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JP7710962B2 - Secondary battery electrode and method for manufacturing secondary battery electrode - Google Patents
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JP7710962B2 - Secondary battery electrode and method for manufacturing secondary battery electrode - Google Patents

Secondary battery electrode and method for manufacturing secondary battery electrode

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Description

本発明は、二次電池用電極、及び二次電池用電極の製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode for a secondary battery and a method for manufacturing an electrode for a secondary battery.

二次電池は、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として広く用いられている。二次電池の中でも、特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車等の車両の駆動用高出力電源として好適に用いられている。リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出する正極(正極板)及び負極(負極板)の電極間を、電解質中のリチウムイオンが移動することで充放電可能な二次電池である。 Secondary batteries are widely used as so-called portable power sources for personal computers and mobile terminals, and as power sources for driving vehicles. Among secondary batteries, lithium-ion secondary batteries, which are lightweight and have high energy density, are particularly suitable for use as high-output power sources for driving vehicles such as electric vehicles, hybrid vehicles, and plug-in hybrid vehicles. Lithium-ion secondary batteries are secondary batteries that can be charged and discharged by the movement of lithium ions in an electrolyte between the electrodes of a positive electrode (positive electrode plate) and a negative electrode (negative electrode plate), which absorb and release lithium ions.

リチウムイオン二次電池等の二次電池に用いられる電極は、導電性の集電箔(集電体)と、集電箔上に保持された活物質及び導電材等の電極材料を含む合材層と、を備えている。このような二次電池では、電池特性を向上させるために、合材層内の電極材料の配向度を高めることにより電極抵抗の低減が図られる。 Electrodes used in secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries include a conductive current collector foil (current collector) and a composite layer containing electrode materials such as active material and conductive material held on the current collector foil. In such secondary batteries, the electrode resistance is reduced by increasing the degree of orientation of the electrode material in the composite layer in order to improve the battery characteristics.

特許文献1には、以下の非水系電池及びその製造方法が開示されている。特許文献1に記載された非水系電池及びその製造方法は、正極および負極を少なくとも含み、正極および負極の少なくとも一方は、集電体、中間層および活物質層を含む。中間層は、集電体と活物質層との間に介在している。中間層は、黒鉛粒子および絶縁性粒子を含む。中間層の厚さ方向断面において、黒鉛粒子は、中間層の厚さの1倍以上の長軸径を有する。Out-of-Plane法による中間層のX線回折測定において、黒鉛結晶の002回折線の強度に対する、黒鉛結晶の回折線の強度の比が、0.0011以上である Patent Document 1 discloses the following non-aqueous battery and its manufacturing method. The non-aqueous battery and its manufacturing method described in Patent Document 1 include at least a positive electrode and a negative electrode, and at least one of the positive electrode and the negative electrode includes a current collector, an intermediate layer, and an active material layer. The intermediate layer is interposed between the current collector and the active material layer. The intermediate layer includes graphite particles and insulating particles. In a cross section in the thickness direction of the intermediate layer, the graphite particles have a major axis diameter that is at least one time the thickness of the intermediate layer. In an X-ray diffraction measurement of the intermediate layer by the out-of-plane method, the ratio of the intensity of the diffraction line of the graphite crystal to the intensity of the 002 diffraction line of the graphite crystal is 0.0011 or more.

特開2018-190575号公報JP 2018-190575 A

特許文献1に記載の技術では、中間層に含まれる黒鉛粒子が磁場により配向されている。一方、例えばリチウムイオン二次電池の正極には、高容量であって熱安定性に優れたリチウム複合酸化物が活物質粒子として好適に用いられる。しかしながら、このような活物質粒子は磁場による配向が生じにくいため、特許文献1に記載の技術では配向度を高めることができないという問題があった。 In the technology described in Patent Document 1, the graphite particles contained in the intermediate layer are oriented by a magnetic field. Meanwhile, for example, lithium composite oxides, which have high capacity and excellent thermal stability, are preferably used as active material particles for the positive electrode of a lithium ion secondary battery. However, such active material particles are difficult to orient by a magnetic field, so the technology described in Patent Document 1 has the problem of being unable to increase the degree of orientation.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、活物質粒子の磁性に依らず配向度を高めて、電池の内部抵抗を低減することができる二次電池用電極、及び二次電池用電極の製造方法を提供することを目的とする The present invention has been made to solve such problems, and aims to provide an electrode for a secondary battery that can increase the degree of orientation without relying on the magnetism of the active material particles and reduce the internal resistance of the battery, and a method for manufacturing the electrode for a secondary battery.

一実施の形態にかかる二次電池用電極は、集電箔と、集電箔の表面上に形成された合材層と、を有し、合材層は、扁平状の活物質粒子の長軸方向に沿った少なくとも一方の面に磁性を示す被膜が成膜された複合材料を含み、複合材料は、長軸方向が集電箔の表面に対して略垂直方向となるように配向する。 The electrode for a secondary battery according to one embodiment has a current collector foil and a composite layer formed on the surface of the current collector foil. The composite layer includes a composite material having a magnetic coating formed on at least one surface along the long axis direction of flattened active material particles, and the composite material is oriented so that the long axis direction is approximately perpendicular to the surface of the current collector foil.

また、一実施の形態にかかる二次電池用電極の製造方法は、扁平状の活物質粒子の長軸方向に沿った少なくとも一方の面に外部から印加される磁場に対して磁性を示す被膜が成膜された複合材料を形成する複合材料形成工程と、複合材料及び溶媒を少なくとも含む合材層形成用ペーストを集電箔の表面に塗工する塗工工程と、集電箔の表面に塗工された合材層形成用ペーストにより形成された合材層形成用塗膜が乾燥する前に、集電箔の表面に対して略垂直方向となる磁場を合材層形成用塗膜に印加することにより合材層形成用塗膜に含まれる複合材料を配向させる磁場配向工程と、複合材料を配向させた合材層形成用塗膜を乾燥して集電箔の表面上に合材層を形成する合材層形成工程と、を有する。 In addition, the method for manufacturing a secondary battery electrode according to one embodiment includes a composite material forming step of forming a composite material in which a coating that exhibits magnetism in response to an externally applied magnetic field is formed on at least one surface along the longitudinal direction of flat active material particles; a coating step of coating a surface of a current collector foil with a paste for forming a composite layer that contains at least a composite material and a solvent; a magnetic field orientation step of applying a magnetic field that is substantially perpendicular to the surface of the current collector foil to the composite layer forming coating before the composite layer forming coating formed by the paste for forming a composite layer applied to the surface of the current collector foil dries, thereby orienting the composite material contained in the composite layer forming coating; and a composite layer forming step of drying the composite layer forming coating in which the composite material is oriented to form a composite layer on the surface of the current collector foil.

本発明により、活物質粒子の磁性に依らず配向度を高めて、電池の内部抵抗を低減することができる二次電池用電極、及び二次電池用電極の製造方法を提供することができる。 The present invention provides an electrode for a secondary battery that can increase the degree of orientation regardless of the magnetism of the active material particles and reduce the internal resistance of the battery, and a method for manufacturing the electrode for a secondary battery.

実施の形態1にかかる二次電池用電極を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an electrode for a secondary battery according to a first embodiment. 図1に示す二次電池用電極に含まれる複合材料を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a composite material contained in the secondary battery electrode shown in FIG. 1 . 実施の形態1にかかる二次電池用電極の製造方法を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a method for manufacturing a secondary battery electrode according to the first embodiment. 複合材料形成工程を説明する第1の図である。FIG. 1 is a first diagram illustrating a composite material forming process. 複合材料形成工程を説明する第2の図である。FIG. 2 is a second diagram illustrating the composite material forming process. 複合材料形成工程を説明する第3の図である。FIG. 3 is a third diagram illustrating the composite material forming process. 塗工工程を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a coating process. 磁場配向工程を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a magnetic field orientation process.

実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
First embodiment
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment. In addition, the following description and drawings are appropriately simplified for clarity of explanation.

なお、本実施形態における「短軸径」は、活物質粒子31及び複合材料30のそれぞれ短軸方向の最も長い径の平均である。本実施形態における「長軸径」は、活物質粒子31及び複合材料30のそれぞれ長軸方向の最も長い径の平均である。また、短軸方向及び長軸方向のそれぞれは、活物質粒子31と複合材料30とで一致する。 In this embodiment, the "minor axis diameter" is the average of the longest diameters in the minor axis direction of the active material particles 31 and the composite material 30. In this embodiment, the "major axis diameter" is the average of the longest diameters in the major axis direction of the active material particles 31 and the composite material 30. In addition, the minor axis direction and the major axis direction are the same for the active material particles 31 and the composite material 30.

以下、本実施形態にかかる二次電池用電極の好適な実施形態の一つとして、リチウムイオン二次電池の電極に具体化して説明する。リチウムイオン二次電池は、電気化学反応に際し、正極(正極板)と負極(負極板)との間で電荷担体であるリチウムイオンが電解液中を伝導することで、充放電が実現される二次電池である。このようなリチウムイオン二次電池は、例えば、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の車両の駆動用電源として好適に用いられる。 The following describes a preferred embodiment of the secondary battery electrode according to the present embodiment, specifically as an electrode for a lithium-ion secondary battery. A lithium-ion secondary battery is a secondary battery in which charging and discharging are achieved by the conduction of lithium ions, which are charge carriers, through an electrolyte between a positive electrode (positive electrode plate) and a negative electrode (negative electrode plate) during an electrochemical reaction. Such lithium-ion secondary batteries are suitable for use as power sources for driving vehicles such as electric vehicles (EVs), hybrid vehicles (HVs), and plug-in hybrid vehicles (PHEVs).

図1を参照して本実施形態にかかる二次電池用電極(電極板1)の概略を説明する。図1は、実施の形態1にかかる二次電池用電極を示す断面図である。図1に示す断面図は、集電箔10の表面に直交する電極板1の断面の一部を示している。 The outline of the secondary battery electrode (electrode plate 1) according to this embodiment will be described with reference to FIG. 1. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the secondary battery electrode according to the first embodiment. The cross-sectional view shown in FIG. 1 shows a part of the cross section of the electrode plate 1 perpendicular to the surface of the current collector foil 10.

図1に示すように、電極板1は、集電箔10と、集電箔10上に形成される合材層20と、を有する。集電箔10は、板状又は箔状に形成され、導電性の良好な金属により構成される。正極である場合、集電箔10を構成する金属は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられる。負極である場合、集電箔10を構成する金属は、例えば、銅、銅合金等が挙げられる。集電箔10は、例えば5μ~50μmの厚さを有する。 As shown in FIG. 1, the electrode plate 1 has a current collector foil 10 and a composite layer 20 formed on the current collector foil 10. The current collector foil 10 is formed in a plate or foil shape and is made of a metal with good electrical conductivity. In the case of a positive electrode, examples of the metal constituting the current collector foil 10 include aluminum and aluminum alloys. In the case of a negative electrode, examples of the metal constituting the current collector foil 10 include copper and copper alloys. The current collector foil 10 has a thickness of, for example, 5 μm to 50 μm.

合材層20は、幅方向の一方の縁に沿った縁部を除いて、集電箔10の少なくとも一方の表面上に形成される。また、電極板1は、集電箔10の当該縁部に、合材層20が形成されず集電箔10が露出した露出部を有する。露出部は、外部端子と電気的に接続される。合材層20は、活物質粒子31を主体として構成される複合材料30を少なくとも含み、集電箔10に保持される。合材層20は、必要に応じて導電材、バインダ、その他の添加剤(例えば増粘剤、分散剤)を含んでも良い。 The composite layer 20 is formed on at least one surface of the current collector foil 10, except for an edge along one edge in the width direction. The electrode plate 1 also has an exposed portion at the edge of the current collector foil 10 where the composite layer 20 is not formed and the current collector foil 10 is exposed. The exposed portion is electrically connected to an external terminal. The composite layer 20 contains at least a composite material 30 mainly composed of active material particles 31, and is held by the current collector foil 10. The composite layer 20 may contain a conductive material, a binder, and other additives (e.g., a thickener, a dispersant) as necessary.

合材層20の密度は特に限定されないが、例えば正極である場合、1.0g/cm~3.8g/cmであることが好ましく、1.5g/cm~3.0g/cmがより好ましく、特に1.8g/cm~2.7g/cmとすることが好ましい。合材層20の厚さも特に限定されないが、例えば10μm~200μmであることが好ましく、20μm~150μmがより好ましく、特に30μm~100μmとすることが好ましい。 The density of the mixture layer 20 is not particularly limited, but for example, in the case of a positive electrode, it is preferably 1.0 g/cm 3 to 3.8 g/cm 3 , more preferably 1.5 g/cm 3 to 3.0 g/cm 3 , and particularly preferably 1.8 g/cm 3 to 2.7 g/cm 3. The thickness of the mixture layer 20 is also not particularly limited, but for example, it is preferably 10 μm to 200 μm, more preferably 20 μm to 150 μm, and particularly preferably 30 μm to 100 μm.

そして、合材層20に含まれる複合材料30のそれぞれは、長軸方向が集電箔10の表面に対して略垂直方向に配向している。すなわち、集電箔10の表面と複合材料30(活物質粒子31)の長軸方向とがなす角度の平均的な値である配向度が45°~90°であり、特に90°であることが好ましい。 The composite material 30 contained in the composite layer 20 has its long axis oriented substantially perpendicular to the surface of the current collector foil 10. In other words, the degree of orientation, which is the average angle between the surface of the current collector foil 10 and the long axis direction of the composite material 30 (active material particles 31), is 45° to 90°, and is preferably 90°.

リチウムイオン二次電池を構成した場合の電極板1において、合材層20中の空隙には電解液が浸透している。したがって、合材層20中で複合材料30が一方向に配向すると、合材層20中におけるリチウムイオンの移動経路が直線的になるため、電解液中のイオンの導電性が高くなり、抵抗が低減される。合材層20中におけるリチウムイオンの移動経路は、複合材料30が90°に配向した場合に最も短くなると考えられる。 In the electrode plate 1 in the case of constructing a lithium ion secondary battery, the electrolyte permeates the voids in the composite layer 20. Therefore, when the composite material 30 is oriented in one direction in the composite layer 20, the migration path of the lithium ions in the composite layer 20 becomes linear, so that the conductivity of the ions in the electrolyte increases and the resistance is reduced. It is believed that the migration path of the lithium ions in the composite layer 20 is shortest when the composite material 30 is oriented at 90°.

導電材としては、例えばアセチレンブラック(AB)等のカーボンブラック、活性炭、黒鉛、カーボンナノチューブ等の炭素材料等を用いることができる。合材層20全体に占める導電材の割合は、例えば、カーボンナノチューブを用いた場合、0.1質量%~5質量%が好ましく、0.3質量%~3質量%がより好ましく、特に0.5質量%~1.5質量%とすることが好ましい。 The conductive material may be, for example, carbon black such as acetylene black (AB), activated carbon, graphite, carbon nanotubes, or other carbon materials. When carbon nanotubes are used, the proportion of the conductive material in the entire composite layer 20 is preferably 0.1% to 5% by mass, more preferably 0.3% to 3% by mass, and particularly preferably 0.5% to 1.5% by mass.

バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブチルゴム(BR)等を用いることができる。合材層20全体に占めるバインダの割合は、例えば、0.01質量%~10質量%が好ましく、0.05質量%~5質量%がより好ましく、特に0.1質量%~2質量%とすることが好ましい。 Examples of binders that can be used include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyethylene oxide (PEO), styrene butadiene rubber (SBR), and butyl rubber (BR). The proportion of the binder in the entire composite layer 20 is preferably, for example, 0.01% to 10% by mass, more preferably 0.05% to 5% by mass, and particularly preferably 0.1% to 2% by mass.

続いて、図2を参照して、複合材料30の詳細について説明する。図2は、図1に示す二次電池用電極に含まれる複合材料を示す図である。図2に示すように、複合材料30は、活物質粒子31及び被膜32を有している。活物質粒子31は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な材料である。また、活物質粒子31は、磁場により配向する材料であっても良く、磁場により配向しない材料であっても良い。 Next, the composite material 30 will be described in detail with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a diagram showing the composite material contained in the secondary battery electrode shown in FIG. 1. As shown in FIG. 2, the composite material 30 has active material particles 31 and a coating 32. The active material particles 31 are a material capable of absorbing and releasing lithium ions. In addition, the active material particles 31 may be a material that is oriented by a magnetic field, or a material that is not oriented by a magnetic field.

正極の電極板1である場合、活物質粒子31として、例えば各種のリチウム複合酸化物等を用いることができる。層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム複合酸化物として、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、ニッケルマンガンコバルト酸リチウム(LiNiMnCo、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)等が挙げられる。スピネル型の結晶構造を有するリチウム複合酸化物として、マンガン酸リチウム(LiMn)、ニッケルマンガン酸リチウム(LiNiMn、x+y=2、0≦x≦0.5)等が挙げられる。オリビン型の結晶構造を有するリチウム複合酸化物として、リン酸鉄リチウム(LiFePO)等が挙げられる。 In the case of the electrode plate 1 of the positive electrode, for example, various lithium composite oxides can be used as the active material particles 31. Examples of lithium composite oxides having a layered rock salt crystal structure include lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), and lithium nickel manganese cobalt oxide (LiNi x Mn y Co z O 2 , x+y+z=1, 0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦z≦1). Examples of lithium composite oxides having a spinel crystal structure include lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and lithium nickel manganese oxide (LiNi x Mn y O 4 , x+y=2, 0≦x≦0.5). Examples of lithium composite oxides having an olivine crystal structure include lithium iron phosphate (LiFePO 4 ).

活物質粒子31の好適な一例は、リチウム以外に、ニッケル、コバルト、及びマンガンの少なくとも1つの遷移金属元素を含む層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム複合酸化物である。さらに、リチウム複合酸化物には他の金属元素が含まれていても良い。 A suitable example of the active material particles 31 is a lithium composite oxide having a layered rock-salt type crystal structure that contains at least one transition metal element selected from the group consisting of nickel, cobalt, and manganese, in addition to lithium. Furthermore, the lithium composite oxide may contain other metal elements.

負極の電極板1である場合、活物質粒子31として、例えば酸化ケイ素(SiO)、酸化スズ(SnO)、及びチタン酸リチウム(LiTi12)等が挙げられる。 In the case of the electrode plate 1 of a negative electrode, examples of the active material particles 31 include silicon oxide (SiO), tin oxide (SnO), and lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ).

また、活物質粒子31は、所定のアスペクト比を有する扁平状に形成されている。アスペクト比は、活物質粒子31の短軸径に対する長軸径の比(長軸径/短軸径)である。活物質粒子31は、アスペクト比が1.5以上であることが好ましい。アスペクト比が1.5未満であると、複合材料30の配向度が低下傾向となる。複合材料30の配向度を高める観点から、活物質粒子31のアスペクト比は大きいほど好ましい。 The active material particles 31 are formed in a flat shape with a predetermined aspect ratio. The aspect ratio is the ratio of the major axis diameter to the minor axis diameter of the active material particles 31 (major axis diameter/minor axis diameter). The aspect ratio of the active material particles 31 is preferably 1.5 or more. If the aspect ratio is less than 1.5, the degree of orientation of the composite material 30 tends to decrease. From the viewpoint of increasing the degree of orientation of the composite material 30, the larger the aspect ratio of the active material particles 31, the more preferable it is.

活物質粒子31は、一次粒子であってもよく、一次粒子が複数集合してなる二次粒子であってもよい。活物質粒子31の形状観察はSEM(Scanning Electron Microscope)観察で取得される画像により行うことができる。 The active material particles 31 may be primary particles, or may be secondary particles formed by an aggregation of multiple primary particles. The shape of the active material particles 31 can be observed using images obtained by SEM (Scanning Electron Microscope) observation.

活物質粒子31の1粒子あたりの平均粒径は、例えば活物質粒子31が二次粒子である場合、1μm~20μmであることが好ましく、2μm~15μmがより好ましく、特に3μm~10μmとすることが好ましい。活物質粒子31の平均粒径は、SEMや粒度分布測定により測定することができる。 When the active material particles 31 are secondary particles, for example, the average particle size of each active material particle 31 is preferably 1 μm to 20 μm, more preferably 2 μm to 15 μm, and particularly preferably 3 μm to 10 μm. The average particle size of the active material particles 31 can be measured using an SEM or by particle size distribution measurement.

被膜32は、活物質粒子31の長軸方向に沿った少なくとも一方の面に成膜されている。図2には、2通りの複合材料30を例示している。図2に示す2通りの複合材料30のうち、図2の上側に示した複合材料30は、活物質粒子31の長軸方向に沿った片面に被膜32を有している。図2の下側に示した複合材料30は、活物質粒子31の長軸方向に沿った両面に被膜32を有している。被膜32は、磁性を示す炭素材料、金属又はその合金等により形成される。また、電極板1の導電性を向上する観点から、被膜32自体が導電性を有することが好ましい。 The coating 32 is formed on at least one surface along the long axis direction of the active material particles 31. Two types of composite materials 30 are illustrated in FIG. 2. Of the two types of composite materials 30 illustrated in FIG. 2, the composite material 30 illustrated in the upper part of FIG. 2 has a coating 32 on one surface along the long axis direction of the active material particles 31. The composite material 30 illustrated in the lower part of FIG. 2 has a coating 32 on both surfaces along the long axis direction of the active material particles 31. The coating 32 is formed of a magnetic carbon material, a metal, or an alloy thereof. In addition, from the viewpoint of improving the conductivity of the electrode plate 1, it is preferable that the coating 32 itself is conductive.

複合材料30は、活物質粒子31の体積に対する被膜32の体積の割合が5体積%~20体積%となるように構成される。活物質粒子31の体積に対する被膜32の体積の割合が5体積%より小さいと、複合材料30の磁場に対する感度が不十分となって配向度が低下傾向となる。活物質粒子31の体積に対する被膜32の体積の割合が20体積%より大きいと、合材層20全体に占める被膜32の割合が高くなることにより、容量が低下傾向となる。被膜32は、均一な膜として形成されることが好ましいが、合材層20の形成時における磁場配向に影響のない範囲で不均一に形成された膜であっても良い。 The composite material 30 is configured so that the ratio of the volume of the coating 32 to the volume of the active material particles 31 is 5% to 20% by volume. If the ratio of the volume of the coating 32 to the volume of the active material particles 31 is less than 5% by volume, the sensitivity of the composite material 30 to the magnetic field becomes insufficient and the degree of orientation tends to decrease. If the ratio of the volume of the coating 32 to the volume of the active material particles 31 is more than 20% by volume, the proportion of the coating 32 in the entire composite layer 20 increases, and the capacity tends to decrease. The coating 32 is preferably formed as a uniform film, but may be a non-uniform film formed to the extent that it does not affect the magnetic field orientation when the composite layer 20 is formed.

次に、図3を参照して本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法について説明する。図3は、実施の形態1にかかる二次電池用電極の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法は、正極及び負極の双方の電極板1に適用可能である。 Next, the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to this embodiment will be described with reference to FIG. 3. FIG. 3 is a flowchart showing the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to the first embodiment. The method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to this embodiment can be applied to both the positive and negative electrode plates 1.

ここで、例えばリチウムイオン二次電池の正極には、高容量であって熱安定性に優れたリチウム複合酸化物が活物質粒子31として好適に用いられる。そして、リチウム複合酸化物により形成される活物質粒子31は、典型的には1個の単結晶である一次粒子がランダムに配向した状態で複数集合してなる二次粒子の形態をなしており、磁場によって配向しにくい性質を有する。したがって、このような多結晶の活物質粒子31を単独で用いると、活物質粒子31の配向を制御することが難しい。 Here, for example, lithium composite oxides with high capacity and excellent thermal stability are preferably used as the active material particles 31 for the positive electrode of a lithium ion secondary battery. The active material particles 31 formed from lithium composite oxides typically have the form of secondary particles consisting of a randomly oriented collection of multiple single crystal primary particles, and are difficult to orient in a magnetic field. Therefore, if such polycrystalline active material particles 31 are used alone, it is difficult to control the orientation of the active material particles 31.

これに対し、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法では、活物質粒子31の磁性に依らず活物質粒子31を磁場配向することができる。そのため、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法は、配向性に乏しい活物質粒子31を含む電極板1に好適に用いられる。 In contrast, in the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to this embodiment, the active material particles 31 can be magnetically oriented regardless of the magnetism of the active material particles 31. Therefore, the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to this embodiment is preferably used for an electrode plate 1 that includes active material particles 31 that are poorly oriented.

図3に示すように、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法は、以下のステップS1~S4の工程を有する。ステップS1の複合材料形成工程では、扁平状の活物質粒子31の長軸方向に沿った少なくとも一方の面に外部から印加される磁場に対して磁性を示す被膜32が成膜された複合材料30を形成する。ステップS2の塗工工程では、複合材料30及び溶媒を少なくとも含む合材層形成用ペーストを集電箔10の表面に塗工する。 As shown in FIG. 3, the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to this embodiment includes the following steps S1 to S4. In the composite material formation step of step S1, a composite material 30 is formed in which a coating 32 that exhibits magnetism in response to an externally applied magnetic field is formed on at least one surface along the longitudinal direction of flat active material particles 31. In the coating step of step S2, a paste for forming a composite layer that contains at least the composite material 30 and a solvent is applied to the surface of the current collector foil 10.

ステップS3の磁場配向工程では、集電箔10の表面に塗工された合材層形成用ペーストにより形成される合材層形成用塗膜21が乾燥する前に、集電箔10の表面に対して略垂直方向となる磁場を合材層形成用塗膜21に印加することにより合材層形成用塗膜21に含まれる複合材料30を配向させる。ステップS4の合材層形成工程では、複合材料30を配向させた合材層形成用塗膜21を乾燥して集電箔10の表面上に合材層20を形成する。 In the magnetic field orientation process of step S3, before the composite layer forming coating film 21 formed by the composite layer forming paste applied to the surface of the current collector foil 10 dries, a magnetic field that is approximately perpendicular to the surface of the current collector foil 10 is applied to the composite layer forming coating film 21 to orient the composite material 30 contained in the composite layer forming coating film 21. In the composite layer forming process of step S4, the composite layer forming coating film 21 in which the composite material 30 has been oriented is dried to form the composite layer 20 on the surface of the current collector foil 10.

上記の各工程について、図4~図8を参照してより詳細に説明する。図4は、複合材料形成工程を説明する第1の図である。図5は、複合材料形成工程を説明する第2の図である。図6は、複合材料形成工程を説明する第3の図である。図7は、塗工工程を説明する図である。図8は、磁場配向工程を説明する図である。なお、図4~図8に示す断面図は、集電箔10又は基板40のそれぞれ表面に直交する方向の断面の一部を示している。また、図4~図6に示す活物質粒子31は、二次粒子を簡略化して楕円形で示しており、この楕円形は活物質粒子31の1粒子に相当する。 Each of the above steps will be described in more detail with reference to Figures 4 to 8. Figure 4 is a first diagram illustrating the composite material forming step. Figure 5 is a second diagram illustrating the composite material forming step. Figure 6 is a third diagram illustrating the composite material forming step. Figure 7 is a diagram illustrating the coating step. Figure 8 is a diagram illustrating the magnetic field orientation step. The cross-sectional views shown in Figures 4 to 8 show a portion of a cross section perpendicular to the surface of the current collector foil 10 or the substrate 40, respectively. Also, the active material particles 31 shown in Figures 4 to 6 are shown as ellipses to simplify the secondary particles, and this ellipses corresponds to one active material particle 31.

まず、複合材料形成工程は、第1工程~第4工程を含む。まず、図4のS1-1に示すように、第1工程では、活物質粒子31及び溶媒を含む複合材料形成用ペーストを平坦な基板40の表面に塗工する。溶媒としては、後述する塗工工程と同一の溶媒を用いても良く、異なる種類の溶媒を用いても良い。 First, the composite material forming process includes the first to fourth steps. First, as shown in S1-1 of FIG. 4, in the first step, a composite material forming paste containing active material particles 31 and a solvent is applied to the surface of a flat substrate 40. The solvent used may be the same as that used in the application process described below, or a different type of solvent may be used.

複合材料形成用ペーストは、活物質粒子31に溶媒を添加し、例えばプラネタリミキサ等の混錬機を用いて混錬することにより調製する。また、複合材料形成用ペーストは、ダイコータ、スリットコータ、コンマコータ、グラビアコータ、ブレードコータ等の塗工方法を用いて基板40の表面に塗工する。 The paste for forming the composite material is prepared by adding a solvent to the active material particles 31 and kneading the mixture using a kneading machine such as a planetary mixer. The paste for forming the composite material is applied to the surface of the substrate 40 using a coating method such as a die coater, slit coater, comma coater, gravure coater, or blade coater.

図4には、ダイコータを用いた方法を示している。ダイコータは、所定のギャップGを介して対向する基板40に向けてスラリーを吐出し、基板40の表面にスラリーを塗着するダイヘッド50を有する。ダイコータを用いた場合、基板40とダイヘッド50との間に活物質粒子31の1粒子あたりの平均粒径に相当するギャップGを設けた状態で、ダイヘッド50から複合材料形成用ペーストを吐出して基板40の表面に塗工する。これにより、基板40の表面上に、活物質粒子31の1粒子あたりの平均粒径に相当する膜厚を有する複合材料形成用塗膜60が形成される。複合材料形成用ペーストの粘度は、上記厚さを有する複合材料形成用塗膜60を形成することができ、且つ塗工性を損なわない範囲で適宜設定される。 Figure 4 shows a method using a die coater. The die coater has a die head 50 that ejects the slurry toward the opposing substrate 40 through a predetermined gap G and applies the slurry to the surface of the substrate 40. When using a die coater, a composite material forming paste is ejected from the die head 50 and applied to the surface of the substrate 40 with a gap G between the substrate 40 and the die head 50 that corresponds to the average particle size of each active material particle 31. As a result, a composite material forming coating film 60 having a thickness corresponding to the average particle size of each active material particle 31 is formed on the surface of the substrate 40. The viscosity of the composite material forming paste is appropriately set within a range that can form a composite material forming coating film 60 having the above thickness and does not impair the coatability.

次いで、図4のS1-2に示すように、第2工程では、第1工程で形成した複合材料形成用塗膜60を乾燥させて、複合材料形成用塗膜60に含まれる溶媒を除去する。乾燥方法としては、自然、熱風、低湿風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線等による乾燥を単独または組み合わせて用いることができる。複合材料形成用塗膜60から溶媒を除去すると、基板40の表面上にランダムに配向した複数の活物質粒子31を得ることができる。 Next, as shown in S1-2 of FIG. 4, in the second step, the composite material forming coating film 60 formed in the first step is dried to remove the solvent contained in the composite material forming coating film 60. As the drying method, natural drying, hot air, low humidity air, vacuum, infrared drying, far infrared drying, electron beam drying, etc. can be used alone or in combination. When the solvent is removed from the composite material forming coating film 60, a plurality of active material particles 31 randomly oriented on the surface of the substrate 40 can be obtained.

次いで、図5のS1-3に示すように、第3工程では、ロールプレス、平板プレス等のプレス方法を用いて、基板40の表面上に配置された活物質粒子31に対してプレスを施すことにより、活物質粒子31を一定の方向に配向させる。図5には、ロールプレス機のロール70によって、基板40の表面に対して略垂直方向に活物質粒子31をプレスする例を示している。 Next, as shown in S1-3 of FIG. 5, in the third step, the active material particles 31 arranged on the surface of the substrate 40 are pressed using a pressing method such as roll pressing or plate pressing, thereby orienting the active material particles 31 in a certain direction. FIG. 5 shows an example in which the active material particles 31 are pressed in a direction approximately perpendicular to the surface of the substrate 40 by the roll 70 of a roll pressing machine.

このようにして、図5のS1-4に示すように、基板40の表面上で活物質粒子31同士が重なり合うことなく、且つ、基板40の表面に対して長軸方向が略平行となるように活物質粒子31を配向させることができる。 In this way, as shown in S1-4 of FIG. 5, the active material particles 31 can be oriented so that they do not overlap with each other on the surface of the substrate 40 and so that their long axis direction is approximately parallel to the surface of the substrate 40.

次いで、図6のS1-5に示すように、第4工程では、第3工程において一定の方向に配向した活物質粒子31に被膜32を成膜する。被膜32は、例えば化学蒸着(CVD:Chemical Vapor Deposition)法や、物理蒸着(PVD:Physical Vapor Deposition)法、イオン化蒸着法等によって成膜することができる。 Next, as shown in S1-5 of FIG. 6, in the fourth step, a coating 32 is formed on the active material particles 31 that have been oriented in a certain direction in the third step. The coating 32 can be formed by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method, a physical vapor deposition (PVD) method, an ionization deposition method, or the like.

活物質粒子31は、基板40の表面に対して長軸方向が略平行となるように配向しているため、長軸方向に沿った一方の面が上方に向いて露出している。そのため、各種蒸着法を用いて活物質粒子31の長軸方向に沿った少なくとも一方の面に被膜32を成膜することができる。 The active material particles 31 are oriented so that their long axis direction is approximately parallel to the surface of the substrate 40, and one side along the long axis direction is exposed facing upward. Therefore, a coating 32 can be formed on at least one side along the long axis direction of the active material particles 31 using various deposition methods.

そして、図6のS1-6に示すように、活物質粒子31の長軸方向に沿った少なくとも一方の面に被膜32が成膜された複合材料30を基板40から回収する。このようにして、複合材料30を形成することができる。 Then, as shown in S1-6 of FIG. 6, the composite material 30 in which the coating 32 is formed on at least one surface along the longitudinal direction of the active material particles 31 is recovered from the substrate 40. In this manner, the composite material 30 can be formed.

また、上記第1工程~第4工程の工程を再度繰り返すことで、複数面に被膜32を成膜してもよい。活物質粒子31の複数面に被膜32を成膜した場合は、例えば図2の下側に示した複合材料30を形成することができる。活物質粒子31の複数面に被膜32を成膜することで、磁場配向時にかかる複合材料30への回転力が複合材料30に複数箇所でかかり、回転力が増すため複合材料30の配向性が高くなる。 The coating 32 may be formed on multiple surfaces by repeating the above steps 1 to 4. When coatings 32 are formed on multiple surfaces of the active material particles 31, for example, the composite material 30 shown in the lower part of Figure 2 can be formed. By forming coatings 32 on multiple surfaces of the active material particles 31, the rotational force applied to the composite material 30 during magnetic field orientation is applied to the composite material 30 at multiple points, and the rotational force is increased, thereby improving the orientation of the composite material 30.

続いて、図7に示すように、塗工工程では、まず、複合材料30、及び必要に応じて導電材、バインダ、その他の添加剤を含む粉体に溶媒を添加し、プラネタリミキサ等の混錬機を用いて混練することにより合材層形成用ペーストを調製する。 Next, as shown in FIG. 7, in the coating process, a solvent is added to the composite material 30 and, if necessary, a powder containing a conductive material, a binder, and other additives, and the mixture is kneaded using a kneading machine such as a planetary mixer to prepare a paste for forming a composite layer.

溶媒は、用いるバインダに応じて適宜選択されるものである。溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、メチルエチルケトン(MEK)、ジメチルホルムアミド(DMF)、トルエン等の非水系溶媒、非水系溶媒を組み合わせた混合溶媒、水、水を主体とする混合溶媒等の水系溶媒を用いることができる。 The solvent is appropriately selected depending on the binder used. Examples of the solvent that can be used include non-aqueous solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), methyl ethyl ketone (MEK), dimethylformamide (DMF), and toluene, mixed solvents combining non-aqueous solvents, water, and mixed solvents mainly composed of water.

合材層形成用ペーストの粘度は、3Pa・s以下であることが好ましく、1Pa・s以下がより好ましい。複合材料30の配向度を高める観点から、合材層形成用ペーストの粘度は低いほど好ましい。合材層形成用ペーストの粘度の下限は、塗工性を損なわない範囲で適宜設定される。 The viscosity of the paste for forming the composite layer is preferably 3 Pa·s or less, and more preferably 1 Pa·s or less. From the viewpoint of increasing the degree of orientation of the composite material 30, the lower the viscosity of the paste for forming the composite layer, the more preferable it is. The lower limit of the viscosity of the paste for forming the composite layer is appropriately set within a range that does not impair the coatability.

次いで、調製した合材層形成用ペーストを集電箔10の表面に塗工することにより、集電箔10の表面上に合材層形成用塗膜21を形成する。合材層形成用ペーストは、複合材料形成工程において例示した各種塗工方法を用いて塗工することができる。 Next, the prepared composite layer forming paste is applied to the surface of the current collector foil 10 to form a composite layer forming coating film 21 on the surface of the current collector foil 10. The composite layer forming paste can be applied using the various coating methods exemplified in the composite material forming process.

続いて、図8に示すように、磁場配向工程では、磁力線の向きが集電箔10の表面に対して略垂直方向となるように磁場発生体を集電箔10の近傍に配置する。そして、集電箔10の表面に対して略垂直方向に磁力線が発生する磁場を合材層形成用塗膜21に印加する。磁場発生体としては、所要の磁場を発生することができるものであれば特に限定されず、例えば、永久磁石や電磁石等を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 8, in the magnetic field orientation process, a magnetic field generator is placed near the current collector foil 10 so that the direction of the magnetic field lines is approximately perpendicular to the surface of the current collector foil 10. Then, a magnetic field that generates magnetic field lines in a direction approximately perpendicular to the surface of the current collector foil 10 is applied to the composite layer forming coating film 21. There are no particular limitations on the magnetic field generator as long as it can generate the required magnetic field, and for example, a permanent magnet or an electromagnet can be used.

磁場配向工程において、合材層形成用塗膜21に対して作用させる磁場の磁束密度は、350mT以上であることが好ましく、500mT以上がより好ましい。磁場の磁束密度が大きいほど、複合材料30の配向度を高めることができる。また、合材層形成用塗膜21に対して磁場を印加する時間は、例えば1秒~120秒程度である。磁場が印加された合材層形成用塗膜21に含まれる複合材料30は、その長軸方向が集電箔10の表面に対して略垂直方向となるように配向する。 In the magnetic field orientation process, the magnetic flux density of the magnetic field applied to the composite layer forming coating film 21 is preferably 350 mT or more, and more preferably 500 mT or more. The greater the magnetic flux density of the magnetic field, the greater the degree of orientation of the composite material 30. The time for applying the magnetic field to the composite layer forming coating film 21 is, for example, about 1 to 120 seconds. The composite material 30 contained in the composite layer forming coating film 21 to which the magnetic field is applied is oriented so that its long axis direction is approximately perpendicular to the surface of the current collector foil 10.

続いて、合材層形成工程では、上記のように配向した複合材料30を含む合材層形成用塗膜21を乾燥させて、合材層形成用塗膜21に含まれる溶媒を除去する。合材層形成用塗膜21は、複合材料形成工程において例示した各種乾燥方法を用いて乾燥することができる。さらに、乾燥したものを必要に応じてプレスする。これにより、集電箔10の表面上に合材層20を形成することができる。 Next, in the composite layer forming process, the composite layer forming coating film 21 containing the oriented composite material 30 as described above is dried to remove the solvent contained in the composite layer forming coating film 21. The composite layer forming coating film 21 can be dried using the various drying methods exemplified in the composite material forming process. Furthermore, the dried product is pressed as necessary. This allows the composite layer 20 to be formed on the surface of the current collector foil 10.

以上の工程により、図1に示す電極板1を製造することができる。本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法によれば、被膜32が磁性を示すため、活物質粒子31自体の磁性に依らずに、磁場を用いて活物質粒子31の配向度を高めることができる。 The above steps allow the electrode plate 1 shown in FIG. 1 to be manufactured. According to the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to this embodiment, the coating 32 exhibits magnetism, so that the degree of orientation of the active material particles 31 can be increased using a magnetic field, without relying on the magnetism of the active material particles 31 themselves.

以下、実施例及び比較例について説明する。なお、実施例は、本発明を限定するものではない。まず、下記手順にしたがって評価用電池セルを構築した。 Below, examples and comparative examples are described. Note that the examples do not limit the present invention. First, a battery cell for evaluation was constructed according to the following procedure.

(実施例)
[電極板1の作製]
図3に示したフローにしたがって正極板を製造した。活物質粒子31は、LiNi1/3Co1/3Mn1/3で表される平均組成を有するニッケルマンガンコバルト酸リチウムの二次粒子(NMC粒子)を用いた。NMC粒子は略楕円形状を有し、長軸径(平均):5μm、短軸径(平均):3μm、体積:188.5μmであった。
(Example)
[Preparation of electrode plate 1]
A positive electrode plate was manufactured according to the flow shown in Fig. 3. The active material particles 31 used were secondary particles of lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC particles) having an average composition represented by LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2. The NMC particles had a substantially elliptical shape, with a major axis diameter (average): 5 µm, a minor axis diameter (average): 3 µm, and a volume: 188.5 µm 3 .

複合材料形成工程では、ダイコータを用いて、NMC粒子及びNMPを混練した複合材料形成用ペーストを基板40の表面に塗工し、複合材料形成用塗膜60を形成した。複合材料形成用ペーストは、複合材料形成用塗膜60の膜厚が6μmとなるように塗工量を調整した。そして、複合材料形成用塗膜60を熱風乾燥して、基板40の表面上にランダムに配向した複数のNMC粒子を得た。その後、基板40の表面上に配置されたNMC粒子に対してロールプレスを行ない、活物質粒子31同士が互いに重ならないように一定方向に配向させた。 In the composite material formation process, a composite material forming paste, which was made by kneading NMC particles and NMP, was applied to the surface of the substrate 40 using a die coater to form a composite material forming coating film 60. The amount of the composite material forming paste applied was adjusted so that the composite material forming coating film 60 had a thickness of 6 μm. The composite material forming coating film 60 was then dried with hot air to obtain a number of NMC particles randomly oriented on the surface of the substrate 40. Thereafter, the NMC particles arranged on the surface of the substrate 40 were roll pressed to orient the active material particles 31 in a fixed direction so that they would not overlap each other.

そして、活物質粒子31を基板40ごとプラズマCVD装置に投入した。プラズマCVD装置を用いて炭化水素を含むガスを分解し、活物質粒子31の長軸方向に沿った片面に炭素を堆積させることにより、グラファイト構造(層状構造)を有する炭素材料からなる被膜32を成膜し、複合材料30を形成した。この際、活物質粒子31の体積に対する被膜32の体積の割合が10体積%となるように成膜量を調整し、膜厚が0.4μmである被膜32を形成した。 The active material particles 31 were then placed together with the substrate 40 into a plasma CVD device. The plasma CVD device was used to decompose a gas containing hydrocarbons, and carbon was deposited on one side of the active material particles 31 along the longitudinal direction, forming a coating 32 made of a carbon material having a graphite structure (layered structure), thereby forming a composite material 30. At this time, the amount of coating was adjusted so that the ratio of the volume of the coating 32 to the volume of the active material particles 31 was 10 volume %, and a coating 32 with a thickness of 0.4 μm was formed.

塗工工程では、複合材料30と、導電材としてのABと、バインダとしてのPVdFと、を所定の混合比で混合し、溶媒としてNMPを添加して混練することにより合材層形成用ペースト(粘度1.2Pa・s)を調製した。調製した合材層形成用ペーストは、集電箔10であるアルミニウム箔(厚さ15μm)の両面に塗工した。なお、合材層形成用ペーストは、目付量が10mg/cmとなるように塗工量を調整した。これにより、アルミニウム箔の表面上に合材層形成用塗膜21を形成した。 In the coating process, the composite material 30, AB as a conductive material, and PVdF as a binder were mixed in a predetermined mixing ratio, and NMP was added as a solvent and kneaded to prepare a composite layer forming paste (viscosity 1.2 Pa·s). The prepared composite layer forming paste was applied to both sides of the aluminum foil (thickness 15 μm) which is the current collector foil 10. The coating amount of the composite layer forming paste was adjusted so that the basis weight was 10 mg/cm 2. As a result, a composite layer forming coating film 21 was formed on the surface of the aluminum foil.

磁場配向工程では、表面上に合材層形成用塗膜21が形成されたアルミニウム箔を上下方向から挟み込むように一対の永久磁石を配置し、合材層形成用塗膜21に磁場を印加した。磁場の磁束密度は500mTであり、磁場の印加時間は2.0秒であった。磁場を印加する際の磁力線の向きは、アルミニウム箔の表面に対して略垂直方向である。これにより、長軸方向がアルミニウム箔の表面に対して略垂直方向となるように複合材料30を配向させた。 In the magnetic field orientation process, a pair of permanent magnets were arranged to sandwich from above and below the aluminum foil on which the composite layer forming coating film 21 was formed, and a magnetic field was applied to the composite layer forming coating film 21. The magnetic flux density of the magnetic field was 500 mT, and the magnetic field application time was 2.0 seconds. The direction of the magnetic field lines when the magnetic field was applied was approximately perpendicular to the surface of the aluminum foil. This caused the composite material 30 to be oriented so that its long axis direction was approximately perpendicular to the surface of the aluminum foil.

このように磁場配向させた複合材料30を含む合材層形成用塗膜21を110℃で熱風乾燥した後、所定の寸法に裁断し、これをプレスすることにより正極板を製造した。プレス後の合材層20は、密度が2.7g/cmであり、厚さが45μmであった。 The composite layer-forming coating film 21 containing the magnetically oriented composite material 30 was dried with hot air at 110° C., cut to a predetermined size, and pressed to produce a positive electrode plate. The pressed composite layer 20 had a density of 2.7 g/cm 3 and a thickness of 45 μm.

[電解液の調整]
エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比が1:1:1となるように混合した混合溶媒に、1mol/Lの濃度で支持塩LiPFを溶解して電解液を調製した。
[Adjustment of electrolyte]
An electrolyte solution was prepared by dissolving a supporting electrolyte LiPF 6 at a concentration of 1 mol/L in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed in a volume ratio of 1:1:1.

[評価用電池セルの構築]
製造した正極板同士の合材層20側を対向させるとともに、ポリエチレン(PE)層及びポリプロピレン(PP)層が積層された3層構造(PE/PP/PE)のセパレータを介在させた電極体をアルミラミネート製の外装材の内側に収納し、電解液を加えて密封することにより、ラミネート型の評価用電池セル(正極対向セル)を構築した。
[Construction of evaluation battery cell]
The composite layer 20 sides of the manufactured positive electrode plates were placed opposite each other, and the electrode assembly with a three-layered (PE/PP/PE) separator having a laminated polyethylene (PE) layer and a polypropylene (PP) layer was placed between them was housed inside an aluminum laminate exterior material, and an electrolyte was added and sealed to construct a laminated evaluation battery cell (positive electrode facing cell).

(比較例)
正極板の製造工程において磁場配向工程を省略したことを除いて実施例と同様の方法で正極板を製造した後、この正極板を用いて実施例と同様の方法で比較例の評価用電池セルを構築した。
(Comparative Example)
A positive plate was manufactured in the same manner as in the Example, except that the magnetic field orientation process was omitted in the manufacturing process of the positive plate. Then, this positive plate was used to construct an evaluation battery cell of the Comparative Example in the same manner as in the Example.

[評価]
次に、実施例及び比較例の各評価用電池セルについて電池性能を評価した。電池性能を評価するにあたっては、各評価用電池セルについて、3.0V~4.2Vでコンディショニング処理を行なった後、25℃の環境下でSOC(State Of Charge)50%に調整した後、交流インピーダンス法によって抵抗値(Ω)の測定を行なった。測定条件は、入力電圧:100mV、周波数範囲:0.1Hz~100000Hzとした。
[evaluation]
Next, the battery performance of each evaluation battery cell of the examples and comparative examples was evaluated. In evaluating the battery performance, each evaluation battery cell was subjected to a conditioning process at 3.0 V to 4.2 V, and then adjusted to a SOC (State Of Charge) of 50% in an environment of 25° C., and the resistance value (Ω) was measured by an AC impedance method. The measurement conditions were an input voltage of 100 mV and a frequency range of 0.1 Hz to 100,000 Hz.

測定により得られたインピーダンスのナイキストプロットから半円の直径を読み取り、各評価用電池セルの抵抗値を導いた。その結果、比較例の評価用電池セルの抵抗値を100%とした場合、実施例の評価用電池セルの抵抗値の相対値は96.2%であった。 The diameter of the semicircle was read from the Nyquist plot of the impedance obtained by the measurement, and the resistance value of each evaluation battery cell was derived. As a result, when the resistance value of the evaluation battery cell of the comparative example was set to 100%, the relative value of the resistance value of the evaluation battery cell of the example was 96.2%.

また、交流インピーダンス法により得られるイオン抵抗Rionの値を用いて、各評価用電池セルにおける曲路率の平均値を算出した。イオン抵抗Rionは、電極内部におけるリチウムイオンの移動に関する抵抗である。曲路率は、合材層中のリチウムイオンの移動経路の屈曲度を示す値であり、下記式(1)により算出することができる。
τ={Rion(κεS)/L}・・・式(1)
In addition, the average value of the tortuosity of each evaluation battery cell was calculated using the value of the ionic resistance R ion obtained by the AC impedance method. The ionic resistance R ion is the resistance related to the movement of lithium ions inside the electrode. The tortuosity is a value indicating the degree of bending of the movement path of lithium ions in the composite layer, and can be calculated by the following formula (1).
τ={R ion (κεS)/L}...Formula (1)

ここで、τは曲路率、Rionはイオン抵抗(/Ω・cm)、Lは合材層の厚さ(μm)、κは電解液の導電率(S/m)、εは合材層の空隙率(%)、Sは反応界面の面積(μm)である。曲路率が1に近いほど移動経路が直線的であるため、電極内部にて、電解液中のイオンの導電性が高くなり、抵抗が低減される。 Here, τ is the tortuosity, R ion is the ionic resistance (/Ω·cm 2 ), L is the thickness of the composite layer (μm), κ is the conductivity of the electrolyte (S/m), ε is the porosity of the composite layer (%), and S is the area of the reaction interface (μm 2 ). The closer the tortuosity is to 1, the more linear the migration path is, so that inside the electrode, the conductivity of the ions in the electrolyte is increased and the resistance is reduced.

実施例の評価用電池セルの曲路率は2.0であり、比較例の評価用電池セルの曲路率は2.8であった。この結果からわかるように、実施例の評価用電池セルでは、比較例の評価用電池セルに比べて曲路率が低下しているため、電極内部にて、電解液中のイオンの導電性が向上し、電気抵抗が低減されたことが確認された。 The tortuosity of the evaluation battery cell of the embodiment was 2.0, and the tortuosity of the evaluation battery cell of the comparative example was 2.8. As can be seen from these results, the tortuosity of the evaluation battery cell of the embodiment was lower than that of the evaluation battery cell of the comparative example, and it was confirmed that the conductivity of the ions in the electrolyte inside the electrode was improved and the electrical resistance was reduced.

このように、合材層20中に配向度の高い複合材料30が存在することにより、合材層20中のリチウムイオンの移動経路が直線的となり(曲路率が1に近づき)、合材層20の主面から集電箔10へ至るリチウムイオンの移動距離を短縮することができる。 In this way, the presence of the highly oriented composite material 30 in the composite layer 20 makes the migration path of the lithium ions in the composite layer 20 linear (the tortuosity approaches 1), and the migration distance of the lithium ions from the main surface of the composite layer 20 to the current collecting foil 10 can be shortened.

以上説明したように、本実施形態にかかる二次電池用電極では、集電箔10の表面上に形成された合材層20に、扁平状の活物質粒子31の長軸方向に沿った少なくとも一方の面に磁性を示す被膜32が成膜された複合材料30が含まれる。当該複合材料30は、長軸方向が集電箔10の表面に対して略垂直方向となるように配向する。 As described above, in the electrode for a secondary battery according to this embodiment, the composite layer 20 formed on the surface of the current collector foil 10 contains a composite material 30 in which a magnetic coating 32 is formed on at least one surface along the long axis direction of flat active material particles 31. The composite material 30 is oriented so that the long axis direction is approximately perpendicular to the surface of the current collector foil 10.

このような構成により、活物質粒子31の磁性に依らず磁場を用いて活物質粒子31の配向度を高めることができる。また、扁平状の活物質粒子31が集電箔10の表面に対して垂直配向することにより、合材層20中におけるリチウムイオンの移動距離が短くなるため、電極内部にて、電解液中のイオンの導電性を向上することができる。これにより、内部抵抗が低減されたリチウムイオン二次電池を得ることができる。 With this configuration, the degree of orientation of the active material particles 31 can be increased using a magnetic field, regardless of the magnetism of the active material particles 31. In addition, the flat active material particles 31 are oriented perpendicular to the surface of the current collector foil 10, shortening the distance that lithium ions travel in the composite layer 20, thereby improving the conductivity of ions in the electrolyte inside the electrode. This makes it possible to obtain a lithium ion secondary battery with reduced internal resistance.

さらに、活物質粒子31の体積に対する被膜32の体積の割合は、5体積%~20体積%であることが好ましい。このような構成により、磁場に対して十分な感度を有する複合材料30を形成することができるため、活物質粒子31を含む複合材料30の配向度をより一層高めることができる。 Furthermore, the ratio of the volume of the coating 32 to the volume of the active material particles 31 is preferably 5% to 20% by volume. With this configuration, a composite material 30 having sufficient sensitivity to magnetic fields can be formed, and the degree of orientation of the composite material 30 containing the active material particles 31 can be further increased.

さらに、活物質粒子31は、アスペクト比が1.5以上であることが好ましい。このような構成により、活物質粒子31を含む複合材料30の配向度をより一層高めることができる。 Furthermore, it is preferable that the active material particles 31 have an aspect ratio of 1.5 or more. With such a configuration, the degree of orientation of the composite material 30 containing the active material particles 31 can be further increased.

さらに、被膜32は、導電性を有することが好ましい。このような構成により、活物質粒子31の表面に導電性を有する被膜32が形成されるため、電極板1の導電性が向上する。その結果、電池の出力性能が向上する。 Furthermore, it is preferable that the coating 32 is conductive. With this configuration, a conductive coating 32 is formed on the surface of the active material particles 31, improving the conductivity of the electrode plate 1. As a result, the output performance of the battery is improved.

さらに、活物質粒子31は、ニッケル、コバルト、及びマンガンの少なくとも1つを含むリチウム複合酸化物の一次粒子が複数集合してなる二次粒子であることが好ましい。このような構成により、配向性に乏しい多結晶の活物質粒子31であっても磁場を用いて配向度を高めることができる。 Furthermore, it is preferable that the active material particles 31 are secondary particles formed by aggregating multiple primary particles of a lithium composite oxide containing at least one of nickel, cobalt, and manganese. With this configuration, even polycrystalline active material particles 31 with poor orientation can be increased in degree of orientation using a magnetic field.

したがって、本実施形態にかかる二次電池用電極によれば、活物質粒子31の磁性に依らず配向度を高めて、電池の内部抵抗を低減することができる。 Therefore, the secondary battery electrode according to this embodiment can increase the degree of orientation without relying on the magnetism of the active material particles 31, thereby reducing the internal resistance of the battery.

そして、本実施形態にかかる二次電池用電極の製造方法によれば、上記の効果を奏する二次電池用電極を製造することができる。 The method for manufacturing a secondary battery electrode according to this embodiment makes it possible to manufacture a secondary battery electrode that achieves the above-mentioned effects.

1 電極板
10 集電箔
20 合材層
21 合材層形成用塗膜
30 複合材料
31 活物質粒子
32 被膜
40 基板
50 ダイヘッド
60 複合材料形成用塗膜
70 ロール
G ギャップ
Reference Signs List 1 Electrode plate 10 Current collector foil 20 Composite layer 21 Composite layer forming coating 30 Composite material 31 Active material particles 32 Coating 40 Substrate 50 Die head 60 Composite material forming coating 70 Roll G Gap

Claims (10)

集電箔と、
前記集電箔の表面上に形成された合材層と、を有し、
前記合材層は、
扁平状の活物質粒子の長軸方向に沿った少なくとも一方の面に磁性を示す被膜が成膜された複合材料を含み、
前記複合材料は、
前記長軸方向が前記集電箔の表面に対して略垂直方向となるように配向する二次電池用電極。
A current collecting foil;
a composite layer formed on a surface of the current collecting foil,
The mixture layer is
The composite material includes a flat active material particle and a magnetic coating formed on at least one surface along the major axis of the flat active material particle,
The composite material comprises:
The electrode for a secondary battery is oriented so that the long axis direction is substantially perpendicular to the surface of the current collecting foil.
前記活物質粒子の体積に対する前記被膜の体積の割合が5体積%~20体積%である請求項1に記載の二次電池用電極。 The electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the ratio of the volume of the coating to the volume of the active material particles is 5% by volume to 20% by volume. 前記活物質粒子は、アスペクト比が1.5以上である請求項1又は2に記載の二次電池用電極。 The electrode for a secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the active material particles have an aspect ratio of 1.5 or more. 前記被膜は、導電性を有する請求項1~3のいずれか1項に記載の二次電池用電極。 The electrode for a secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the coating has electrical conductivity. 前記活物質粒子は、ニッケル、コバルト、及びマンガンの少なくとも1つを含むリチウム複合酸化物の一次粒子が複数集合してなる二次粒子である請求項1~4のいずれか1項に記載の二次電池用電極。 The electrode for a secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the active material particles are secondary particles formed by aggregating multiple primary particles of a lithium composite oxide containing at least one of nickel, cobalt, and manganese. 扁平状の活物質粒子の長軸方向に沿った少なくとも一方の面に外部から印加される磁場に対して磁性を示す被膜が成膜された複合材料を形成する複合材料形成工程と、
前記複合材料及び溶媒を少なくとも含む合材層形成用ペーストを集電箔の表面に塗工する塗工工程と、
前記集電箔の表面に塗工された前記合材層形成用ペーストにより形成された合材層形成用塗膜が乾燥する前に、前記集電箔の表面に対して略垂直方向となる磁場を前記合材層形成用塗膜に印加することにより前記合材層形成用塗膜に含まれる前記複合材料を配向させる磁場配向工程と、
前記複合材料を配向させた前記合材層形成用塗膜を乾燥して前記集電箔の表面上に合材層を形成する合材層形成工程と、
を有する二次電池用電極の製造方法。
a composite material forming step of forming a composite material in which a coating film that exhibits magnetism in response to an externally applied magnetic field is formed on at least one surface along the major axis of a flat active material particle;
a coating step of coating a paste for forming a composite layer containing at least the composite material and a solvent on a surface of a current collecting foil;
a magnetic field orientation step of applying a magnetic field in a direction substantially perpendicular to a surface of the current collecting foil to the composite layer forming coating film formed from the composite layer forming paste before the composite layer forming coating film is dried, thereby orienting the composite material contained in the composite layer forming coating film;
a composite layer forming step of drying the composite layer forming coating film in which the composite material is oriented to form a composite layer on the surface of the current collecting foil;
The present invention relates to a method for producing an electrode for a secondary battery.
前記活物質粒子の体積に対する前記被膜の体積の割合が5体積%~20体積%である請求項6に記載の二次電池用電極の製造方法。 The method for manufacturing a secondary battery electrode according to claim 6, wherein the ratio of the volume of the coating to the volume of the active material particles is 5% to 20% by volume. 前記活物質粒子は、アスペクト比が1.5以上である請求項又はに記載の二次電池用電極の製造方法。 8. The method for producing an electrode for a secondary battery according to claim 6 , wherein the active material particles have an aspect ratio of 1.5 or more. 前記被膜は、導電性を有する請求項6~8のいずれか1項に記載の二次電池用電極の製造方法。 The method for manufacturing a secondary battery electrode according to any one of claims 6 to 8, wherein the coating has electrical conductivity. 前記活物質粒子は、ニッケル、コバルト、及びマンガンの少なくとも1つを含むリチウム複合酸化物の一次粒子が複数集合してなる二次粒子である請求項6~9のいずれか1項に記載の二次電池用電極の製造方法。 The method for manufacturing a secondary battery electrode according to any one of claims 6 to 9, wherein the active material particles are secondary particles formed by aggregating multiple primary particles of a lithium composite oxide containing at least one of nickel, cobalt, and manganese.
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