して「一次粒子化」する。なお、本実施形態でいう「一次粒子化」とは、必ずしも単体の正極活物質の一次粒子31まで分解することではなく、二次粒子32の中空部32bが露出するように複数の一次粒子31の塊に分解するような圧壊を含む。 In detail, in the pressing step (S15), 50% or more of the positive electrode active material particles 3 of the secondary particles 32 are crushed to "convert into primary particles." Note that "convert into primary particles" in this embodiment does not necessarily mean decomposing into single positive electrode active material primary particles 31, but includes crushing to decompose into a mass of multiple primary particles 31 so that the hollow portions 32b of the secondary particles 32 are exposed.

<リチウムイオン二次電池の製造工程>
図8は、本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造工程を示すフローチャートである。図8を参照して、本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造工程の概略を説明する。
<Manufacturing process of lithium ion secondary battery>
8 is a flow chart showing the manufacturing process of the lithium ion secondary battery of this embodiment. The manufacturing process of the lithium ion secondary battery of this embodiment will be outlined with reference to FIG.

<源泉工程(S1)>
本実施形態では、まず、源泉工程(S1)を行う。ここで源泉工程とは、リチウムイオン二次電池の要素の作成の工程である。具体的には、リチウムイオン二次電池の電池要素を構成する正極板2、図示しない負極板及びセパレータを作成する工程である。
<Source process (S1)>
In this embodiment, first, a source process (S1) is performed. Here, the source process is a process of preparing elements of a lithium ion secondary battery. Specifically, it is a process of preparing a positive electrode plate 2, a negative electrode plate (not shown), and a separator that constitute the battery elements of a lithium ion secondary battery.

本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造工程の特徴は、正極板2の作成に特徴がある。そこで、図9を参照して、源泉工程(S1)の一部を構成する「正極電極板製造工程」について説明する。 The manufacturing process for the lithium ion secondary battery of this embodiment is characterized by the creation of the positive electrode plate 2. Therefore, with reference to FIG. 9, the "positive electrode plate manufacturing process" that constitutes part of the source process (S1) will be described.

<正極電極板製造工程>
正極電極板製造工程では、二次粒子製造工程(S11)、混錬工程(S12)、塗工工程(S13)、乾燥工程(S14)、プレス工程(S15)、切断工程(S16)を行う。
<Positive electrode plate manufacturing process>
The positive electrode plate manufacturing process includes a secondary particle manufacturing process (S11), a kneading process (S12), a coating process (S13), a drying process (S14), a pressing process (S15), and a cutting process (S16).

<二次粒子製造工程(S11)>
二次粒子製造工程(S11)では、原材料を混合して焼成し、一次粒子31を経て二次粒子32を生成するが、詳細な手順は、周知技術が利用できるため省略する。二次粒子製造工程(S11)では、一次粒子31が集合して球殻状に形成された殻部32aと、殻部32aの内部の中空部32bを備え、多くの貫通孔32cを備えた粒子を作成する。そして、平均径10~100μmで、貫通孔32cは、所定の貫通孔の平均径Wが50nm以上であるものとする。
<Secondary particle manufacturing process (S11)>
In the secondary particle production step (S11), raw materials are mixed and sintered to generate secondary particles 32 via primary particles 31, but detailed procedures are omitted since known techniques can be used. In the secondary particle production step (S11), particles are produced that have a shell portion 32a formed in a spherical shell shape by the aggregation of primary particles 31, a hollow portion 32b inside the shell portion 32a, and many through holes 32c. The average diameter of the through holes 32c is 10 to 100 μm, and the average diameter W of the predetermined through holes is 50 nm or more.

<混錬工程(含侵工程)(S12)>
本実施形態の混錬工程(S12)では、二次粒子32を含む正極活物質粒子3と、繊維状の導電材33と、粘度を調整したバインダ34を混合したペースト状の正極合材を混錬機で混錬する。本実施形態では、この混錬により、繊維状の導電材33を伴ったバインダ34が、二次粒子32の貫通孔32cを介して、中空部32bに浸入する。このとき、繊維状の導電材33であるカーボンナノチューブが、バインダ34とともに二次粒子32の内外に配置される。正極合材の粘度、混錬の速度、時間などの条件は、最終的には、正極板2の反応抵抗を測定して最適化される。
<Kneading process (impregnation process) (S12)>
In the kneading step (S12) of this embodiment, a paste-like positive electrode mixture obtained by mixing the positive electrode active material particles 3 including the secondary particles 32, the fibrous conductive material 33, and the binder 34 with adjusted viscosity is kneaded by a kneader. In this embodiment, this kneading causes the binder 34 accompanied by the fibrous conductive material 33 to penetrate into the hollow portion 32b through the through-holes 32c of the secondary particles 32. At this time, the carbon nanotubes, which are the fibrous conductive material 33, are disposed inside and outside the secondary particles 32 together with the binder 34. The conditions such as the viscosity of the positive electrode mixture, the kneading speed, and the time are ultimately optimized by measuring the reaction resistance of the positive electrode plate 2.

<塗工工程(S13)>
繊維状の導電材33であるカーボンナノチューブが、二次粒子32の内外に配置されたペースト状の正極合材が、正極基板となるAl箔からなる集電体5に塗工される。集電体5は、ここでは長方形に切断される。図示しない塗工装置は、この集電体5の幅方向(長手方向と直交する方向)に沿って正極合材層4に対応するノズルを備える。ノズルは、正極合材を集電体5の長手方向の一端から他端に向けて相対移動させて走査するようにしてペースト状の正極合材を塗布する。相対移動は集電体5を載置したステージやノズル自体のいずれを移動させてもよい。塗工装置は、ローラやドクターブレードなどで、塗布されたペースト状の正極合材を所定の厚みに整える。
<Coating process (S13)>
A paste-like positive electrode mixture in which carbon nanotubes, which are fibrous conductive materials 33, are arranged inside and outside secondary particles 32 is applied to a current collector 5 made of Al foil, which becomes a positive electrode substrate. Here, the current collector 5 is cut into a rectangle. A coating device (not shown) is provided with a nozzle corresponding to the positive electrode mixture layer 4 along the width direction (direction perpendicular to the longitudinal direction) of the current collector 5. The nozzle applies the paste-like positive electrode mixture by scanning the positive electrode mixture from one end to the other end of the longitudinal direction of the current collector 5 relative to the current collector 5. The relative movement may be performed by moving either the stage on which the current collector 5 is placed or the nozzle itself. The coating device adjusts the applied paste-like positive electrode mixture to a predetermined thickness using a roller, a doctor blade, or the like.

<乾燥工程(S14)>
塗工工程(S13)が完了したら、例えば、赤外線乾燥装置などにより、バインダ34の溶剤を揮発させて、バインダ34を一定の硬度まで硬化させる。
<Drying step (S14)>
After the coating step (S13) is completed, the solvent in the binder 34 is evaporated using, for example, an infrared drying device, and the binder 34 is hardened to a certain hardness.

<プレス工程(圧壊工程)(S15)>
プレス工程は、図示しないプレス装置で行う。プレス装置は少なくとも1つのプレスロールを備え、集電体5に形成された正極合材層4の長手方向の一端から他端に向けて相対移動させて走査するようにプレスする。プレスロールは、塗工工程(S13)で形成された正極合材層4の表面よりも集電体5に近づいた位置で正極合材層4に接触する。すなわち、ギャップ(一対のプレスロール間の距離、若しくはプレスロールと、プレスロールと対向するステージ間の距離)は、正極板2の厚さより所定の長さだけ短い。つまり、プレス装置は、正極合材層4を潰すように働く。
<Pressing process (crushing process) (S15)>
The pressing step is performed by a pressing device (not shown). The pressing device includes at least one press roll, and performs pressing so as to move relatively from one end to the other end in the longitudinal direction of the positive electrode mixture layer 4 formed on the current collector 5 and scan it. The press roll contacts the positive electrode mixture layer 4 at a position closer to the current collector 5 than the surface of the positive electrode mixture layer 4 formed in the coating step (S13). That is, the gap (the distance between a pair of press rolls, or the distance between the press roll and the stage facing the press roll) is shorter than the thickness of the positive electrode plate 2 by a predetermined length. That is, the pressing device works to crush the positive electrode mixture layer 4.

プレス工程(S15)の目的は、従来と同じように正極合材層4の厚さを規定値にすることと、正極合材層4の表面を平坦に整形する点は同じである。
本実施形態のプレス工程(S15)は、それらに加えて以下のような圧壊工程としての作用がある。正極合材層4のバインダ34は、乾燥後も若干の可塑性を有するため塑性変形するが、二次粒子32は、ほとんど可塑性を有さず、圧縮する力に対して、圧壊して分割される。
The purpose of the pressing step (S15) is the same as in the conventional method in that the thickness of positive electrode mixture layer 4 is set to a specified value and the surface of positive electrode mixture layer 4 is shaped to be flat.
In addition to the above, the pressing step (S15) of the present embodiment also functions as a crushing step as follows: Binder 34 of positive electrode mixture layer 4 has some plasticity even after drying and is plastically deformed, but secondary particles 32 have almost no plasticity and are crushed and divided by the compressive force.

図6のプレス工程(S15)前の正極合材層4を模式的に示した図のような状態から、図7のような状態となる。
このように、二次粒子32が圧壊されることで、小さな粒子に分解される一次粒子化が生じる。なおこの「一次粒子化」というのは、完全に一次粒子となるとの意味ではなく、大きな二次粒子32が小さな破片32dとなり、粒径が一次粒子31の大きさに近づくという程度の意味である。
The state of positive electrode mixture layer 4 before the pressing step (S15) in FIG. 6 is changed to the state shown in FIG.
In this way, the secondary particles 32 are crushed, and thus the secondary particles 32 are broken down into smaller particles, resulting in the formation of primary particles. Note that this "primary particles" does not mean that the secondary particles 32 become completely primary particles, but rather means that the large secondary particles 32 become small fragments 32d, and the particle size approaches the size of the primary particles 31.

つまり、二次粒子32が圧壊して、分割されることで、二次粒子32自体の正極活物質の表面積が増大することにより正極活物質の反応面積が大きくなる。また、これまで外部に露出してなかった中空部32bの壁面も露出する。 In other words, as the secondary particles 32 are crushed and divided, the surface area of the positive electrode active material of the secondary particles 32 itself increases, and the reaction area of the positive electrode active material increases. In addition, the wall surface of the hollow portion 32b, which was not previously exposed to the outside, is also exposed.

さらに、中空部32bの壁面の近傍には、多くの繊維状の導電材33が存在する。これらの繊維状の導電材33も二次粒子32の圧壊により露出することになる。
特に、プレス工程(S15)は、乾燥工程(S14)を経た後であるため、導電材33が流動しにくい。そのため、二次粒子32が一次粒子化しても、凝集することがない。さらにプレス工程(S15)を経ても、導電材33は、中空部32bの壁面近傍に存在したままである。したがって、これらが相俟って中空部32bからの導電ネットワークも確保されるので、二次粒子32の反応に貢献する有効な比表面積が大きくなる。
Furthermore, in the vicinity of the wall surface of the hollow portion 32b, there is a large amount of fibrous conductive material 33. These fibrous conductive materials 33 are also exposed when the secondary particles 32 are crushed.
In particular, since the pressing step (S15) is performed after the drying step (S14), the conductive material 33 is less likely to flow. Therefore, even if the secondary particles 32 become primary particles, they do not aggregate. Furthermore, even after the pressing step (S15), the conductive material 33 remains present near the wall surface of the hollow portion 32b. Therefore, these factors work together to ensure a conductive network from the hollow portion 32b, and the effective specific surface area that contributes to the reaction of the secondary particles 32 is increased.

<切断工程(S16)>
プレス工程(S15)が完了したら、必要に応じて組み立てる電池の規格に合わせて、正極板2の大きさを切断して、正極板2が完成する。
<Cutting step (S16)>
After the pressing step (S15) is completed, the positive electrode plate 2 is cut to a size according to the specifications of the battery to be assembled as necessary, and the positive electrode plate 2 is completed.

<リチウムイオン二次電池の組み立て>
源泉工程(S1)では、説明を割愛したが、図9に示した正極電極板製造工程と同時に負極電極板製造工程、セパレータ製造工程が行われる。
<Assembly of lithium-ion secondary battery>
In the source step (S1), although the explanation has been omitted, a negative electrode plate manufacturing step and a separator manufacturing step are carried out simultaneously with the positive electrode plate manufacturing step shown in FIG.

源泉工程(S1)でこれらの手順が完了したら、セル電池の組み立て工程を行う。ここでは、まず捲回工程(S2)を行う。捲回工程(S2)は、源泉工程(S1)で作成した正極板2、負極板を、セパレータを挟んで積層し、その状態で捲回する。このように捲回した正極板2、負極板、セパレータを電池ケースに収容するために整形するとともに、極板間を密接にするために扁平プレス工程(S3)を行う。扁平プレス工程で整形した正極板2、負極板、セパレータからなる極板群は、一端が正極の正極合材層4のないAlの集電体5があり、図示を省略した他端には負極の負極合材層のないCuの集電体が突出する。これらの集電体は圧接され、端子溶接(S4)において、それぞれ、正極内部端子および負極内部端子が溶接される。これらの内部端子に電池ケースの蓋を介してそれぞれ外部端子が装着される。そして、捲回され扁平になった極板群とここに溶接された正極端子、負極端子は、ケース挿入(S5)の工程で、電池ケースに挿入される。封缶溶接(S6)の工程で、電池ケースと蓋がレーザ溶接などにより、密封される。この段階では、蓋の注液口が開口している。その後、セル乾燥(S7)の工程で、電池ケース内に残存している水分などを十分に乾燥させたら、注液・封止(S8)の工程で注液口から非水電解液を注液する。注液が完了したら、注液工を密封する。これで、セル電池の組み立てが完了する。セル電池の組み立てが完了したら、SEI(Solid Electrolyte Interphase)被膜の形成などを目的として、活性化(S9)の工程を行う。ここでは、初充電、エージングなどを行い、セル電池を化学的に活性化する。そして検査(S10)の工程では、セル電圧や、電池抵抗などの検査が行われ、所定の性能を発揮するものが製品となる。車載用のリチウムイオン二次電池では、セル電池が6~12個程度スタックされて電池モジュールとされ、さらに複数の電池モジュールが容器に収容され、制御装置や各種センサなどが装着されて車両用の電池パックとなる。 After these steps are completed in the source process (S1), the cell battery assembly process is performed. Here, the winding process (S2) is performed first. In the winding process (S2), the positive electrode plate 2 and the negative electrode plate prepared in the source process (S1) are stacked with a separator in between and wound in that state. The wound positive electrode plate 2, the negative electrode plate, and the separator are shaped to accommodate them in a battery case, and a flattening press process (S3) is performed to make the plates closer together. The electrode plate group consisting of the positive electrode plate 2, the negative electrode plate, and the separator shaped in the flattening press process has an Al current collector 5 without the positive electrode composite layer 4 at one end, and a Cu current collector without the negative electrode composite layer protrudes at the other end (not shown). These current collectors are pressure welded, and in terminal welding (S4), the positive electrode internal terminal and the negative electrode internal terminal are welded, respectively. External terminals are attached to these internal terminals via the lid of the battery case. The wound and flattened electrode plate group and the positive and negative terminals welded thereto are then inserted into the battery case in the case insertion process (S5). In the can sealing process (S6), the battery case and the lid are sealed by laser welding or the like. At this stage, the electrolyte injection port of the lid is open. After that, in the cell drying process (S7), any moisture remaining in the battery case is sufficiently dried, and then in the electrolyte injection and sealing process (S8), non-aqueous electrolyte is injected through the electrolyte injection port. After the electrolyte injection is completed, the electrolyte injection process is sealed. This completes the assembly of the cell battery. After the assembly of the cell battery is completed, the activation process (S9) is performed for the purpose of forming a SEI (Solid Electrolyte Interphase) coating, etc. Here, the cell battery is chemically activated by performing initial charging, aging, etc. Then, in the inspection process (S10), cell voltage, battery resistance, etc. are inspected, and those that demonstrate the required performance become the product. For lithium-ion secondary batteries for vehicles, about 6 to 12 cell batteries are stacked to form a battery module, and several battery modules are housed in a container and equipped with a control device and various sensors to form a vehicle battery pack.

(実施形態の作用)
次に、本実施形態の作用を、実験例により説明する。
<実験1>
図10は、実験1における本実施形態の実施例1の正極板2と、従来技術である比較例1の正極板2との比較を示す比較表である。実験1では、従来の正極板2と本実施形態の正極板2とを条件を変えて、正極板2の入出力を比較した。実験に用いたバインダは、取り扱いの容易さ等からストルアス社のエポキシ樹脂からなる冷間埋込樹脂「スペシフィックス-20(登録商標)」をテスト用に用いている。この樹脂は、製品で使用されるPVdF(ポリフッ化ビニリデン)などと同等の結果を導き出せることを確認している。
(Operation of the embodiment)
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to an experimental example.
<Experiment 1>
FIG. 10 is a comparison table showing a comparison between the positive electrode plate 2 of Example 1 of this embodiment and the positive electrode plate 2 of Comparative Example 1, which is a conventional technology, in Experiment 1. In Experiment 1, the input and output of the positive electrode plate 2 was compared by changing the conditions of the conventional positive electrode plate 2 and the positive electrode plate 2 of this embodiment. The binder used in the experiment was Struers' cold embedding resin "Specifix-20 (registered trademark)" made of epoxy resin, for ease of handling, etc. It has been confirmed that this resin can produce results equivalent to those of PVdF (polyvinylidene fluoride) used in products.

<粒子形状>
図11は、比較例1の活物質の二次粒子32の外観を示す顕微鏡写真である。図12は、比較例1の活物質の二次粒子の断面を示す顕微鏡写真である。
<Particle shape>
Fig. 11 is a micrograph showing the appearance of secondary particles 32 of the active material of Comparative Example 1. Fig. 12 is a micrograph showing a cross section of a secondary particle of the active material of Comparative Example 1.

従来技術の比較例1は、従来技術を示すもので、対象となる二次粒子32の粒子形状は、多孔質ではあるが、貫通孔32cの平均径Wは、25nmと、50nm未満の小さいものになっている。 Comparative example 1 of the prior art shows the prior art, in which the particle shape of the target secondary particles 32 is porous, but the average diameter W of the through holes 32c is small, at 25 nm, less than 50 nm.

図13は、本実施形態の実施例1の活物質の二次粒子32の外観を示す顕微鏡写真である。図14は、本実施形態の実施例1の活物質の二次粒子の断面を示す顕微鏡写真である。 Figure 13 is a micrograph showing the appearance of secondary particles 32 of the active material of Example 1 of this embodiment. Figure 14 is a micrograph showing a cross section of a secondary particle of the active material of Example 1 of this embodiment.

一方、本実施形態の実施例1では、二次粒子32の粒子形状は、多孔質で、貫通孔32cの平均径Wが200nmと、50nm以上の大きなものになっている。
バインダ34と混錬したところ、比較例1では、含侵率が85%未満の54.8%であったが、実施例1では、含侵率が85%以上の90%となった。
On the other hand, in Example 1 of this embodiment, the secondary particles 32 have a porous particle shape, and the average diameter W of the through holes 32c is 200 nm, which is large and is 50 nm or more.
When kneaded with the binder 34, the impregnation rate was 54.8%, which is less than 85%, in Comparative Example 1, whereas the impregnation rate was 90%, which is 85% or more, in Example 1.

記載を省略するが、条件を変えて多数の実験を行った結果、貫通孔32cの平均径Wと含侵率[%]の関係は、貫通孔32cの平均径Wが50nm以上の場合に、含侵率[%]が概ね85%以上となることを確認した。 Although we will not go into detail here, we conducted numerous experiments under different conditions and confirmed that the relationship between the average diameter W of the through holes 32c and the impregnation rate [%] is such that when the average diameter W of the through holes 32c is 50 nm or greater, the impregnation rate [%] is approximately 85% or greater.

<合材状態>
従来技術の比較例1では、導電材33である粒状のアセチレンブラックの平均径Dが、200nmと30nmを超えるもので、平均長Lも200nmと500nm未満である。そして、導電材33は、二次粒子32の外部のみに存在した。
<Condition of mixture>
In Comparative Example 1 of the prior art, the average diameter D of the granular acetylene black, which is the conductive material 33, is 200 nm, which is more than 30 nm, and the average length L is also 200 nm, which is less than 500 nm. The conductive material 33 was present only outside the secondary particles 32.

一方、本実施形態の実施例1では、導電材33である繊維状のカーボンナノチューブの平均径Dが、20nm(貫通孔の32cの10%)と30nm以下のもので、平均長Lが700nmと500nm以上1000nm以下である。そして、導電材33は、二次粒子32の貫通孔32cから中空部32b内にも進入しており、二次粒子32の外部のみならず内部にも存在した。 On the other hand, in Example 1 of this embodiment, the average diameter D of the fibrous carbon nanotubes that are the conductive material 33 is 20 nm (10% of the through hole 32c), which is 30 nm or less, and the average length L is 700 nm, which is 500 nm or more and 1000 nm or less. The conductive material 33 also penetrates into the hollow portion 32b from the through hole 32c of the secondary particle 32, and is present not only outside but also inside the secondary particle 32.

<プレス後の正極板2>
図15は、比較例1の活物質の二次粒子32が圧壊されていない状態を示す顕微鏡写真である。二次粒子32が圧壊されていないと、中空部32bは、導電材33とは、接触できないので反応に寄与できない領域が存在することになる。
<Positive electrode plate 2 after pressing>
15 is a micrograph showing a state in which secondary particles 32 of the active material of Comparative Example 1 are not crushed. If secondary particles 32 are not crushed, hollow portions 32b will have regions that cannot contact conductive material 33 and therefore cannot contribute to the reaction.

なお、仮にプレス工程(S15)で二次粒子32を圧壊したとしても、圧壊された二次粒子32の中空部32bの壁面近傍には、導電材33が存在しない。そのため、中空部32bの壁面が露出しても、結局その領域は反応に寄与できないこととなる。 Even if the secondary particles 32 are crushed in the pressing step (S15), there is no conductive material 33 near the wall surface of the hollow portion 32b of the crushed secondary particles 32. Therefore, even if the wall surface of the hollow portion 32b is exposed, that area will not be able to contribute to the reaction.

図16は本実施形態の実施例1の活物質の二次粒子が圧壊された状態を示す顕微鏡写真である。本実施形態の実施例1では、プレス工程(S15)で二次粒子32が圧壊されている。さらに、もともと中空部32bには、導電材33が侵入して存在している。そのため、圧壊された二次粒子32の中空部32bの壁面近傍にも導電材33が存在する。そのため、中空部32bの壁面が露出すれば、その領域は反応に寄与することができる。また、二次粒子32の内外に配置された導電材33が有効に導電ネットワークを形成する。 Figure 16 is a micrograph showing the state in which the secondary particles of the active material of Example 1 of this embodiment are crushed. In Example 1 of this embodiment, the secondary particles 32 are crushed in the pressing step (S15). Furthermore, the conductive material 33 has originally infiltrated and is present in the hollow portion 32b. Therefore, the conductive material 33 is also present near the wall surface of the hollow portion 32b of the crushed secondary particle 32. Therefore, if the wall surface of the hollow portion 32b is exposed, that area can contribute to the reaction. Furthermore, the conductive material 33 arranged inside and outside the secondary particles 32 effectively forms a conductive network.

<結果>
比較例1では、正極活物質粒子3において、導電材33とは接触できず導電ネットワークとはつながらず、反応に寄与できない領域が存在することになる。このため、正極板2の入出力が不足する。
<Results>
In Comparative Example 1, there are regions in the positive electrode active material particles 3 that cannot come into contact with the conductive material 33 and are not connected to the conductive network, and thus cannot contribute to the reaction. As a result, the input and output of the positive electrode plate 2 is insufficient.

一方、本実施形態の実施例1では、二次粒子32が、一次粒子化することで、正極活物質の表面積が増加する。これとともに、圧壊された二次粒子32の中空部32bの壁面近傍にも導電材33が存在する。このため、二次粒子32の内外に配置された導電材33が有効に導電ネットワークを形成する。その結果、正極板2の入出力が向上した。 On the other hand, in Example 1 of this embodiment, the secondary particles 32 are converted into primary particles, increasing the surface area of the positive electrode active material. At the same time, the conductive material 33 is also present near the wall surface of the hollow portion 32b of the crushed secondary particles 32. Therefore, the conductive material 33 arranged inside and outside the secondary particles 32 effectively forms a conductive network. As a result, the input and output of the positive electrode plate 2 is improved.

<実験2>
図17は、実験2における実施例2と比較例2、比較例3の条件を示す表である。極板状態、活物質の二次粒子32の貫通孔の平均径W、含侵率[%]、導電材33の平均径Dを変えて入出力特性を比較したものである。実験1の実施例1と実験2の実施例2は、共通のものである。
<Experiment 2>
17 is a table showing the conditions of Example 2, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 in Experiment 2. The input/output characteristics were compared by changing the electrode plate state, the average diameter W of the through holes of the secondary particles 32 of the active material, the impregnation rate [%], and the average diameter D of the conductive material 33. Example 1 of Experiment 1 and Example 2 of Experiment 2 are common to each other.

ここで、図18は、実施例2における正極板2の断面の顕微鏡写真である。図18に示す実施例2は、二次粒子32の内外に繊維状の導電材33を配置してプレスして一次粒子化した例である。図19は、比較例2における正極板2の断面の顕微鏡写真である。図19に示す比較例2は、二次粒子32の内外に繊維状の導電材33を配置するが、プレスして一次粒子化をしなかった例である。図20は、比較例3における正極板2の断面の顕微鏡写真である。図20に示すように、比較例3は、二次粒子32を一部一次粒子化したが、導電材33を繊維状のカーボンナノチューブではなく、粒状のアセチレンブラックを導電材とした例である。 Here, FIG. 18 is a micrograph of a cross section of a positive electrode plate 2 in Example 2. Example 2 shown in FIG. 18 is an example in which fibrous conductive material 33 is placed inside and outside secondary particles 32 and pressed into primary particles. FIG. 19 is a micrograph of a cross section of a positive electrode plate 2 in Comparative Example 2. Comparative Example 2 shown in FIG. 19 is an example in which fibrous conductive material 33 is placed inside and outside secondary particles 32, but is not pressed into primary particles. FIG. 20 is a micrograph of a cross section of a positive electrode plate 2 in Comparative Example 3. As shown in FIG. 20, Comparative Example 3 is an example in which some of the secondary particles 32 are made into primary particles, but the conductive material 33 is granular acetylene black rather than fibrous carbon nanotubes.

<極板状態>
図21は、実施例2における正極板2の断面の一部を拡大した顕微鏡写真である。実施例2は、図21に示すように、繊維状の導電材33が一部一次粒子化した二次粒子32の内外に存在していることがわかる。
<Plate condition>
Fig. 21 is a micrograph showing an enlarged portion of the cross section of the positive electrode plate 2 in Example 2. As shown in Fig. 21, in Example 2, it can be seen that fibrous conductive material 33 is present inside and outside secondary particles 32 that have been partially converted into primary particles.

図22は、比較例2における正極板2の断面の一部を拡大した顕微鏡写真である。比較例2では、図22に示すように、繊維状の導電材33が二次粒子32の内外に存在することがわかる。 Figure 22 is a micrograph showing an enlarged portion of the cross section of the positive electrode plate 2 in Comparative Example 2. As shown in Figure 22, in Comparative Example 2, it can be seen that fibrous conductive material 33 is present inside and outside the secondary particles 32.

図23は、比較例3における正極板2の断面の一部を拡大した顕微鏡写真である。比較例3では、繊維状の導電材33が一部一次粒子化した二次粒子32の内外に存在しない。
<活物質の二次粒子32の貫通孔の平均径W>
実施例2の活物質の二次粒子32の貫通孔の平均径Wは、200nmと大きく、比較例2の活物質の二次粒子32の貫通孔の平均径Wは、100nmとやや小さく、実施例3の活物質の二次粒子32の貫通孔の平均径Wは、25nmと小さい。
23 is a micrograph showing an enlarged portion of the cross section of the positive electrode plate 2 in Comparative Example 3. In Comparative Example 3, the fibrous conductive material 33 is not present inside or outside the secondary particles 32 that have been partially converted into primary particles.
<Average diameter W of through holes of secondary particles 32 of active material>
The average diameter W of the through holes of the secondary particles 32 of the active material of Example 2 is large at 200 nm, the average diameter W of the through holes of the secondary particles 32 of the active material of Comparative Example 2 is somewhat small at 100 nm, and the average diameter W of the through holes of the secondary particles 32 of the active material of Example 3 is small at 25 nm.

<導電材33の平均径D>
実施例2の繊維状の導電材33の平均径Dは、10nm(貫通孔32cの5%)と細く、比較例2の繊維状の導電材33の平均径Dは、同様に10nmと細い。一方、比較例3の導電材33は、粒状で平均径Dが200nm以上となっている。
<Average diameter D of conductive material 33>
The average diameter D of the fibrous conductive material 33 in Example 2 is as small as 10 nm (5% of the through holes 32c), and the average diameter D of the fibrous conductive material 33 in Comparative Example 2 is also as small as 10 nm. On the other hand, the conductive material 33 in Comparative Example 3 is granular and has an average diameter D of 200 nm or more.

<含侵率[%]>
実施例2の含侵率[%]は、90.0%である。一方、比較例2では、63.3%、比較例3では54.8%と低くなっている。特に比較例3では、バインダ34は二次粒子32に含侵できたとしても、それに伴う導電材33の進入は、その平均径Dが大きいことからほとんどない。
<Impregnation rate [%]>
The impregnation rate [%] of Example 2 is 90.0%, while it is low at 63.3% in Comparative Example 2 and 54.8% in Comparative Example 3. Particularly in Comparative Example 3, even if the binder 34 can be impregnated into the secondary particles 32, the accompanying penetration of the conductive material 33 is almost nonexistent because the average diameter D is large.

<結果>
図24は、実験例2における入出力特性を比較するグラフである。ここでは、従来技術である比較例2の入出力特性を100%とした。このとき、実施例2では、概ね135%と、高い入出力特性を示した。
<Results>
24 is a graph comparing the input/output characteristics in Experimental Example 2. Here, the input/output characteristics of Comparative Example 2, which is the conventional technology, are set to 100%. In this case, Example 2 exhibited high input/output characteristics of approximately 135%.

また、比較例2では、概ね90%程度で、低い入出力特性を示した。その理由としては、二次粒子32は一次粒子化されていないことが挙げられる。また、正極活物質の二次粒子32の貫通孔32cの平均径Wが小さく含侵率[%]が低かったことが挙げられる。 In Comparative Example 2, the input/output characteristics were low, at approximately 90%. The reason for this is that the secondary particles 32 were not converted into primary particles. Also, the average diameter W of the through holes 32c of the secondary particles 32 of the positive electrode active material was small, resulting in a low impregnation rate [%].

比較例3では、正極活物質粒子3において、二次粒子32が一部一次粒子化しても、導電材33が繊維状ではなく粒状であるため、ほとんど中空部32bには進入できず導電ネットワークを形成しにくいのが原因であるものと推定できる。 In Comparative Example 3, even if some of the secondary particles 32 in the positive electrode active material particles 3 become primary particles, the conductive material 33 is granular rather than fibrous, so it is assumed that it is hardly able to penetrate into the hollow portion 32b and therefore difficult to form a conductive network.

比較例2では、繊維状の導電材33を用いているため、導電材33同士では導電ネットワークができやすいといえる。しかし、繊維状の導電材33が二次粒子32内に進入しにくい。さらに、二次粒子32が一次粒子化していないため、表面積が小さく、二次粒子32の中空部32bの壁面は反応に寄与しにくい領域となることが入出力特性の低下の原因になるものと推定できる。 In Comparative Example 2, since fibrous conductive material 33 is used, it can be said that a conductive network is easily formed between the conductive material 33. However, the fibrous conductive material 33 does not easily penetrate into the secondary particles 32. Furthermore, since the secondary particles 32 are not primary particles, the surface area is small, and the wall surface of the hollow portion 32b of the secondary particles 32 is an area that is unlikely to contribute to the reaction, which is presumably the cause of the deterioration of the input/output characteristics.

一方、本実施形態の実施例2では、繊維状の導電材33が二次粒子32内に進入しやすい。さらに、二次粒子32が一次粒子化することで正極活物質の表面積が増加する。これとともに、圧壊された二次粒子32の中空部32bの壁面近傍にも繊維状の導電材33が存在する。このため、二次粒子32の内外に配置された導電材33が有効に導電ネットワークを形成しやすい。その結果、正極板2の入出力特性が向上する。 On the other hand, in Example 2 of this embodiment, the fibrous conductive material 33 easily penetrates into the secondary particles 32. Furthermore, the secondary particles 32 are converted into primary particles, increasing the surface area of the positive electrode active material. At the same time, the fibrous conductive material 33 is also present near the wall surface of the hollow portion 32b of the crushed secondary particles 32. Therefore, the conductive material 33 arranged inside and outside the secondary particles 32 easily forms an effective conductive network. As a result, the input/output characteristics of the positive electrode plate 2 are improved.

(本実施形態の効果)
(1)本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造方法では、正極板2の抵抗を低減し、正極の入出力特性を向上させることができる。
(Effects of this embodiment)
(1) In the method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the resistance of the positive electrode plate 2 can be reduced, and the input/output characteristics of the positive electrode can be improved.

(2)本実施形態では、一次粒子31が集合して中空の殻状に形成され、貫通孔32cを備えた殻部32aを有する多孔質の正極活物質の二次粒子32を備える。そしてその内外に、バインダ34とともに繊維状の導電材33を配置する混錬工程(含侵工程)(S12)を備える。このため、二次粒子32の内部にも繊維状の導電材33を配置することができる。 (2) In this embodiment, primary particles 31 are aggregated to form a hollow shell shape, and the porous secondary particles 32 of the positive electrode active material have a shell portion 32a with through holes 32c. A kneading process (impregnation process) (S12) is also provided in which fibrous conductive material 33 is disposed inside and outside the secondary particles 32 together with a binder 34. Therefore, the fibrous conductive material 33 can be disposed inside the secondary particles 32 as well.

(3)二次粒子32を圧壊工程であるプレス工程(S15)により、圧壊して、一次粒子化するため、一次粒子化した活物質粒子の凝集などを生じさせずに、分散させた状態で一次粒子化した活物質を正極合材層4に配置することができる。 (3) The secondary particles 32 are crushed into primary particles in the pressing step (S15), which is a crushing step, so that the primary particles of the active material are not aggregated and the primary particles of the active material can be placed in the positive electrode mixture layer 4 in a dispersed state.

(4)また、プレス工程(S15)は、従来の正極合材層4の厚さ調整と表面の整形を行うプレス工程と、変わりがない。そのため、従来の生産方法においても、プレスギャップの調整などをすれば、別段新規な装置などを導入することなく本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造方法を実施することができる。 (4) Furthermore, the pressing step (S15) is the same as the conventional pressing step for adjusting the thickness of the positive electrode composite layer 4 and shaping the surface. Therefore, even in the conventional production method, by adjusting the press gap, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery of this embodiment can be carried out without introducing any new equipment, etc.

(5)繊維状の導電材33の平均径Dが、二次粒子32の貫通孔の平均径Wの60%以下とされているため、繊維状の導電材33が、バインダ34とともに二次粒子32の中空部32bに進入しやすくなっている。 (5) The average diameter D of the fibrous conductive material 33 is set to 60% or less of the average diameter W of the through holes of the secondary particles 32, so that the fibrous conductive material 33 can easily enter the hollow portions 32b of the secondary particles 32 together with the binder 34.

(6)プレス工程(S15)では正極活物質粒子3の二次粒子32の50%以上が一次粒子とされているため、反応に貢献する表面積が大きくなっている。
(7)含侵工程である混錬工程(S12)は、繊維状の導電材33を含んだバインダ34を、繊維状の導電材33とともに二次粒子32の数量のうち85%以上の数量に含侵させる。このため、中空部32b近傍に多くの繊維状の導電材33を配置できるため、有効な導電ネットワークを構築できる。
(6) In the pressing step (S15), 50% or more of the secondary particles 32 of the positive electrode active material particles 3 are converted into primary particles, so that the surface area contributing to the reaction is increased.
(7) In the kneading step (S12) which is an impregnation step, the binder 34 containing the fibrous conductive material 33 is impregnated into 85% or more of the secondary particles 32 together with the fibrous conductive material 33. Therefore, a large amount of the fibrous conductive material 33 can be arranged in the vicinity of the hollow portion 32b, and an effective conductive network can be constructed.

(8)二次粒子32の貫通孔32cは、直径が50nm以上とされている。このため、繊維状の導電材33を含んだバインダ34を、円滑に二次粒子32の中空部32bに導入することができる。 (8) The through holes 32c of the secondary particles 32 have a diameter of 50 nm or more. This allows the binder 34 containing the fibrous conductive material 33 to be smoothly introduced into the hollow portions 32b of the secondary particles 32.

(9)繊維状の導電材33の直径が1nm~100nmと細く設定されているため、繊維状の導電材33を含んだバインダ34を、円滑に二次粒子32の中空部32bに導入することができる。 (9) Since the diameter of the fibrous conductive material 33 is set to be as small as 1 nm to 100 nm, the binder 34 containing the fibrous conductive material 33 can be smoothly introduced into the hollow portion 32b of the secondary particle 32.

(10)繊維状の導電材33の長さが100nm~1000nmに設定されている。このため、二次粒子32の中空部32bと外部を連絡する導電ネットワークを構築できる。
また、長すぎて凝集を生じてしまうようなこともない。
(10) The length of the fibrous conductive material 33 is set to 100 nm to 1000 nm. This makes it possible to construct a conductive network that connects the hollow portions 32b of the secondary particles 32 to the outside.
Moreover, the time is not so long that aggregation occurs.

(11)正極活物質は、リチウム遷移金属酸化物で構成されているので、性能の高いリチウムイオン二次電池とすることができる。
(12)繊維状の導電材33をカーボンナノチューブから構成した。このため、極めて高い導電性を備え、入出力特性の優れた導電ネットワークを構築することができる。
(11) The positive electrode active material is composed of a lithium transition metal oxide, so that a high-performance lithium ion secondary battery can be obtained.
(12) The fibrous conductive material 33 is made of carbon nanotubes. This makes it possible to construct a conductive network with extremely high conductivity and excellent input/output characteristics.

(13)ペースト状の正極合材を作成するときに、正極活物質が二次粒子32の状態であるので、活物質粒子が凝集しやすくなる。凝集すると粘度が増加したり、固形分が低下したりすることで乾燥不良を生じにくくなる。そのため合材作成工程で良好なハンドリングとすることができる。 (13) When preparing a paste-like positive electrode mixture, the positive electrode active material is in the form of secondary particles 32, so the active material particles tend to aggregate. Aggregation increases the viscosity and reduces the solid content, making it less likely to cause poor drying. This allows for easy handling during the mixture preparation process.

(14)入出力特性の優れた正極とすることで、性能の高いリチウムイオン二次電池を製造することができる。
(変形例)
上記実施形態は、以下のように実施することもできる。
(14) By providing a positive electrode with excellent input/output characteristics, a high-performance lithium-ion secondary battery can be produced.
(Modification)
The above embodiment can also be implemented as follows.

○本実施形態で例示した一次粒子31、二次粒子32の粒径、貫通孔32cの平均径W、導電材33の平均径D、導電材の平均長L、含侵率などは、バインダ34の粘度等は例示である。従って、当業者により最適できることは言うまでもなく、これらの数値範囲に限定されるものではない。 The particle diameters of the primary particles 31 and secondary particles 32, the average diameter W of the through holes 32c, the average diameter D of the conductive material 33, the average length L of the conductive material, the impregnation rate, and the viscosity of the binder 34 are merely examples. Therefore, it goes without saying that these can be optimized by those skilled in the art, and are not limited to these numerical ranges.

○正極活物質は、リチウムイオン二次電池の目的などにより最適な材料が選択され、その焼成等の製造方法も当業者により最適化される。
○バインダ34の構成も、実施形態において例示されたものに限定されず、正極活物質の材質や特性、形状、導電材33の材質や形状により、当業者により適宜、材料、粘度、混錬条件などが最適化される。
The most suitable positive electrode active material is selected depending on the purpose of the lithium ion secondary battery, and the manufacturing method thereof, such as sintering, is also optimized by those skilled in the art.
The configuration of the binder 34 is not limited to that exemplified in the embodiment, and the material, viscosity, kneading conditions, and the like can be optimized as appropriate by a person skilled in the art depending on the material, characteristics, and shape of the positive electrode active material and the material and shape of the conductive material 33.

〇実施形態のフローチャートは1例であり、その順序や内容に限定されるものではない。
○実施形態では、車載用のリチウムイオン二次電池を例示したが、その目的や大きさなど限定されるものではない。
The flowchart of the embodiment is an example, and the order and contents are not limited to those shown.
Although the embodiment has been described with reference to an in-vehicle lithium ion secondary battery, the purpose and size of the battery are not limited thereto.

○本発明は、上記実施形態により限定して解釈されることはなく、当業者であれば、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、その構成を付加し、削除し、若しくは置換して実施できることは言うまでもない。 The present invention should not be interpreted as being limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that a person skilled in the art could add, delete, or replace the configuration without departing from the scope of the claims.

2…正極板
3…正極活物質粒子
31…一次粒子
32…二次粒子
32a…殻部
32b…中空部
32c…貫通孔
32d…破片
W…(貫通孔の)平均径
33…導電材
D…(導電材の)平均径
L…(導電材の)平均長
34…バインダ
4…正極合材層
5…集電体
S1…源泉工程
S11…二次粒子製造工程
S12…混錬工程(含侵工程)
S13…塗工工程
S14…乾燥工程
S15…プレス工程(圧壊工程)
S16…切断工程
2: Positive electrode plate 3: Positive electrode active material particle 31: Primary particle 32: Secondary particle 32a: Shell portion 32b: Hollow portion 32c: Through hole 32d: Fragment W: Average diameter (of through hole) 33: Conductive material D: Average diameter (of conductive material) L: Average length (of conductive material) 34: Binder 4: Positive electrode mixture layer 5: Current collector S1: Source process S11: Secondary particle production process S12: Kneading process (impregnation process)
S13: Coating process S14: Drying process S15: Pressing process (crushing process)
S16...Cutting process

Claims (6)

集電体と、
前記集電体に保持され正極活物質粒子と、導電材と、バインダを含む正極合材層と
を備えたリチウムイオン二次電池の正極の製造方法であって、
一次粒子が集合して中空の殻状に形成され、貫通孔を備えた殻部を有する多孔質の正極活物質の二次粒子の内外に、前記バインダとともに繊維状の前記導電材を配置する含侵工程と、
前記二次粒子の少なくとも一部を圧壊するプレス工程と
を備え
前記二次粒子の貫通孔は、直径が50nm以上であり、
前記繊維状の導電材が、平均径が、前記二次粒子の貫通孔の平均径の60%以下であるカーボンナノチューブからなり、
前記含侵工程は、前記繊維状の導電材を含んだバインダを、前記繊維状の導電材とともに前記二次粒子の数量のうち85%以上の数量に含侵させることを特徴とするリチウムイオン二次電池の正極の製造方法。
A current collector;
A method for producing a positive electrode of a lithium ion secondary battery including a positive electrode mixture layer containing positive electrode active material particles held by the current collector, a conductive material, and a binder, comprising:
an impregnation step of disposing the fibrous conductive material together with the binder inside and outside secondary particles of a porous positive electrode active material in which primary particles are aggregated to form a hollow shell shape and have a shell portion with a through hole;
and a pressing step of crushing at least a part of the secondary particles .
The through holes of the secondary particles have a diameter of 50 nm or more,
the fibrous conductive material is made of carbon nanotubes having an average diameter of 60% or less of the average diameter of the through holes of the secondary particles,
The method for manufacturing a positive electrode of a lithium ion secondary battery is characterized in that the impregnation step is performed by impregnating a binder containing the fibrous conductive material together with the fibrous conductive material in an amount of 85% or more of the secondary particles .
前記プレス工程は、前記正極活物質粒子の50%以上が一次粒子とされていることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池の正極の製造方法。 2. The method for producing a positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1 , wherein the pressing step converts 50% or more of the positive electrode active material particles into primary particles. 前記繊維状の導電材の直径が1nm~100nmであることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池の正極の製造方法。 3. The method for producing a positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the diameter of the fibrous conductive material is 1 nm to 100 nm. 前記繊維状の導電材の長さが100nm~1000nmであることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の正極の製造方法。 The method for producing a positive electrode of a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3 , characterized in that the length of the fibrous conductive material is 100 nm to 1000 nm. 前記正極活物質は、リチウム遷移金属酸化物で構成されていることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の正極の製造方法。 5. The method for producing a positive electrode of a lithium ion secondary battery according to claim 1 , wherein the positive electrode active material is composed of a lithium transition metal oxide. 請求項1~5のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の正極の製造方法を含むリチウムイオン二次電池の製造方法。 A method for producing a lithium ion secondary battery, comprising the method for producing a positive electrode of a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5 .
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