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JP7730866B2 - Electrode, electrode composite, secondary battery, and method for manufacturing electrode - Google Patents
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JP7730866B2 - Electrode, electrode composite, secondary battery, and method for manufacturing electrode - Google Patents

Electrode, electrode composite, secondary battery, and method for manufacturing electrode

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JP7730866B2 JP2023131271A JP2023131271A JP7730866B2 JP 7730866 B2 JP7730866 B2 JP 7730866B2 JP 2023131271 A JP2023131271 A JP 2023131271A JP 2023131271 A JP2023131271 A JP 2023131271A JP 7730866 B2 JP7730866 B2 JP 7730866B2
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Description

本開示は、二次電池に適用する電極、電極複合体、二次電池、及び電極の製造方法に関する。 This disclosure relates to electrodes for use in secondary batteries, electrode assemblies, secondary batteries, and methods for manufacturing electrodes.

一般に、二次電池は、電極(正極や負極)及び電解質で構成され、電極間で電解質を介したイオンの移動が生じることで、充電や放電を行う。このような二次電池は、携帯電話などの小型機器から電気自動車などの大型機器まで、幅広い用途で使用されている。そのため、二次電池の性能のさらなる向上が求められている。近年は電解質に無機固体電解質を使用した、いわゆる全固体電池の研究開発が進んでいる。全固体電池は従来の有機電解液を固体電解質に置き換えることにより、二次電池の安全性や高容量高出力化が期待されている。
一方、全固体電池は電極におけるイオンの脱挿入過程において、活物質粒子の膨張収縮に伴い、電解質と活物質の粒子間の接触が断たれ易い。これにより、全固体電池では、活物質粒子へのリチウムイオンなどのイオンの挿入脱離が遮断され、電極の抵抗が上がり、充放電可能な電流、いわゆる出力特性が大きく低下する問題がある。そこで、電極内部に、電解質粒子に比べて可橈性を有するリチウムイオン伝導性ポリマーを配する技術が知られている。
特許文献1には、活物質粒子の外表面がリチウムイオン伝導性ポリマーにより部分的に被覆されている電極が開示されている。
Generally, secondary batteries consist of electrodes (positive and negative electrodes) and an electrolyte, and charge and discharge occur through the movement of ions between the electrodes via the electrolyte. Such secondary batteries are used in a wide range of applications, from small devices such as mobile phones to large devices such as electric vehicles. Therefore, further improvements in the performance of secondary batteries are required. In recent years, research and development of so-called all-solid-state batteries, which use inorganic solid electrolytes as the electrolyte, has progressed. By replacing conventional organic electrolytes with solid electrolytes, all-solid-state batteries are expected to improve the safety and increase the capacity and output of secondary batteries.
On the other hand, in all-solid-state batteries, the contact between the electrolyte and the active material particles is easily broken due to the expansion and contraction of the active material particles during the process of ion insertion and desorption in the electrode. As a result, in all-solid-state batteries, the insertion and desorption of ions such as lithium ions into the active material particles is blocked, increasing the resistance of the electrode and significantly reducing the charge/discharge current, or so-called output characteristics. To address this issue, a technology has been known in which a lithium ion conductive polymer, which is more flexible than the electrolyte particles, is placed inside the electrode.
Patent Document 1 discloses an electrode in which the outer surfaces of active material particles are partially coated with a lithium ion conductive polymer.

特開2002-373643号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-373643 特開2020-198301号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-198301

しかしながら、本発明者らは、活物質粒子の外表面がポリマーにより部分的に被覆されているだけでは、電極内のリチウムイオンの拡散性を改善するには不十分であることを見出した。これは、以下の理由によると考えられる。
すなわち、充放電に伴い、電極内の活物質粒子は膨張収縮する。また、隣接する活物質粒子もまた、同様に膨張収縮する。このため、活物質粒子の外表面がポリマーにより部分的に被覆されているだけでは、活物質粒子間のポリマーや、電解質粒子などから成るリチウムイオンの拡散経路は遮断され易い。また、特許文献1の活物質粒子においては、活物質粒子の表面にポリマーと電解質粒子とがそれぞれ部分的に被覆されている。そのため、ポリマーと電解質粒子間の接触も限定的であるため、活物質粒子の膨張収縮によって接触が遮断され易い。このため、リチウムイオンの拡散が、活物質粒子とポリマー間で制限され易い。結果として、一般的にポリマーよりイオン導電性が高い固体電解質であっても、イオン拡散の効果が低減し易い。
However, the present inventors have found that simply partially coating the outer surfaces of the active material particles with a polymer is not sufficient to improve the diffusibility of lithium ions within the electrode, for the following reasons.
That is, active material particles in an electrode expand and contract during charging and discharging. Adjacent active material particles also expand and contract similarly. Therefore, even if the outer surfaces of active material particles are only partially coated with a polymer, the diffusion paths of lithium ions between the active material particles, consisting of the polymer and electrolyte particles, are easily blocked. Furthermore, in the active material particles of Patent Document 1, the surfaces of the active material particles are partially coated with a polymer and electrolyte particles, respectively. Therefore, contact between the polymer and the electrolyte particles is also limited, and the contact is easily blocked by the expansion and contraction of the active material particles. Therefore, the diffusion of lithium ions is easily restricted between the active material particles and the polymer. As a result, even in solid electrolytes, which generally have higher ionic conductivity than polymers, the effect of ion diffusion is easily reduced.

さらに、特許文献1は、活物質粒子の表面に部分的に被覆する方法として、メカニカルミリング法や化学的被覆処理などを開示している。しかしながら、このような処理方法は、各粒子に対して被覆面積や厚みなどを均一とし、均一な被覆状態にすることが困難であり、電極の製造方法として再現性に問題もあった。 Furthermore, Patent Document 1 discloses methods such as mechanical milling and chemical coating treatment as methods for partially coating the surfaces of active material particles. However, these treatment methods make it difficult to achieve a uniform coating area and thickness for each particle, and there are also problems with reproducibility as an electrode manufacturing method.

本開示は、活物質粒子の膨張収縮を緩和し、二次電池に用いた際に電池出力の低下を抑
制することができる電極を提供する。また、本開示は、本開示の電極を含む電極複合体を提供する。加えて、本開示は、電池出力の低下が抑制された二次電池を提供する。さらに、本開示は、再現性の高い電極の製造方法を提供する。
The present disclosure provides an electrode that can mitigate expansion and contraction of active material particles and suppress a decrease in battery output when used in a secondary battery. The present disclosure also provides an electrode composite including the electrode of the present disclosure. In addition, the present disclosure provides a secondary battery in which a decrease in battery output is suppressed. Furthermore, the present disclosure provides a method for producing an electrode with high reproducibility.

本開示の一側面に係る電極は、
二次電池に適用する電極であって、
前記電極が、活物質粒子と、導電性を有する樹脂と、を含み、
前記活物質粒子が、内表面を有し、
前記導電性を有する樹脂は、前記内表面に接するように位置
前記導電性を有する樹脂は、イオン性官能基を含む樹脂と支持電解質とを含むことを特徴とする。
本開示の一側面に係る電極は、
二次電池に適用する電極であって、
前記電極が、活物質粒子と、導電性を有する樹脂と、を含み、
前記活物質粒子が、内表面を有し、
前記導電性を有する樹脂は、前記内表面に接するように位置し、
前記導電性を有する樹脂は、イオン性官能基を含むウレタン樹脂と支持電解質とを含むことを特徴とする。
本開示の一側面に係る電極は、
二次電池に適用する電極であって、
前記電極が、活物質粒子と、導電性を有する樹脂と、を含み、
前記活物質粒子が、内表面を有し、
前記導電性を有する樹脂は、前記内表面に接するように位置し、
前記活物質粒子の粒子間に、支持電解質を含み、前記支持電解質が、無機電解質を含むことを特徴とする。
本開示の一側面に係る電極は、
二次電池に適用する電極であって、
前記電極が、活物質粒子と、導電性を有する樹脂と、を含み、
前記活物質粒子が、内表面を有し、
前記導電性を有する樹脂は、前記内表面に接するように位置し、
前記内表面は、前記活物質粒子の外表面に連続し、
前記活物質粒子は、前記外表面から突出する突出部を有することを特徴とする。
An electrode according to one aspect of the present disclosure comprises:
An electrode applied to a secondary battery,
the electrode includes active material particles and a conductive resin,
the active material particles have an inner surface;
the conductive resin is positioned so as to be in contact with the inner surface,
The conductive resin is characterized by including a resin containing an ionic functional group and a supporting electrolyte .
An electrode according to one aspect of the present disclosure comprises:
An electrode applied to a secondary battery,
the electrode includes active material particles and a conductive resin,
the active material particles have an inner surface;
the conductive resin is positioned so as to be in contact with the inner surface,
The conductive resin is characterized by including a urethane resin containing an ionic functional group and a supporting electrolyte.
An electrode according to one aspect of the present disclosure comprises:
An electrode applied to a secondary battery,
the electrode includes active material particles and a conductive resin,
the active material particles have an inner surface;
the conductive resin is positioned so as to be in contact with the inner surface,
A supporting electrolyte is contained between the active material particles, and the supporting electrolyte contains an inorganic electrolyte.
An electrode according to one aspect of the present disclosure comprises:
An electrode applied to a secondary battery,
the electrode includes active material particles and a conductive resin,
the active material particles have an inner surface;
the conductive resin is positioned so as to be in contact with the inner surface,
the inner surface is continuous with the outer surface of the active material particle,
The active material particles are characterized by having protrusions protruding from the outer surface.

本開示の一側面に係る電極複合体は、
電極と、前記電極との間で活物質の授受を行う電解質層と、を含む電極複合体であって、
前記電極が、活物質粒子と、導電性を有する樹脂と、を含み、
前記活物質粒子が、内表面を有し、
前記導電性を有する樹脂は、前記内表面に接するように位置することを特徴とする。
本開示の一側面に係る電極複合体は、
電極と、前記電極との間で活物質の授受を行う電解質層と、を含み、
前記電極が、本開示の電極であることを特徴とする。
An electrode composite according to one aspect of the present disclosure includes:
An electrode composite including an electrode and an electrolyte layer that transfers an active material between the electrode and the electrolyte layer,
the electrode includes active material particles and a conductive resin,
the active material particles have an inner surface;
The conductive resin is positioned so as to be in contact with the inner surface.
An electrode composite according to one aspect of the present disclosure includes:
an electrode; and an electrolyte layer that transfers an active material between the electrode and the electrolyte layer;
The electrode is characterized in that it is the electrode of the present disclosure.

本開示の一側面に係る二次電池は、
正極と、前記正極との間で活物質の授受を行う電解質層と、を含み、
前記正極が、請求項1~22のいずれか一項に記載の電極であり、
前記二次電池が、前記電解質層との間で前記活物質の授受を行う負極を含むことを特徴とする。
A secondary battery according to one aspect of the present disclosure includes:
a positive electrode and an electrolyte layer that transfers an active material between the positive electrode and the electrolyte layer;
The positive electrode is the electrode according to any one of claims 1 to 22,
The secondary battery is characterized in that it includes a negative electrode that transfers the active material between itself and the electrolyte layer.

本開示の一側面に係る電極の製造方法は、
活物質粒子を含み、前記活物質粒子間に間隙を有する電極前駆体を準備する第1-1工程と、
前記電極前駆体に充填する、充填用材料を準備する第2-1工程と、
前記充填用材料を、前記電極前駆体の外部から内部に充填する第3-1工程と、
前記電極前駆体の内部に充填された前記充填用材料を、前記電極前駆体の内部に保持させる第4-1工程と、を含むことを特徴とする。
A method for manufacturing an electrode according to one aspect of the present disclosure includes:
a 1-1 step of preparing an electrode precursor including active material particles and having gaps between the active material particles;
a 2-1 step of preparing a filling material to be filled into the electrode precursor;
a 3-1 step of filling the filling material from the outside to the inside of the electrode precursor;
and a 4-1 step of retaining the filler material filled inside the electrode precursor inside the electrode precursor.

本開示によれば、活物質粒子の膨張収縮を緩和し、二次電池に用いた際に電池出力特性の低下を抑制することができる電極を提供できる。また、本開示は、本開示の電極を含む電極複合体を提供できる。さらに、本開示は、電池出力の低下が抑制された二次電池を提供できる。加えて、本開示は、再現性の高い電極の製造方法を提供できる。 The present disclosure provides an electrode that can mitigate expansion and contraction of active material particles and suppress a decrease in battery output characteristics when used in a secondary battery. The present disclosure also provides an electrode composite that includes the electrode of the present disclosure. Furthermore, the present disclosure can provide a secondary battery in which a decrease in battery output is suppressed. Additionally, the present disclosure can provide a method for manufacturing an electrode with high reproducibility.

電極前駆体の製造方法を示すイメージ図。FIG. 1 is an image diagram showing a method for producing an electrode precursor. 粒子配置装置1の構成を模式的に示す図。FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of a particle placement device 1. 充填装置の構成を模式的に示す図。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the configuration of a filling device. 第1の基材上で搬送される充填剤の模式図。Schematic diagram of a filler being carried on a first substrate. 第1の基材の表面近傍の拡大図。FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the surface of the first substrate. 担持材としてブラシ繊維を用いた場合の充填装置の構成を模式的に示す図。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating the configuration of a filling device when brush fibers are used as a support material. 転写部の構成を模式的に示す図。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the configuration of a transfer unit. 第2の充填装置による充填プロセスにおける第2の基材の表面近傍の拡大図。10 is an enlarged view of the vicinity of the surface of the second substrate during the filling process by the second filling device. 第1の粒子P1及び第2の粒子P2が転写された後の第2の基材を模式的に示す図。FIG. 2 is a diagram schematically showing the second substrate after the first particles P1 and the second particles P2 have been transferred. 粒子配置装置2の構成を模式的に示す図。FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of a particle placement device 2. 積層体成形装置の構成を模式的に示す図。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the configuration of a laminate forming apparatus. 焼結処理装置の構成を模式的に示す図。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the configuration of a sintering treatment apparatus. 電極の製造方法の各工程における、積層体及び立体物のSEM画像。10 shows SEM images of a laminate and a three-dimensional object at each step of the electrode manufacturing method. 本開示の一態様の立体物のBIB-SEM画像。1 is a BIB-SEM image of a three-dimensional object according to one embodiment of the present disclosure. 本開示の一態様の立体物に関するメカニズムの説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram of a mechanism relating to a three-dimensional object according to one embodiment of the present disclosure. 樹脂基材の熱重量測定の結果を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the results of thermogravimetry of a resin substrate. 熱重量・質量分析測定の結果を示す図。FIG. 1 shows the results of thermogravimetry and mass spectrometry measurements. 第3工程後のLCO粒子を示す図。FIG. 10 shows LCO particles after the third step. 第3工程後のLCO粒子における、STEM-EDXの結果を示す図。FIG. 10 shows the results of STEM-EDX on LCO particles after the third step. 電極の製造方法を示すイメージ図。1 is an image diagram showing a method for manufacturing an electrode. 第3-1工程の一態様を表す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram showing one embodiment of Step 3-1. 二次電池の充放電カーブを示す図。FIG. 1 is a diagram showing a charge/discharge curve of a secondary battery. 正極断面の電子顕微鏡像を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an electron microscope image of a cross section of a positive electrode. 正極断面の低倍率の電子顕微鏡像を示す図。FIG. 2 is a low-magnification electron microscope image of a cross section of a positive electrode. 本開示の特徴を示す模式図。1 is a schematic diagram illustrating features of the present disclosure. 正極断面の電子顕微鏡像を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an electron microscope image of a cross section of a positive electrode.

本開示において、数値範囲を表す「XX以上YY以下」や「XX~YY」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲を意味する。数値範囲が段階的に記載されている場合、各数値範囲の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。また、本開示において、例えば「XX、YY及びZZからなる群から選択される少なくとも一つ」のような記載は、XX、YY、ZZ、XXとYYとの組合せ、XXとZZとの組合せ、YYとZZとの組合せ、又はXXとYYとZZとの組合せのいずれかを意味する。 In this disclosure, expressions such as "XX or more and YY or less" or "XX to YY" that represent a numerical range mean a numerical range that includes the endpoints, that is, the lower and upper limits, unless otherwise specified. When a numerical range is described in stages, the upper and lower limits of each numerical range can be combined in any way. Furthermore, in this disclosure, expressions such as "at least one selected from the group consisting of XX, YY, and ZZ" mean any of XX, YY, ZZ, a combination of XX and YY, a combination of XX and ZZ, a combination of YY and ZZ, or a combination of XX, YY, and ZZ.

本発明者らの検討の結果、電極内の活物質粒子に対して、導電性を有する樹脂(ポリマー)を適切な位置に配置することが重要であることがわかった。これにより、電極内部の各活物質粒子の膨張収縮を緩和しつつ、電極内のイオン拡散の低下を抑制し易くなる。本開示では、後述する方法で電極前駆体にポリマーを充填し、電極前駆体の内部に保持させることで、本開示の電極を実現している。本開示においては、各活物質粒子の膨張収縮の緩和を、便宜的に試作電池の「サイクル特性」という指標を用いて評価し、イオン伝導性を、便宜的に試作電池の「レート特性」という指標を用いて評価する。 As a result of research by the inventors, it was found that it is important to place a conductive resin (polymer) in an appropriate position relative to the active material particles within the electrode. This makes it easier to mitigate the expansion and contraction of each active material particle within the electrode while suppressing a decrease in ion diffusion within the electrode. In this disclosure, the electrode of the present disclosure is realized by filling the electrode precursor with a polymer using the method described below and retaining it inside the electrode precursor. In this disclosure, the mitigation of expansion and contraction of each active material particle is conveniently evaluated using an index known as the "cycle characteristics" of the prototype battery, and ionic conductivity is conveniently evaluated using an index known as the "rate characteristics" of the prototype battery.

本開示の電極は、二次電池に適用する電極である。また、電極は、活物質粒子と、導電性を有する樹脂と、を含む。電極が活物質粒子と、導電性を有する樹脂と、を含むことで、電極間で電解質を介したイオンの移動が生じるようになり、電極として用いることができる。 The electrode disclosed herein is an electrode for use in a secondary battery. The electrode also includes active material particles and a conductive resin. By including the active material particles and the conductive resin in the electrode, ions can be transferred between the electrodes via the electrolyte, allowing the electrode to be used.

活物質粒子は、内表面を有し、かつ導電性を有する樹脂は、活物質粒子の内表面に接するように位置することが好ましい。ここで、内表面とは、活物質粒子の内側に存在する表面をいう。
このように、導電性を有する樹脂が、活物質粒子の内表面に接することによって、導電性を有する樹脂の可撓性により、活物質粒子の膨張収縮を緩和しつつ、電極内のイオン拡散の低下を抑制し易くなり出力特性の低下を抑制することができる。例えば後述の第3工程のように焼結処理を行うことによって、活物質粒子に、粒子内に内表面を有させることができる。また、例えば後述の第3-1工程のように充填用材料を電極前駆体に充填することによって、導電性を有する樹脂を、活物質粒子の内表面に接するように位置させることができる。活物質粒子が、粒子内に内表面を有することは、後述の測定方法により確認することができる。また、導電性を有する樹脂が、活物質粒子の内表面に接するように位置することは、後述の測定方法により確認できる。
The active material particles preferably have an inner surface, and the conductive resin is preferably positioned so as to be in contact with the inner surface of the active material particles, where the inner surface refers to the surface present on the inside of the active material particles.
In this way, by having the conductive resin in contact with the inner surface of the active material particles, the flexibility of the conductive resin alleviates the expansion and contraction of the active material particles, while making it easier to suppress a decrease in ion diffusion within the electrode, thereby suppressing a decrease in output characteristics. For example, by performing a sintering treatment as in the third step described below, the active material particles can be made to have an inner surface within the particles. Furthermore, by filling the electrode precursor with a filler material as in the third step described below, the conductive resin can be positioned so as to be in contact with the inner surface of the active material particles. The fact that the active material particles have an inner surface within the particles can be confirmed by the measurement method described below. Furthermore, the fact that the conductive resin is positioned so as to be in contact with the inner surface of the active material particles can be confirmed by the measurement method described below.

活物質粒子の内表面は、活物質粒子の外表面に連通する、活物質粒子内の内孔(以下、連通孔ともいう)を形成することが好ましい。このような内孔を形成することによって、後述の第3-1工程の際に、充填用材料を活物質粒子の内表面に接するように位置させやすくなる。
このような内孔を形成する方法としては、例えば後述の第3工程のように焼結処理を行うことが挙げられる。また、活物質粒子の内表面が、このような内孔を形成していることは、後述の測定方法によって確認することができる。
The inner surfaces of the active material particles preferably have internal pores (hereinafter also referred to as "communicating pores") that communicate with the outer surfaces of the active material particles. By forming such internal pores, it becomes easier to position the filler material so that it contacts the inner surfaces of the active material particles during the step 3-1 described below.
An example of a method for forming such inner pores is a sintering treatment such as that in the third step described below. Whether or not the inner surfaces of the active material particles have such inner pores can be confirmed by a measurement method described below.

また、活物質粒子の内表面は、活物質粒子の外表面に連続することが好ましい。内表面が外表面に連続していることによって、後述の第3-1工程の際に、導電性を有する樹脂を活物質粒子の内表面に接するように位置させやすくなる。
また、このような内表面を有する活物質粒子としては、例えばコア部と、シェル部とを有する活物質粒子が挙げられる。
このような内表面を形成する方法としては、例えば後述の第3工程のように焼結処理を行うことが挙げられる。
Furthermore, it is preferable that the inner surface of the active material particle is continuous with the outer surface of the active material particle, which makes it easier to position the conductive resin so that it contacts the inner surface of the active material particle in the step 3-1 described below.
Moreover, examples of active material particles having such an inner surface include active material particles having a core portion and a shell portion.
As a method for forming such an inner surface, for example, a sintering process such as that in the third step described below can be mentioned.

活物質粒子は、外表面を有し、かつ導電性を有する樹脂は、活物質粒子の外表面に接し、活物質粒子を連絡するように配置されていることが好ましい。ここで、外表面とは、活物質粒子の外側に存在する表面をいう。
このように、導電性を有する樹脂が、活物質粒子の外表面に接し、活物質粒子を連絡するように配置されていることで、導電性を有する樹脂の可撓性により、活物質粒子の膨張収縮を緩和しつつ、電極内のイオン拡散の低下を抑制し易くなる。その結果、出力特性の低下を抑制することができる。
例えば後述の第3-1工程のように充填用材料を電極前駆体に充填することによって、導電性を有する樹脂を、活物質粒子の外表面に接し、活物質粒子を連絡するように配置させることができる。導電性を有する樹脂が、活物質粒子の外表面に接し、活物質粒子を連絡するように配置されていることは、後述の測定方法により確認できる。
The active material particles preferably have outer surfaces, and the conductive resin is preferably disposed in contact with the outer surfaces of the active material particles so as to connect the active material particles together. Here, the outer surfaces refer to the surfaces that exist on the outside of the active material particles.
In this way, the conductive resin is arranged in contact with the outer surfaces of the active material particles and connects the active material particles, and the flexibility of the conductive resin helps to mitigate the expansion and contraction of the active material particles while also making it easier to suppress a decrease in ion diffusion within the electrode, thereby suppressing a decrease in output characteristics.
For example, by filling the electrode precursor with a filler material as in step 3-1 described below, the conductive resin can be arranged so as to contact the outer surfaces of the active material particles and connect the active material particles. Whether the conductive resin is in contact with the outer surfaces of the active material particles and arranged so as to connect the active material particles can be confirmed by the measurement method described below.

活物質粒子は、突出部を有することが好ましい。突出部の形状は特に限定されず、ひげ状であるホイスカや、樹枝状であるデンドライトが挙げられる。また、突出部は、例えば外表面から突出している態様が挙げられる。このように突出部を有していると、活物質粒子の表面積が増大する。その結果、電極が電解質を含む場合に、電解質との接触面積を増加させることができる。また、突出部は、例えば後述の第3工程のように焼結処理を行うことによって形成することができる。活物質粒子が突出部を有することは、後述の電極の断面観察によって確認することができる。 The active material particles preferably have protrusions. The shape of the protrusions is not particularly limited, and examples include whiskers, which are beard-like, and dendrites, which are dendritic. Furthermore, the protrusions may, for example, protrude from the outer surface. Having such protrusions increases the surface area of the active material particles. As a result, when the electrode contains an electrolyte, the contact area with the electrolyte can be increased. Furthermore, the protrusions can be formed, for example, by performing a sintering process, as in the third step described below. Whether the active material particles have protrusions can be confirmed by cross-sectional observation of the electrode, as described below.

活物質粒子としては、特に限定されず公知のものを用いることができる。例えば、リチウムを含む複合酸化物などを用いることができる。具体的には、例えばLiCoO(コバルト酸リチウム)などのLi-Co酸化物系の活物質粒子、LiMO(Mは、Ni、Mn、Coからなる群から選択される一の元素)などの活物質粒子、Li-PO酸化物系の活物質粒子、リチウムバナジウム化合物(Li(PO、LiVOPO)、オリビン型リン酸塩系化合物(LiMPO(Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、V、Nb、Ti、Al、Zrからなる群から選択される一以上の元素))などが挙げられる。また、リチウムを含有していない活物質粒子を使用してもよい。具体的には、例えば金属酸化物(MnO、Vなど)やフッ化物(FeF、VFなど)が挙げられる。リチウムを含有していない活物質粒子を使用する場合は、負極活物質としてリチウムを含有する金属リチウムやリチウムイオンをドープした負極活物質を配置し、放電から開始することにより使用可能である。
また、負極活物質粒子である黒鉛、Si、チタン酸リチウム(LTO)等を用いること
もできる。
The active material particles are not particularly limited, and known active material particles can be used. For example, a composite oxide containing lithium can be used. Specific examples include Li-Co oxide active material particles such as LiCoO 2 (lithium cobalt oxide), active material particles such as LiMO 2 (M is one element selected from the group consisting of Ni, Mn, and Co), Li-PO 4 oxide active material particles, lithium vanadium compounds (Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , LiVOPO 4 ), and olivine-type phosphate compounds (LiMPO 4 (M is one or more elements selected from the group consisting of Co, Ni, Mn, Fe, Mg, V, Nb, Ti, Al, and Zr)). Active material particles that do not contain lithium may also be used. Specific examples include metal oxides (MnO 2 , V 2 O 5 , etc.) and fluorides (FeF 3 , VF 3 , etc.) When using active material particles that do not contain lithium, they can be used by disposing lithium-containing metallic lithium or a lithium ion-doped anode active material as the anode active material and starting with discharge.
Furthermore, negative electrode active material particles such as graphite, Si, and lithium titanate (LTO) can also be used.

上記正極活物質粒子の中でも、Li-Co酸化物系の活物質粒子を用いることで正極活物質粒子の表面積が増大し、二次電池の出力特性が改善することが、本発明者らによって明らかになっている(特許文献2)。また、Li-PO酸化物系の活物質粒子は、P-O間の共有結合が強く、酸素の放出が抑制されるため非常に安定である。このため、上記正極活物質粒子の中でも、Li-Co酸化物系の活物質粒子、Li-PO酸化物系の活物質粒子を含むことが好ましい。 The present inventors have clarified that, among the above-mentioned positive electrode active material particles, the use of Li—Co oxide-based active material particles increases the surface area of the positive electrode active material particles and improves the output characteristics of the secondary battery (Patent Document 2). Furthermore, Li— PO4 oxide-based active material particles are very stable due to the strong covalent bond between P—O and the suppression of oxygen release. Therefore, among the above-mentioned positive electrode active material particles, it is preferable to include Li—Co oxide-based active material particles and Li— PO4 oxide-based active material particles.

活物質粒子は、市販品を用いてもよく、材料として別途調製したものを用いてもよい。
Li-Co酸化物系の活物質粒子としては、例えばセルシードC-5H(商品名、日本化学工業株式会社製)(LiCoO)などを用いることができる。また、LiMO(Mは、Ni、Mn、Coからなる群から選択される一の元素)としては、セルシードNMC(商品名、日本化学工業株式会社製)(LiNi(1-x-y)MnCo)などを用いることができる。Li-PO酸化物系の活物質粒子としては、Li(PO(東京化学工業株式会社製)やLiFePO(株式会社豊島製作所製)などを用いることができる。
また、Li(POやLiFePOのように電子伝導性が低い活物質粒子を用いる場合は、一般的な手法で粒子表面にカーボンコートして使用してもよい。
なお、活物質粒子は、1種で使用されてもよく、又は2種以上を組み合わせて使用されてもよい。
The active material particles may be commercially available products or may be separately prepared as materials.
Examples of Li-Co oxide active material particles that can be used include CellSeed C-5H (trade name, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) (LiCoO 2 ). Examples of LiMO 2 (M is an element selected from the group consisting of Ni, Mn, and Co) include CellSeed NMC (trade name, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) (LiNi (1-x-y) Mn x Co y O 2 ). Examples of Li-PO 4 oxide active material particles that can be used include Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and LiFePO 4 (manufactured by Toshima Manufacturing Co., Ltd.).
When active material particles having low electron conductivity such as Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 or LiFePO 4 are used, the particle surfaces may be coated with carbon by a general method.
The active material particles may be used alone or in combination of two or more.

電極は、活物質粒子の粒子間に、導電性を有する樹脂、導電助剤、及び支持電解質からなる群から選択される少なくとも一を含むことが好ましく、活物質粒子の粒子間に、導電性を有する樹脂及び支持電解質を含むことがより好ましい。これにより、電極内におけるリチウムイオンの拡散性が向上し、電極抵抗を低減できる。また、電極内でリチウムイオンのやり取りができない孤立した活物質粒子が減少することにより、電池の実容量を改善することができる。
電極が、活物質粒子の粒子間に、導電性を有する樹脂、導電助剤、及び支持電解質からなる群から選択される少なくとも一を含むことは、後述の断面観察における、元素マッピングの結果により確認することができる。
The electrode preferably contains at least one selected from the group consisting of a conductive resin, a conductive additive, and a supporting electrolyte between the active material particles, and more preferably contains a conductive resin and a supporting electrolyte between the active material particles. This improves the diffusibility of lithium ions within the electrode and reduces electrode resistance. Furthermore, by reducing the number of isolated active material particles that cannot exchange lithium ions within the electrode, the actual capacity of the battery can be improved.
The fact that the electrode contains at least one selected from the group consisting of a conductive resin, a conductive additive, and a supporting electrolyte between the active material particles can be confirmed by the results of element mapping in the cross-sectional observation described below.

導電性を有する樹脂としては特に限定されず、導電性を有していれば、公知の樹脂を用いることができる。例えば、導電性を有する樹脂としては、イオン導電性を有する樹脂であってよい。導電性を有する樹脂としては、ゲル電解質、ドライポリマー電解質が挙げられる。安全性の観点から、可燃性の電解液を含まないドライポリマー電解質が好ましい。
導電性を有する樹脂としては、ポリウレタン、ポリアクリル、ポリエーテルの少なくともいずれかを主鎖構造中に含むことが好ましい。また、ポリエーテル、ポリエーテルを含むウレタン樹脂、ポリエーテルを含むアクリル樹脂がより好ましく、ポリエーテルを含むウレタン樹脂がさらに好ましい。また、ポリエーテルとしては、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとの共重合体が好ましい。
導電性を有する樹脂は、導電性を有するために、構造中にカチオン構造などのイオン性官能基を含むことが好ましい。また、導電性を有する樹脂は、アニオンを含むことが好ましい。さらに、導電性を有する樹脂は、導電助剤や、支持電解質を含むことによって導電性を有していてもよい。
The conductive resin is not particularly limited, and any known resin can be used as long as it has conductivity. For example, the conductive resin may be a resin with ionic conductivity. Examples of the conductive resin include gel electrolytes and dry polymer electrolytes. From the viewpoint of safety, dry polymer electrolytes that do not contain flammable electrolytic solutions are preferred.
The conductive resin preferably contains at least one of polyurethane, polyacrylic, and polyether in its main chain structure. Polyether, urethane resin containing polyether, and acrylic resin containing polyether are more preferred, and urethane resin containing polyether is even more preferred. The polyether is preferably a copolymer of polyethylene glycol and polypropylene glycol.
The conductive resin preferably contains an ionic functional group such as a cationic structure in its structure to have conductivity. The conductive resin preferably contains an anion. Furthermore, the conductive resin may have conductivity by containing a conductive assistant or a supporting electrolyte.

イオン性基としてはカチオン性含窒素複素環構造、並びに直鎖若しくは分岐を有する構造のアンモニウムカチオンからなる群から選択される少なくとも一のカチオン構造であることが好ましい。
カチオン性含窒素複素環構造は、特に限定されないが、四員環~八員環であってよい。
カチオン性含窒素複素環構造としては、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピラジニウムカチオン、ピリミジニウムカチオン、アゼピニウムカチオン、キノリニウムカチオン、イソキノリニウムカチオン、インドリニウムカチオン、キノキサリニウムカチオン、トリアゾリウムカチオン、トリアジニウムカチオン、及びチアゾリニウムカチオンのようなカチオン性含窒素芳香族複素環構造;ピロリジニウムカチオン、ピロリニウムカチオン、イミダゾリニウムカチオン、イミダゾリジニウムカチオン、ピペラジニウムカチオン、アゼパニウムカチオン、1,3-ジアゼパニウムカチオンや1,4-ジアゼパニウムカチオンのようなジアゼパニウムカチオン、アゾカニウムカチオン、オキサゾリニウムカチオン、及びモルホリニウムカチオンのようなカチオン性含窒素脂肪族複素環構造が挙げられる。中でも、カチオン性含窒素芳香族複素環構造としてはイミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン及びピラジニウムカチオンからなる群から選択される少なくとも一が好ましく、イミダゾリウムカチオンがより好ましい。カチオン性含窒素脂肪族複素環構造としてはピロリジニウムカチオン及びピペラジニウムカチオンからなる群から選択される少なくとも一が好ましく、ピロリジニウムカチオンがより好ましい。
The ionic group is preferably at least one cationic structure selected from the group consisting of cationic nitrogen-containing heterocyclic structures and ammonium cations having a linear or branched structure.
The cationic nitrogen-containing heterocyclic structure is not particularly limited, but may be a four- to eight-membered ring.
Examples of the cationic nitrogen-containing heterocyclic structure include cationic nitrogen-containing aromatic heterocyclic structures such as imidazolium cation, pyridinium cation, pyrazinium cation, pyrimidinium cation, azepinium cation, quinolinium cation, isoquinolinium cation, indolinium cation, quinoxalinium cation, triazolium cation, triazinium cation, and thiazolinium cation; and cationic nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structures such as pyrrolidinium cation, pyrrolinium cation, imidazolinium cation, imidazolidinium cation, piperazinium cation, azepanium cation, diazepanium cation such as 1,3-diazepanium cation and 1,4-diazepanium cation, azocanium cation, oxazolinium cation, and morpholinium cation. Among these, the cationic nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure is preferably at least one selected from the group consisting of imidazolium cation, pyridinium cation, and pyrazinium cation, and more preferably an imidazolium cation. The cationic nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure is preferably at least one selected from the group consisting of a pyrrolidinium cation and a piperazinium cation, and more preferably a pyrrolidinium cation.

直鎖若しくは分岐を有する構造のアンモニウムカチオンとしては、第一級アンモニウムカチオン、第二級アンモニウムカチオン、第三級アンモニウムカチオン及び第四級アンモニウムカチオンが挙げられ、中でも第四級アンモニウムカチオンであることが好ましい。
アンモニウムカチオンが有する炭化水素基は特に限定されないが、例えば炭素数1~8(好ましくは1~4、より好ましくは1~2、さらに好ましくは1)の炭化水素基を有していてよい。また、直鎖若しくは分岐を有する構造のアンモニウムカチオンは、下記式(4)で示される構造であってよい。
カチオン構造は、炭化水素基など、任意の置換基を有していてもよい。例えば、カチオン構造は、下記式(1)~(6)で示される構造からなる群から選択される少なくとも一の構造を含むことが好ましい。以下、式(1)~(6)で示される各構造について説明する。
Examples of the ammonium cation having a straight chain or branched structure include primary ammonium cations, secondary ammonium cations, tertiary ammonium cations and quaternary ammonium cations, and among these, quaternary ammonium cations are preferred.
The hydrocarbon group of the ammonium cation is not particularly limited, and may be, for example, a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4, more preferably 1 to 2, and even more preferably 1). The ammonium cation having a linear or branched structure may have a structure represented by the following formula (4):
The cationic structure may have any substituent, such as a hydrocarbon group. For example, the cationic structure preferably includes at least one structure selected from the group consisting of structures represented by the following formulas (1) to (6). Each structure represented by formulas (1) to (6) will be described below.

以下、式(1)で示される構造について説明する。

式(1)中、R及びRは、各々が結合する窒素原子とともに五員環の含窒素芳香族複素環構造を形成する炭化水素基を表し、Z~Zは、各々独立に下記式(X)で示される構造、水素原子、水酸基、炭素数1~4(好ましくは1~2、より好ましくは1)の炭化水素基又は水酸基を有する炭素数1~4(好ましくは1~2、より好ましくは1)の炭化水素基を表し、Z~Zの少なくとも一は下記式(X)で示される構造であり、dは0~3(好ましくは0又は1)の整数を表す。
The structure represented by formula (1) will be described below.

In formula (1), R 1 and R 2 represent hydrocarbon groups which form a five-membered nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure together with the nitrogen atom to which they are bonded, Z 1 to Z 3 each independently represent a structure represented by the following formula (X), a hydrogen atom, a hydroxyl group, a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 2, more preferably 1), or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 2, more preferably 1) and a hydroxyl group, at least one of Z 1 to Z 3 represents a structure represented by the following formula (X), and d 1 represents an integer of 0 to 3 (preferably 0 or 1).

炭素数1~4の炭化水素基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましく、炭素数1~2のアルキル基がより好ましく、炭素数1のアルキル基がさらに好ましい。
水酸基を有する炭素数1~4の炭化水素基は、炭素数1~4のヒドロキシアルキル基が好ましく、炭素数1~2のヒドロキシアルキル基がより好ましく、炭素数1のヒドロキシアルキル基がさらに好ましい。また、水酸基を2以上有していてもよい。
式(1)で示される構造は、少なくとも1つの下記式(X)で示される構造と、2つの
窒素原子とを有する、五員環の含窒素芳香族複素環構造のカチオンを表す。また、式(1)中の含窒素芳香族複素環構造は、例えばイミダゾリウムカチオンであることが好ましい。
式(1)で示される構造を、導電性を有する樹脂の構造中に含有させる方法は特に限定されないが、例えば、導電性を有する樹脂がウレタン樹脂である場合、式(1)で示される五員環の含窒素芳香族複素環構造のカチオンに対応する構造のイオン化合物と、イソシアネート化合物とを反応させることにより、ウレタン樹脂の構造中に式(1)で示される構造が少なくとも一つ含まれる。
The hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and even more preferably an alkyl group having 1 carbon atom.
The hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms and a hydroxyl group is preferably a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably a hydroxyalkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and even more preferably a hydroxyalkyl group having 1 carbon atom. The hydrocarbon group may have two or more hydroxyl groups.
The structure represented by formula (1) represents a cation of a five-membered nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure having at least one structure represented by the following formula (X) and two nitrogen atoms. The nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure in formula (1) is preferably, for example, an imidazolium cation.
The method for incorporating the structure represented by formula (1) into the structure of a conductive resin is not particularly limited. For example, when the conductive resin is a urethane resin, at least one structure represented by formula (1) is incorporated into the structure of the urethane resin by reacting an ionic compound having a structure corresponding to the cation of the five-membered nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure represented by formula (1) with an isocyanate compound.

式(1)における五員環の含窒素芳香族複素環構造としては、上述のカチオン構造の欄に記載のカチオン性含窒素芳香族複素環構造を用いることができ、中でもイミダゾリウムカチオンが好ましい。
式(1)における五員環の含窒素芳香族複素環構造のカチオンに対応する構造のイオン化合物の例としては、式(1)中のZ~Zの少なくとも一が、水酸基を有し、かつ直鎖又は分岐を有する2価の炭化水素であるイオン化合物が挙げられる。このイオン化合物の例として、イミダゾリウムカチオンを含むイオン化合物を以下に挙げる。
As the five-membered nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure in formula (1), the cationic nitrogen-containing aromatic heterocyclic structures described in the above section on cation structures can be used, and among these, imidazolium cations are preferred.
Examples of ionic compounds having a structure corresponding to the cation of the five-membered nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure in formula (1) include ionic compounds in which at least one of Z 1 to Z 3 in formula (1) is a linear or branched divalent hydrocarbon having a hydroxyl group. Examples of such ionic compounds include ionic compounds containing an imidazolium cation, as shown below.

1-メチル-3-ヒドロキシメチルイミダゾリウムカチオン、1-メチル-3-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、1-メチル-3-(3-ヒドロキシプロピル)イミダゾリウムカチオン、1-メチル-3-(4-ヒドロキシブチル)イミダゾリウムカチオン、1-エチル-3-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、1-n-ブチル-3-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、1,3-ジメチル-2-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、1,3-ジメチル-2-(4-ヒドロキシブチル)イミダゾリウムカチオン、1,3-ジメチル-4-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン;
1,3-ビスヒドロキシメチルイミダゾリウムカチオン、1,3-ビス(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、2-メチル-1,3-ビスヒドロキシメチルイミダゾリウムカチオン、2-メチル-1,3-ビス(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、4-メチル-1,3-ビス(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、2-エチル-1,3ビス(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、4-エチル-1,3-ビス(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、2-n-ブチル1,3-ビス(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、4-n-ブチル-1,3-ビス(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、1,3-ビス(3-ヒドロキシプロピル)イミダゾリウムカチオン、1,3-ビス(4-ヒドロキシブチル)イミダゾリウムカチオン、1-メチル-2,3-ビス(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、1-メチル-3,4-ビス(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、1-メチル-3,5-ビス(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン;
1,2,3-トリスヒドロキシメチルイミダゾリウムカチオン、1,2,3-トリス(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、1,2,3-トリス(3-ヒドロキシプロピル)イミダゾリウムカチオン、1,2,3-トリス(4-ヒドロキシブチル)イミダゾリウムカチオン、1,3,4-トリスヒドロキシメチルイミダゾリウムカチオン、1,3,4-トリス(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムカチオン、1,3,4-トリス(3-ヒドロキシプロピル)イミダゾリウムカチオン、1,3,4-トリス(4-ヒドロキシブチル)イミダゾリウムカチオン;
及びこれらの誘導体。
1-methyl-3-hydroxymethylimidazolium cation, 1-methyl-3-(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 1-methyl-3-(3-hydroxypropyl)imidazolium cation, 1-methyl-3-(4-hydroxybutyl)imidazolium cation, 1-ethyl-3-(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 1-n-butyl-3-(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 1,3-dimethyl-2-(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 1,3-dimethyl-2-(4-hydroxybutyl)imidazolium cation, 1,3-dimethyl-4-(2-hydroxyethyl)imidazolium cation;
1,3-bishydroxymethylimidazolium cation, 1,3-bis(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 2-methyl-1,3-bishydroxymethylimidazolium cation, 2-methyl-1,3-bis(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 4-methyl-1,3-bis(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 2-ethyl-1,3-bis(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 4-ethyl-1,3-bis(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 2-n-butyl 1,3-bis(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 4-n-butyl-1,3-bis(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 1,3-bis(3-hydroxypropyl)imidazolium cation, 1,3-bis(4-hydroxybutyl)imidazolium cation, 1-methyl-2,3-bis(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 1-methyl-3,4-bis(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 1-methyl-3,5-bis(2-hydroxyethyl)imidazolium cation;
1,2,3-trishydroxymethylimidazolium cation, 1,2,3-tris(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 1,2,3-tris(3-hydroxypropyl)imidazolium cation, 1,2,3-tris(4-hydroxybutyl)imidazolium cation, 1,3,4-trishydroxymethylimidazolium cation, 1,3,4-tris(2-hydroxyethyl)imidazolium cation, 1,3,4-tris(3-hydroxypropyl)imidazolium cation, 1,3,4-tris(4-hydroxybutyl)imidazolium cation;
and their derivatives.

以下、式(2)で示される構造について説明する。

式(2)中、Rは、結合する窒素原子とともに含窒素芳香族複素環構造を形成する炭化水素基を表し、Z及びZは、各々独立に式(X)で示される構造、水素原子、水酸基、炭素数1~4(好ましくは1~2、より好ましくは1)の炭化水素基又は水酸基を有する炭素数1~4(好ましくは1~2、より好ましくは1)の炭化水素基を表し、Z及びZの少なくとも一は、式(X)で示される構造であり、dは0~5(好ましくは0又は1)の整数を表す。
The structure represented by formula (2) will be described below.

In formula (2), R3 represents a hydrocarbon group which forms a nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure together with the nitrogen atom to which it is bonded; Z4 and Z5 each independently represent a structure represented by formula (X), a hydrogen atom, a hydroxyl group, a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 2, more preferably 1), or a hydrocarbon group having a hydroxyl group and having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 2, more preferably 1), at least one of Z4 and Z5 represents a structure represented by formula (X), and d2 represents an integer of 0 to 5 (preferably 0 or 1).

炭素数1~4の炭化水素基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましく、炭素数1~2のアルキル基がより好ましく、炭素数1のアルキル基がさらに好ましい。
水酸基を有する炭素数1~4の炭化水素基は、炭素数1~4のヒドロキシアルキル基が好ましく、炭素数1~2のヒドロキシアルキル基がより好ましく、炭素数1のヒドロキシアルキル基がさらに好ましい。また、水酸基を2以上有していてもよい。
式(2)で示される構造は、少なくとも1つの下記式(X)で示される構造を有する、含窒素芳香族複素環構造のカチオンを表す。また、式(2)中の含窒素芳香族複素環構造は、五員環~八員環であってよく、五員環又は六員環であることが好ましい。式(2)中の含窒素芳香族複素環構造は、例えばピリジニウムカチオンであることが好ましい。
式(2)で示される構造を、導電性を有する樹脂の構造中に含有させる方法は特に限定されないが、例えば、導電性を有する樹脂がウレタン樹脂である場合、式(2)で示される含窒素芳香族複素環構造のカチオンに対応する構造のイオン化合物と、イソシアネート基とを反応させることにより、ウレタン樹脂の構造中に式(2)で示される構造が少なくとも一つ含まれる。
The hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and even more preferably an alkyl group having 1 carbon atom.
The hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms and a hydroxyl group is preferably a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably a hydroxyalkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and even more preferably a hydroxyalkyl group having 1 carbon atom. The hydrocarbon group may have two or more hydroxyl groups.
The structure represented by formula (2) represents a cation of a nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure having at least one structure represented by the following formula (X). The nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure in formula (2) may be a five- to eight-membered ring, and is preferably a five- or six-membered ring. The nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure in formula (2) is preferably, for example, a pyridinium cation.
There are no particular limitations on the method for incorporating the structure represented by formula (2) into the structure of a conductive resin. For example, when the conductive resin is a urethane resin, at least one structure represented by formula (2) is incorporated into the structure of the urethane resin by reacting an ionic compound having a structure corresponding to the cation of the nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure represented by formula (2) with an isocyanate group.

式(2)における含窒素芳香族複素環構造としては、上記のカチオン構造の欄に記載のカチオン性含窒素芳香族複素環構造を用いることができ、中でもピリジニウムカチオンが好ましい。
式(2)における含窒素芳香族複素環構造のカチオンに対応する構造のイオン化合物の例としては、式(2)中のZ及びZの少なくとも一が、水酸基を有し、かつ直鎖又は分岐を有する2価の炭化水素であるイオン化合物が挙げられる。このイオン化合物の例として、ピリジニウムカチオンを含むイオン化合物を以下に挙げる。
As the nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure in formula (2), the cationic nitrogen-containing aromatic heterocyclic structures described in the above section on cation structures can be used, and among these, pyridinium cations are preferred.
Examples of ionic compounds having a structure corresponding to the cation of the nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure in formula (2) include ionic compounds in which at least one of Z4 and Z5 in formula (2) is a linear or branched divalent hydrocarbon having a hydroxyl group. Examples of such ionic compounds include ionic compounds containing a pyridinium cation, such as:

1-ヒドロキシメチルピリジニウムカチオン、1-(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、1-(3-ヒドロキシプロピル)ピリジニウムカチオン、1-(4-ヒドロキシブチル)ピリジニウムカチオン、2-メチル-1-(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、3-メチル-1-(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、4-メチル-1-(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、3-エチル-1-(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、3-n-ブチル-1-(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、1-メチル-2-ヒドロキシメチルピリジニウムカチオン、1-メチル-3-ヒドロキシメチルピリジニウムカチオン、1-メチル-4-ヒドロキシメチルピリジニウムカチオン、1-メチル-2-(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、1-メチル-3-(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、1-メチル-4-(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、1-エチル-3-(2-
ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、1-n-ブチル-3-(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、2-メチル-4-n-ブチル-1-(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン;
1,2-ビスヒドロキシメチルピリジニウムカチオン、1,3-ビスヒドロキシメチルピリジニウムカチオン、1,4-ビスヒドロキシメチルピリジニウムカチオン、1,2-ビス(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、1,3-ビス(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、1,4-ビス(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、1,2-ビス(3-ヒドロキシプロピル)ピリジニウムカチオン、1,2-ビス(3-ヒドロキシプロピル)ピリジニウムカチオン、1,3-ビス(3-ヒドロキシプロピル)ピリジニウムカチオン、1,4-ビス(3-ヒドロキシプロピル)ピリジニウムカチオン、1,2-ビス(4-ヒドロキシブチル)ピリジニウムカチオン、1,3-ビス(4-ヒドロキシブチル)ピリジニウムカチオン、1,4-ビス(4-ヒドロキシブチル)ピリジニウムカチオン、2-メチル-1,3-ビス(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、2-エチル-1,3-ビス(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、5-メチル-1,3-ビス(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、5-エチル-1,3-ビス(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン;
1,2,4-トリスヒドロキシメチルピリジニウムカチオン、1,2,4-トリス(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、1,2,4-トリス(3-ヒドロキシプロピル)ピリジニウムカチオン、1,2,4-トリス(4-ヒドロキシブチル)ピリジニウムカチオン、1,3,5-トリスヒドロキシメチルピリジニウムカチオン、1,3,5-トリス(2-ヒドロキシエチル)ピリジニウムカチオン、1,3,5-トリス(3-ヒドロキシプロピル)ピリジニウムカチオン、1,3,5-トリス(4-ヒドロキシブチル)ピリジニウムカチオン;
及びこれらの誘導体。
1-hydroxymethylpyridinium cation, 1-(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 1-(3-hydroxypropyl)pyridinium cation, 1-(4-hydroxybutyl)pyridinium cation, 2-methyl-1-(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 3-methyl-1-(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 4-methyl-1-(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 3-ethyl-1-(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 3-n-butyl-1-(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 1-methyl-2-hydroxymethylpyridinium cation, 1-methyl-3-hydroxymethylpyridinium cation, 1-methyl-4-hydroxymethylpyridinium cation, 1-methyl-2-(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 1-methyl-3-(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 1-methyl-4-(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 1-ethyl-3-(2-
1-n-butyl-3-(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 1-n-butyl-3-(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 2-methyl-4-n-butyl-1-(2-hydroxyethyl)pyridinium cation;
1,2-bishydroxymethylpyridinium cation, 1,3-bishydroxymethylpyridinium cation, 1,4-bishydroxymethylpyridinium cation, 1,2-bis(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 1,3-bis(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 1,4-bis(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 1,2-bis(3-hydroxypropyl)pyridinium cation, 1,2-bis(3-hydroxypropyl)pyridinium cation, 1,3-bis(3-hydroxypropyl)pyridinium cation, 1, 4-bis(3-hydroxypropyl)pyridinium cation, 1,2-bis(4-hydroxybutyl)pyridinium cation, 1,3-bis(4-hydroxybutyl)pyridinium cation, 1,4-bis(4-hydroxybutyl)pyridinium cation, 2-methyl-1,3-bis(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 2-ethyl-1,3-bis(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 5-methyl-1,3-bis(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 5-ethyl-1,3-bis(2-hydroxyethyl)pyridinium cation;
1,2,4-trishydroxymethylpyridinium cation, 1,2,4-tris(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 1,2,4-tris(3-hydroxypropyl)pyridinium cation, 1,2,4-tris(4-hydroxybutyl)pyridinium cation, 1,3,5-trishydroxymethylpyridinium cation, 1,3,5-tris(2-hydroxyethyl)pyridinium cation, 1,3,5-tris(3-hydroxypropyl)pyridinium cation, 1,3,5-tris(4-hydroxybutyl)pyridinium cation;
and their derivatives.

以下、式(3)で示される構造について説明する。

式(3)中、R及びRは、各々が結合する窒素原子とともに六員環の含窒素芳香族複素環構造を形成する炭化水素基を表し、Z及びZは、各々独立に下記式(X)で示される構造、水素原子、水酸基、炭素数1~4(好ましくは1~2、より好ましくは1)の炭化水素基又は水酸基を有する炭素数1~4(好ましくは1~2、より好ましくは1)の炭化水素基を表し、Z及びZの少なくとも一は、下記式(X)で示される構造であり、dは0~4(好ましくは0~2)の整数を表す。
The structure represented by formula (3) will be described below.

In formula (3), R 4 and R 5 represent hydrocarbon groups which form a six-membered nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure together with the nitrogen atom to which they are bonded, Z 6 and Z 7 each independently represent a structure represented by the following formula (X), a hydrogen atom, a hydroxyl group, a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 2, more preferably 1), or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 2, more preferably 1) and a hydroxyl group, at least one of Z 6 and Z 7 represents a structure represented by the following formula (X), and d 3 represents an integer of 0 to 4 (preferably 0 to 2).

炭素数1~4の炭化水素基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましく、炭素数1~2のアルキル基がより好ましく、炭素数1のアルキル基がさらに好ましい。
水酸基を有する炭素数1~4の炭化水素基は、炭素数1~4のヒドロキシアルキル基が好ましく、炭素数1~2のヒドロキシアルキル基がより好ましく、炭素数1のヒドロキシアルキル基がさらに好ましい。また、水酸基を2以上有していてもよい。
式(3)で示される構造は、少なくとも1つの下記式(X)で示される構造と、2つの窒素原子とを有する、六員環の含窒素芳香族複素環構造のカチオンを表す。また、式(3)中の含窒素芳香族複素環構造は、例えばピラジニウムカチオンであることが好ましい。
式(3)で示される構造を、導電性を有する樹脂の構造中に含有させる方法は特に限定されないが、例えば、導電性を有する樹脂がウレタン樹脂である場合、式(3)で示される六員環の含窒素芳香族複素環構造のカチオンに対応する構造のイオン化合物と、イソシアネート化合物とを反応させることにより、ウレタン樹脂の構造中に式(3)で示される構造が少なくとも一つ含まれる。
The hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and even more preferably an alkyl group having 1 carbon atom.
The hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms and a hydroxyl group is preferably a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably a hydroxyalkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and even more preferably a hydroxyalkyl group having 1 carbon atom. The hydrocarbon group may have two or more hydroxyl groups.
The structure represented by formula (3) represents a cation of a six-membered nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure having at least one structure represented by the following formula (X) and two nitrogen atoms. The nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure in formula (3) is preferably, for example, a pyrazinium cation.
The method for incorporating the structure represented by formula (3) into the structure of a conductive resin is not particularly limited. For example, when the conductive resin is a urethane resin, at least one structure represented by formula (3) is incorporated into the structure of the urethane resin by reacting an ionic compound having a structure corresponding to the cation of the six-membered nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure represented by formula (3) with an isocyanate compound.

式(3)における六員環の含窒素芳香族複素環構造としては、上述のカチオン構造の欄に記載のカチオン性含窒素芳香族複素環構造を用いることができ、中でもピリミジニウムカチオン、ピラジニウムカチオンが好ましい。
式(3)における六員環の含窒素芳香族複素間構造のカチオンに対応する構造のイオン化合物の例としては、式(3)中のZ及びZの少なくとも一が、水酸基を有し、かつ直鎖又は分岐を有する2価の炭化水素であるイオン化合物が挙げられる。このイオン化合物の例として、ピリミジウムカチオンを含むイオン化合物を以下に挙げる。
As the six-membered nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure in formula (3), the cationic nitrogen-containing aromatic heterocyclic structures described in the above section on cation structures can be used, and among these, pyrimidinium cations and pyrazinium cations are preferred.
Examples of ionic compounds having a structure corresponding to the cation of the six-membered nitrogen-containing aromatic heterocyclic structure in formula (3) include ionic compounds in which at least one of Z6 and Z7 in formula (3) is a linear or branched divalent hydrocarbon having a hydroxyl group. Examples of such ionic compounds include ionic compounds containing pyrimidium cations as follows.

1,4-ビス(2-ヒドロキシエチル)ピリミジニウムカチオン、1,5-ビス(3-ヒドロキシブチル)ピリミジニウムカチオン、1-(4-ヒドロキシブチル)-4-(2-ヒドロキシエチル)ピリミジニウムカチオン、1,4-ビス(2-ヒドロキシエチル)-2-メチルピリミジニウムカチオン;及びこれらの誘導体。 1,4-bis(2-hydroxyethyl)pyrimidinium cation, 1,5-bis(3-hydroxybutyl)pyrimidinium cation, 1-(4-hydroxybutyl)-4-(2-hydroxyethyl)pyrimidinium cation, 1,4-bis(2-hydroxyethyl)-2-methylpyrimidinium cation; and derivatives thereof.

以下、式(4)で示される構造について説明する。

式(4)中、Rは、水素原子又は炭素数1~4(好ましくは1~2)の炭化水素基を表し、Z~Z10は、各々独立に、下記式(X)で示される構造、水素原子、水酸基、炭素数1~4(好ましくは1~2、より好ましくは1)の炭化水素基又は水酸基を有する炭素数1~4(好ましくは1~2、より好ましくは1)の炭化水素基を表し、Z~Z10の少なくとも一は下記式(X)で示される構造である。
The structure represented by formula (4) will be described below.

In formula (4), R 7 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 or 2), and Z 8 to Z 10 each independently represent a structure represented by the following formula (X), a hydrogen atom, a hydroxyl group, a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 2, more preferably 1), or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 2, more preferably 1) and a hydroxyl group, and at least one of Z 8 to Z 10 represents a structure represented by the following formula (X):

炭素数1~4の炭化水素基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましく、炭素数1~2のアルキル基がより好ましく、炭素数1のアルキル基がさらに好ましい。
水酸基を有する炭素数1~4の炭化水素基は、炭素数1~4のヒドロキシアルキル基が好ましく、炭素数1~2のヒドロキシアルキル基がより好ましく、炭素数1のヒドロキシアルキル基がさらに好ましい。また、水酸基を2以上有していてもよい。
式(4)で示される構造は、少なくとも1つの下記式(X)で示される構造を有するアンモニウムカチオンを表す。
式(4)で示される構造を、導電性を有する樹脂の構造中に含有させる方法は特に限定されないが、例えば、導電性を有する樹脂がウレタン樹脂である場合、式(4)で示されるアンモニウムカチオンに対応する構造のイオン化合物と、イソシアネート化合物とを反応させることにより、ウレタン樹脂の構造中に式(4)で示される構造が少なくとも一つ含まれる。
The hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and even more preferably an alkyl group having 1 carbon atom.
The hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms and a hydroxyl group is preferably a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably a hydroxyalkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and even more preferably a hydroxyalkyl group having 1 carbon atom. The hydrocarbon group may have two or more hydroxyl groups.
The structure represented by formula (4) represents an ammonium cation having at least one structure represented by the following formula (X):
There are no particular limitations on the method for incorporating the structure represented by formula (4) into the structure of a conductive resin. For example, when the conductive resin is a urethane resin, at least one structure represented by formula (4) is incorporated into the structure of the urethane resin by reacting an ionic compound having a structure corresponding to the ammonium cation represented by formula (4) with an isocyanate compound.

式(4)におけるアンモニウムカチオンとしては、上述のカチオン構造の欄に記載の直鎖若しくは分岐を有する構造のアンモニウムカチオンを用いることができ、中でも第四級
アンモニウムカチオンが好ましい。
式(4)におけるアンモニウムカチオンに対応する構造のイオン化合物の例としては、式(4)中のZ~Z10の少なくとも一が、水酸基を有し、かつ直鎖又は分岐を有する2価の炭化水素であるイオン化合物が挙げられる。このイオン化合物の例として、第四級アンモニウムカチオンを含むイオン化合物を以下に挙げる。
As the ammonium cation in formula (4), ammonium cations having a straight-chain or branched structure as described in the above-mentioned column for cation structure can be used, and among these, quaternary ammonium cations are preferred.
Examples of ionic compounds having a structure corresponding to the ammonium cation in formula (4) include ionic compounds in which at least one of Z 8 to Z 10 in formula (4) is a linear or branched divalent hydrocarbon having a hydroxyl group. Examples of such ionic compounds include ionic compounds containing a quaternary ammonium cation listed below.

2-ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムカチオン、2-ヒドロキシエチルトリエチルアンモニウムカチオン、4-ヒドロキシブチルトリメチルアンモニウムカチオン、4-ヒドロキシブチル-トリ-n-ブチルアンモニウムカチオン;
ビス(ヒドロキシメチル)ジメチルアンモニウムカチオン、ビス(2-ヒドロキシエチル)ジメチルアンモニウムカチオン、ビス(3-ヒドロキシプロピル)ジメチルアンモニウムカチオン、ビス(4-ヒドロキシブチル)ジメチルアンモニウムカチオン;
トリス(ヒドロキシメチル)メチルアンモニウムカチオン、トリス(2-ヒドロキシエチル)メチルアンモニウムカチオン、トリス(3-ヒドロキシプロピル)メチルアンモニウムカチオン、トリス(4-ヒドロキシブチル)メチルアンモニウムカチオン;
及びこれらの誘導体。
2-hydroxyethyltrimethylammonium cation, 2-hydroxyethyltriethylammonium cation, 4-hydroxybutyltrimethylammonium cation, 4-hydroxybutyl-tri-n-butylammonium cation;
bis(hydroxymethyl)dimethylammonium cation, bis(2-hydroxyethyl)dimethylammonium cation, bis(3-hydroxypropyl)dimethylammonium cation, bis(4-hydroxybutyl)dimethylammonium cation;
Tris(hydroxymethyl)methylammonium cation, tris(2-hydroxyethyl)methylammonium cation, tris(3-hydroxypropyl)methylammonium cation, tris(4-hydroxybutyl)methylammonium cation;
and their derivatives.

以下、式(5)で示される構造について説明する。

式(5)中、R及びRは、各々が結合する窒素原子とともに含窒素脂肪族複素環構造を形成する炭化水素基を表し、Z11~Z14は、各々独立に下記式(X)で示される構造、水素原子、水酸基、炭素数1~4(好ましくは1~2、より好ましくは1)の炭化水素基又は水酸基を有する炭素数1~4(好ましくは1~2、より好ましくは1)の炭化水素基を表し、Z11~Z14の少なくとも一は、下記式(X)で示される構造であり、dは0~4(好ましくは0~2)の整数を表す。
The structure represented by formula (5) will be described below.

In formula (5), R 8 and R 9 represent hydrocarbon groups which form a nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure together with the nitrogen atom to which they are bonded, Z 11 to Z 14 each independently represent a structure represented by the following formula (X), a hydrogen atom, a hydroxyl group, a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 2, more preferably 1), or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 2, more preferably 1) and a hydroxyl group, at least one of Z 11 to Z 14 represents a structure represented by the following formula (X), and d 4 represents an integer of 0 to 4 (preferably 0 to 2).

炭素数1~4の炭化水素基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましく、炭素数1~2のアルキル基がより好ましく、炭素数1のアルキル基がさらに好ましい。
水酸基を有する炭素数1~4の炭化水素基は、炭素数1~4のヒドロキシアルキル基が好ましく、炭素数1~2のヒドロキシアルキル基がより好ましく、炭素数1のヒドロキシアルキル基がさらに好ましい。また、水酸基を2以上有していてもよい。
式(5)で示される構造は、少なくとも1つの下記式(X)で示される構造と、2つの窒素原子とを有する、含窒素脂肪族複素環構造のカチオンを表す。また、式(5)中の含窒素脂肪族複素環構造は、五員環~八員環であってよく、五員環又は六員環であることが好ましい。式(5)中の含窒素脂肪族複素環構造は、例えばピペラジニウムカチオンであることが好ましい。
式(5)で示される構造を、導電性を有する樹脂の構造中に含有させる方法は特に限定されないが、例えば、導電性を有する樹脂がウレタン樹脂である場合、式(5)で示される含窒素脂肪族複素環構造のカチオンに対応する構造のイオン化合物と、イソシアネート化合物とを反応させることにより、ウレタン樹脂の構造中に式(5)で示される構造が少なくとも一つ含まれる。
The hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and even more preferably an alkyl group having 1 carbon atom.
The hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms and a hydroxyl group is preferably a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably a hydroxyalkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and even more preferably a hydroxyalkyl group having 1 carbon atom. The hydrocarbon group may have two or more hydroxyl groups.
The structure represented by formula (5) represents a cation of a nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure having at least one structure represented by the following formula (X) and two nitrogen atoms. The nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure in formula (5) may be a five- to eight-membered ring, and is preferably a five- or six-membered ring. The nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure in formula (5) is preferably, for example, a piperazinium cation.
There are no particular limitations on the method for incorporating the structure represented by formula (5) into the structure of a conductive resin. For example, when the conductive resin is a urethane resin, at least one structure represented by formula (5) is incorporated into the structure of the urethane resin by reacting an ionic compound having a structure corresponding to the cation of the nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure represented by formula (5) with an isocyanate compound.

式(5)における含窒素脂肪族複素環構造としては、上記のカチオン構造の欄に記載のカチオン性含窒素脂肪族複素環構造を用いることができ、中でもピペラジニウムカチオンが好ましい。
式(5)における含窒素脂肪族複素環構造のカチオンに対応する構造のイオン化合物の例としては、式(5)中のZ11~Z14の少なくとも一が、水酸基を有し、かつ直鎖又は分岐を有する2価の炭化水素であるイオン化合物が挙げられる。このイオン化合物の例として、ピペラジニウムカチオンを含むイオン化合物を以下に挙げる。
As the nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure in formula (5), the cationic nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structures described in the above section on cation structures can be used, and among these, piperazinium cations are preferred.
Examples of ionic compounds having a structure corresponding to the cation of the nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure in formula (5) include ionic compounds in which at least one of Z 11 to Z 14 in formula (5) has a hydroxyl group and is a linear or branched divalent hydrocarbon. Examples of such ionic compounds include ionic compounds containing a piperazinium cation listed below.

1,1-ビス(2-ヒドロキシエチル)ピペラジニウムカチオン、1,1,4-トリス(2-ヒドロキシエチル)ピペラジニウムカチオン、1,4-ビス(3-ヒドロキシプロピル)-1-エチルピペラジニウムカチオン、1,4-ビス(2-ヒドロキシエチル)-1,3-ジエチルピペラジニウムカチオン;及びこれらの誘導体。 1,1-bis(2-hydroxyethyl)piperazinium cation, 1,1,4-tris(2-hydroxyethyl)piperazinium cation, 1,4-bis(3-hydroxypropyl)-1-ethylpiperazinium cation, 1,4-bis(2-hydroxyethyl)-1,3-diethylpiperazinium cation; and derivatives thereof.

以下、式(6)で示される構造について説明する。

式(6)中、Rは、結合する窒素原子とともに含窒素脂肪族複素環構造を形成する炭化水素基を表し、Z15~Z17は、各々独立に式(X)で示される構造、水素原子、炭素数1~4(好ましくは1~2、より好ましくは1)の炭化水素基又は水酸基を有する炭素数1~4(好ましくは1~2、より好ましくは1)の炭化水素基を表し、Z15~Z17の少なくとも一は、下記式(X)で示される構造であり、dは0~4(好ましくは0又は1)の整数を表す。
The structure represented by formula (6) will be described below.

In formula (6), R 9 represents a hydrocarbon group which forms a nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure together with the nitrogen atom to which it is bonded, Z 15 to Z 17 each independently represent a structure represented by formula (X), a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 2, more preferably 1), or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 2, more preferably 1) and a hydroxyl group, at least one of Z 15 to Z 17 represents a structure represented by the following formula (X), and d 5 represents an integer of 0 to 4 (preferably 0 or 1).

炭素数1~4の炭化水素基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましく、炭素数1~2のアルキル基がより好ましく、炭素数1のアルキル基がさらに好ましい。
水酸基を有する炭素数1~4の炭化水素基は、炭素数1~4のヒドロキシアルキル基が好ましく、炭素数1~2のヒドロキシアルキル基がより好ましく、炭素数1のヒドロキシアルキル基がさらに好ましい。また、水酸基を2以上有していてもよい。
式(6)で示される構造は、少なくとも1つの下記式(X)で示される構造を有する、含窒素脂肪族複素環構造のカチオンを表す。また、式(6)中の含窒素脂肪族複素環構造は、五員環~八員環であってよく、五員環又は六員環であることが好ましい。式(6)中の含窒素脂肪族複素環構造は、例えばピロリジニウムカチオンであることが好ましい。
式(6)で示される構造を、導電性を有する樹脂の構造中に含有させる方法は特に限定されないが、例えば、導電性を有する樹脂がウレタン樹脂である場合、式(6)で示される含窒素脂肪族複素環構造のカチオンに対応する構造のイオン化合物と、イソシアネート基とを反応させることにより、ウレタン樹脂の構造中に式(6)で示される構造が少なくとも一つ含まれる。
The hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and even more preferably an alkyl group having 1 carbon atom.
The hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms and a hydroxyl group is preferably a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, more preferably a hydroxyalkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and even more preferably a hydroxyalkyl group having 1 carbon atom. The hydrocarbon group may have two or more hydroxyl groups.
The structure represented by formula (6) represents a cation of a nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure having at least one structure represented by the following formula (X). The nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure in formula (6) may be a five- to eight-membered ring, and is preferably a five- or six-membered ring. The nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure in formula (6) is preferably, for example, a pyrrolidinium cation.
There are no particular limitations on the method for incorporating the structure represented by formula (6) into the structure of a conductive resin. For example, when the conductive resin is a urethane resin, at least one structure represented by formula (6) is incorporated into the structure of the urethane resin by reacting an ionic compound having a structure corresponding to the cation of the nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure represented by formula (6) with an isocyanate group.

式(6)における含窒素脂肪族複素環構造としては、上記のカチオン構造の欄に記載のカチオン性含窒素脂肪族複素環構造を用いることができ、中でもピロリジニウムカチオンが好ましい。
式(6)における含窒素脂肪族複素環構造のカチオンに対応する構造のイオン化合物の例としては、式(6)中のZ15~Z17の少なくとも一が、水酸基を有し、かつ直鎖又は分岐を有する2価の炭化水素であるイオン化合物が挙げられる。このイオン化合物の例
として、ピロリジニウムカチオンを含むイオン化合物を以下に挙げる。
As the nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure in formula (6), the cationic nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structures described in the above section on cation structures can be used, and among these, a pyrrolidinium cation is preferred.
Examples of ionic compounds having a structure corresponding to the cation of the nitrogen-containing aliphatic heterocyclic structure in formula (6) include ionic compounds in which at least one of Z 15 to Z 17 in formula (6) has a hydroxyl group and is a linear or branched divalent hydrocarbon. Examples of such ionic compounds include ionic compounds containing a pyrrolidinium cation listed below.

1-メチル-1,2-ビス(2-ヒドロキシエチル)ピロリジニウムカチオン、1-エチル-1,2-ビス(2-ヒドロキシエチル)ピロリジニウムカチオン、1-ブチル-1,2-ビス(2-ヒドロキシエチル)ピロリジニウムカチオン、1-メチル-1,2-ビス(4-ヒドロキシブチル)ピロリジニウムカチオン;およびこれらの誘導体。 1-methyl-1,2-bis(2-hydroxyethyl)pyrrolidinium cation, 1-ethyl-1,2-bis(2-hydroxyethyl)pyrrolidinium cation, 1-butyl-1,2-bis(2-hydroxyethyl)pyrrolidinium cation, 1-methyl-1,2-bis(4-hydroxybutyl)pyrrolidinium cation; and derivatives thereof.

以下、式(X)で示される構造について説明する。

式(X)中、R10は、直鎖又は分岐を有する2価の炭化水素基を表し、記号「*」は、式(1)~(6)中の窒素原子との結合部、又は式(1)~(3)及び式(5)~(6)中の含窒素複素環構造中の炭素原子との結合部を表し、記号「**」は、カチオン構造を有するウレタン樹脂を構成するポリマー鎖中の炭素原子との結合部を表す。
10は、直鎖又は分岐を有する炭素数1~8(好ましくは1~4、より好ましくは1~2)のアルキレン基であることが好ましい。また、R10は、水酸基のような任意の置換基を有していてもよい。
The structure represented by formula (X) will be described below.

In formula (X), R 10 represents a linear or branched divalent hydrocarbon group, the symbol "*" represents a bond to a nitrogen atom in formulas (1) to (6) or a bond to a carbon atom in a nitrogen-containing heterocyclic structure in formulas (1) to (3) and formulas (5) to (6), and the symbol "**" represents a bond to a carbon atom in a polymer chain constituting a urethane resin having a cationic structure.
R 10 is preferably a linear or branched alkylene group having 1 to 8 carbon atoms (preferably 1 to 4 , more preferably 1 to 2), and may have an optional substituent such as a hydroxyl group.

式(X)で示される構造は、例えば、導電性を有する樹脂がウレタン樹脂である場合、式(1)~式(6)で示される構造のカチオンに対応する構造のイオン化合物と、イソシアネート化合物とを反応させることにより形成される構造であってよい。イソシアネート化合物は、ポリエーテルポリオールなどのポリオールと、イソシアネート化合物とを反応させた、ウレタンプレポリマーであることが好ましい。イソシアネート化合物は、例えばポリメリックMDIを用いることができる。 When the conductive resin is a urethane resin, the structure represented by formula (X) may be formed by reacting an ionic compound having a structure corresponding to the cation in the structures represented by formulas (1) to (6) with an isocyanate compound. The isocyanate compound is preferably a urethane prepolymer obtained by reacting a polyol such as polyether polyol with an isocyanate compound. For example, polymeric MDI can be used as the isocyanate compound.

式(1)~(6)で示される構造の中でも、カチオン構造が、式(1)で示される構造又は式(2)で示される構造を含む場合、カチオンとしての安定性が高く、対イオンであるアニオンとのかい離率が高い。そのため、支持電解質としてリチウム塩を含有する場合、リチウム塩のアニオンと相互作用を生じやすくなり、リチウム塩のかい離を促進し、イオン導電率が向上しやすくなるため、好ましい。 Among the structures represented by formulas (1) to (6), when the cation structure includes the structure represented by formula (1) or the structure represented by formula (2), the cation has high stability and a high dissociation rate from the counter anion. Therefore, when a lithium salt is contained as a supporting electrolyte, it is preferred because it is more likely to interact with the anion of the lithium salt, promoting dissociation of the lithium salt and improving ionic conductivity.

導電性を有する樹脂がウレタン樹脂である場合、ウレタン樹脂は、第一のウレタン結合と、第二のウレタン結合と、を有し、さらに第一のウレタン結合と第二のウレタン結合との間に、式(7)で示される構造と、式(8)で示される構造とを含有することが好ましい。ウレタン樹脂がこれらの構造を含有することによって、架橋点間の分子量が大きくてもポリマー主鎖の結晶性が抑制され、特に低温でのイオンの移動阻害をより抑制しやすくなる。そのため、イオン導電率及びレート特性が向上しやすくなる。
このようなウレタン樹脂を製造する方法は特に限定されないが、例えばポリエチレングリコール-プロピレングリコール共重合体をポリオールとして用い、イソシアネート化合物と反応させることによって製造することができる。また、イソシアネート化合物として、ポリエチレングリコール-プロピレングリコール共重合体と、イソシアネート化合物とを反応させたウレタンプレポリマーを、ポリオールと反応させることによっても製造することができる。

When the conductive resin is a urethane resin, the urethane resin preferably has a first urethane bond and a second urethane bond, and further contains a structure represented by formula (7) and a structure represented by formula (8) between the first and second urethane bonds. By containing these structures in the urethane resin, the crystallinity of the polymer main chain is suppressed even if the molecular weight between crosslinking points is large, and the inhibition of ion migration, particularly at low temperatures, is more easily suppressed. Therefore, the ionic conductivity and rate characteristics are more likely to be improved.
The method for producing such a urethane resin is not particularly limited, but it can be produced, for example, by using a polyethylene glycol-propylene glycol copolymer as a polyol and reacting it with an isocyanate compound. Alternatively, it can be produced by reacting a urethane prepolymer obtained by reacting a polyethylene glycol-propylene glycol copolymer with an isocyanate compound as the isocyanate compound with a polyol.

ウレタン樹脂は、下記式(9)で示される構造を含有することがさらに好ましい。ウレタン樹脂が下記式(9)で示される構造を含有することによって、ポリマー主鎖の結晶性が抑制され、特に低温でのリチウムイオンの移動阻害をより抑制しやすくなる。そのため、イオン導電率及びレート特性が向上しやすくなる。

式(9)中、m及びnは、平均付加モル数であり、各々独立に、1以上の自然数であり、n≦m≦9nを満たす。
mは好ましくは1~110であり、より好ましくは34~102である。
nは好ましくは1~55であり、より好ましくは5~43である。
式(9)で示される構造は、例えば、エチレンオキシドとプロピレンオキシドを開環重合して得られるポリエーテルポリオールを用いることによって得られる。
なお、式(9)において(-CH-CH-O-)で表されるエチレンオキシド構造及び(-CH-CH(CH)-O-)で表されるプロピレンオキシド構造の配列は、ブロック共重合でもよいし、ランダム共重合でもよい。好ましくはランダム共重合である。
It is more preferable that the urethane resin contains a structure represented by the following formula (9). When the urethane resin contains the structure represented by the following formula (9), the crystallinity of the polymer main chain is suppressed, and the inhibition of lithium ion migration, particularly at low temperatures, is more easily suppressed. As a result, the ionic conductivity and rate characteristics are more likely to be improved.

In formula (9), m and n are the average number of moles added, and each independently represents a natural number of 1 or more, satisfying n≦m≦9n.
m is preferably 1 to 110, more preferably 34 to 102.
n is preferably 1 to 55, and more preferably 5 to 43.
The structure represented by formula (9) can be obtained, for example, by using a polyether polyol obtained by ring-opening polymerization of ethylene oxide and propylene oxide.
In the formula (9), the arrangement of the ethylene oxide structure represented by (-CH 2 -CH 2 -O-) and the propylene oxide structure represented by (-CH 2 -CH(CH 3 )-O-) may be a block copolymer or a random copolymer, preferably a random copolymer.

樹脂の構造の同定は、例えば、熱分解GC/MS、TF-IR、NMRなどによる公知の分析手法を単独または組み合わせて採用することが可能である。
活物質粒子の内表面に接する導電性を有する樹脂、又は活物質粒子の外表面に接する導電性を有する樹脂の同定は、組成、原子間結合、結晶構造、等のマッピングが可能な公知の手法を、前述の手法を置換するか、または、補うようにして、採用することが可能である。例えば、断面SPMでの粘弾性マッピング、TOF-SIMSによる元素マッピング、FT-IR、ラマンによる炭素間結合のマッピング、軟X線顕微鏡による軟組織の構造マッピング等が利用される。軟X線顕微鏡は、SPring-8のような放射光施設に付設された検査装置を適用可能である。
The structure of the resin can be identified by using known analytical techniques such as pyrolysis GC/MS, TF-IR, and NMR, either singly or in combination.
To identify the conductive resin in contact with the inner surface of the active material particles or the conductive resin in contact with the outer surface of the active material particles, known techniques capable of mapping the composition, interatomic bonds, crystalline structure, etc. can be used to replace or supplement the above-mentioned techniques. For example, viscoelasticity mapping using cross-sectional SPM, element mapping using TOF-SIMS, carbon-carbon bond mapping using FT-IR or Raman, and soft tissue structural mapping using a soft X-ray microscope can be used. For the soft X-ray microscope, an inspection device attached to a synchrotron radiation facility such as SPring-8 can be used.

(アニオン構造)
導電性を有する樹脂が含有することが好ましいアニオンとしては、例えばフルオロアルキルスルホニルイミドアニオン、フルオロスルホニルイミドアニオン、フルオロアルキルスルホネートアニオン、フルオロスルホネートアニオン、フルオロアルキルカルボン酸アニオン、フルオロアルキルメチドアニオン、フルオロホウ酸アニオン、フルオロリン酸アニオン、ジシアナミドアニオン、チオシアネートアニオン、ビスオキサラトホウ酸アニオ
ン、過塩素酸アニオン、及びこれらの誘導体が挙げられる。
(anionic structure)
Examples of anions that the conductive resin preferably contains include a fluoroalkylsulfonylimide anion, a fluorosulfonylimide anion, a fluoroalkylsulfonate anion, a fluorosulfonate anion, a fluoroalkylcarboxylate anion, a fluoroalkylmethide anion, a fluoroborate anion, a fluorophosphate anion, a dicyanamide anion, a thiocyanate anion, a bisoxalatoborate anion, a perchlorate anion, and derivatives thereof.

フルオロアルキルスルホニルイミドアニオンとしては、具体的には、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(ヘプタフルオロプロパンスルホニル)イミドアニオン、ビス(ノナフルオロブタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(ドデカフルオロペンタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(パーフルオロヘキサンスルホニル)イミドアニオンのような、炭素数1以上6以下のフルオロアルキル基を有するフルオロアルキルスルホニルイミドアニオン、および、N,N-ヘキサフルオロプロパン-1,3-ジスルホニルイミドのような環状のフルオロアルキルスルホニルイミドアニオンが挙げられる。 Specific examples of fluoroalkylsulfonylimide anions include fluoroalkylsulfonylimide anions having a fluoroalkyl group having from 1 to 6 carbon atoms, such as bis(trifluoromethanesulfonyl)imide anion, bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide anion, bis(heptafluoropropanesulfonyl)imide anion, bis(nonafluorobutanesulfonyl)imide anion, bis(dodecafluoropentanesulfonyl)imide anion, and bis(perfluorohexanesulfonyl)imide anion, as well as cyclic fluoroalkylsulfonylimide anions such as N,N-hexafluoropropane-1,3-disulfonylimide.

フルオロスルホニルイミドアニオンとしては、具体的には、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンが挙げられる。
フルオロアルキルスルホネートアニオンとしては、具体的には、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、フルオロメタンスルホン酸アニオン、パーフルオロエタンスルホン酸アニオン、パーフルオロプロパンスルホン酸アニオン、パーフルオロブタンスルホン酸アニオン、パーフルオロペンタンスルホン酸アニオン、パーフルオロヘキサンスルホン酸アニオン、パーフルオロオクタンスルホン酸アニオンが挙げられる。
フルオロアルキルカルボン酸アニオンとしては、具体的には、トリフルオロ酢酸アニオン、パーフルオロプロピオン酸アニオン、パーフルオロ酪酸アニオン、パーフルオロ吉草酸アニオン、パーフルオロカプロン酸アニオンが挙げられる。
フルオロアルキルメチドアニオンとしては、具体的には、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチドアニオン、トリス(パーフルオロエタンスルホニル)メチドアニオン、トリス(パーフルオロプロパンスルホニル)メチドアニオン、トリス(パーフルオロブタンスルホニル)メチドアニオン、トリス(パーフルオロペンタンスルホニル)メチドアニオン、トリス(パーフルオロヘキサンスルホニル)メチドアニオン、トリス(パーフルオロオクタンスルホニル)メチドアニオン等のフッ化アルキルスルホニルメチドアニオンが挙げられる。
A specific example of the fluorosulfonylimide anion is a bis(fluorosulfonyl)imide anion.
Specific examples of the fluoroalkylsulfonate anion include trifluoromethanesulfonate anion, fluoromethanesulfonate anion, perfluoroethanesulfonate anion, perfluoropropanesulfonate anion, perfluorobutanesulfonate anion, perfluoropentanesulfonate anion, perfluorohexanesulfonate anion, and perfluorooctanesulfonate anion.
Specific examples of the fluoroalkyl carboxylate anion include a trifluoroacetate anion, a perfluoropropionate anion, a perfluorobutyrate anion, a perfluorovalerate anion, and a perfluorocaproate anion.
Specific examples of the fluoroalkyl methide anion include fluorinated alkylsulfonyl methide anions such as tris(trifluoromethanesulfonyl)methide anion, tris(perfluoroethanesulfonyl)methide anion, tris(perfluoropropanesulfonyl)methide anion, tris(perfluorobutanesulfonyl)methide anion, tris(perfluoropentanesulfonyl)methide anion, tris(perfluorohexanesulfonyl)methide anion, and tris(perfluorooctanesulfonyl)methide anion.

フルオロホウ酸アニオンとしては、具体的には、例えばテトラフルオロホウ酸アニオンが挙げられる。
フルオロリン酸アニオンしては、具体的には、例えばヘキサフルオロリン酸アニオンが挙げられる。
A specific example of the fluoroborate anion is tetrafluoroborate anion.
A specific example of the fluorophosphate anion is hexafluorophosphate anion.

これらのアニオンの中でも、フルオロアルキルスルホニルイミドアニオン、フルオロスルホニルイミドアニオン、フルオロホウ酸アニオン、ジシアナミドアニオン、チオシアネートアニオンからなる群から選択される少なくとも一は、低温環境下における導電性の低下がより少ないため、特に好ましい。 Among these anions, at least one selected from the group consisting of fluoroalkylsulfonylimide anion, fluorosulfonylimide anion, fluoroborate anion, dicyanamide anion, and thiocyanate anion is particularly preferred because it reduces the decrease in conductivity in low-temperature environments.

導電性を有する樹脂は、活物質粒子より高い可撓性を有することが好ましい。導電性を有する樹脂が、活物質粒子より高い可撓性を有することで、充放電に伴う活物質粒子の膨張収縮に応じて、形状変化しやすくなる。その結果、イオン導電性や電子伝導性の低下を抑えやすくなる。導電性を有する樹脂が、活物質粒子より高い可撓性を有することは、ナノインデンター等の市販装置でヤング率を測定することによって確認することができる。 The conductive resin preferably has greater flexibility than the active material particles. When the conductive resin has greater flexibility than the active material particles, it is more likely to change shape in response to the expansion and contraction of the active material particles during charging and discharging. As a result, it becomes easier to prevent a decrease in ionic conductivity and electronic conductivity. Whether the conductive resin has greater flexibility than the active material particles can be confirmed by measuring the Young's modulus using a commercially available device such as a nanoindenter.

導電助剤としては特に限定されず、天然黒鉛、人造黒鉛等のグラファイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、フッ化カーボン粉末、また炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属繊維等の導電性繊維、また金、白金、銀、アルミニウム等の金属粉末、また酸化亜鉛等の導電性ウィスカー、酸化チタン等の導電性金属酸化物、フェニ
レン誘電体等の有機導電性材料等を用いることができる。
The conductive aid is not particularly limited, and examples that can be used include graphite such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black, carbon fluoride powder, conductive fibers such as carbon fiber, carbon nanotube, and metal fiber, metal powders such as gold, platinum, silver, and aluminum, conductive whiskers such as zinc oxide, conductive metal oxides such as titanium oxide, and organic conductive materials such as phenylene dielectrics.

支持電解質としては特に限定されず、例えば導電性を有する樹脂を有機電解質として用いることもでき、リチウム塩のような無機電解質を含んでよい。
また、全固体電池に通常使用されるイオン伝導性固体を用いることができる。例えば、Li-B酸化物系の固体電解質粒子、Li-Yb酸化物系の固体電解質粒子、ナシコン型の固体電解質粒子(LiAlTi(PO、LiAlGe(POなど)、Li-P-O系の固体電解質粒子(LiPO、LiPON(LiPOのOの一部をNで置換した粒子)など)が挙げられる。上記固体電解質粒子の中でも、Li-B酸化物系の固体電解質粒子、Li-Yb酸化物系の固体電解質粒子は、比較的低温(700℃以下)で焼結することができるため、焼結時の正極活物質粒子との反応を抑制し、イオン伝導性を保つことができる。このため、上記固体電解質粒子の中でも、Li-B酸化物系の固体電解質粒子、Li-Yb酸化物系の固体電解質粒子を含むことが好ましい。
The supporting electrolyte is not particularly limited, and for example, a conductive resin can be used as an organic electrolyte, and an inorganic electrolyte such as a lithium salt can also be used.
Furthermore, ion-conductive solids typically used in all-solid-state batteries can be used. Examples include Li-B oxide-based solid electrolyte particles, Li-Yb oxide-based solid electrolyte particles, Nasicon-type solid electrolyte particles (LiAlTi(PO 4 ) 3 , LiAlGe(PO 4 ) 3 , etc.), and Li-P-O-based solid electrolyte particles (Li 3 PO 4 , LiPON (particles in which some of the O in Li 3 PO 4 is replaced with N)). Among the above solid electrolyte particles, Li-B oxide-based solid electrolyte particles and Li-Yb oxide-based solid electrolyte particles can be sintered at relatively low temperatures (700°C or less), thereby suppressing reaction with the positive electrode active material particles during sintering and maintaining ion conductivity. For this reason, among the above solid electrolyte particles, it is preferable to include Li-B oxide-based solid electrolyte particles and Li-Yb oxide-based solid electrolyte particles.

また、支持電解質は、リチウム塩であることがより好ましい。リチウム塩としては、例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiAlCl、LiSbF、LiSCN、LiCFSO、LiAsF、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウム、LiN(CFSO、LiN(CSOからなる群から選択される少なくとも一が挙げられる。
これらの中でも、LiN(CFSO、LiN(CSO及びLiClOからなる群から選択される少なくとも一が好ましい。これらのリチウム塩は、リチウム系活物質に対する化学的な安定性が高く、負極界面において、リチウム塩の分解に伴う絶縁性被膜が生成しにくい。そのため、負極界面の抵抗が変動しにくくなる。リチウム塩は1種を単独で、または2種以上を組み合わせて使用できる。
The supporting electrolyte is more preferably a lithium salt, such as at least one selected from the group consisting of LiClO4, LiBF4 , LiPF6 , LiAlCl4 , LiSbF6 , LiSCN , LiCF3SO3 , LiAsF6 , lower aliphatic lithium carboxylates, LiCl, LiBr, LiI, lithium chloroborane, lithium tetraphenylborate, LiN( CF3SO3 ) 3 , and LiN( C2F5SO2 ) 2 .
Among these, at least one selected from the group consisting of LiN( CF3SO3 ) 3 , LiN ( C2F5SO2 ) 2 , and LiClO4 is preferred. These lithium salts have high chemical stability with respect to lithium-based active materials, and are less likely to produce an insulating coating at the negative electrode interface due to decomposition of the lithium salt. Therefore, the resistance at the negative electrode interface is less likely to fluctuate. The lithium salts can be used alone or in combination of two or more.

支持電解質の含有量は、導電性を有する樹脂100質量部に対して、0.8~40.0質量部であることが好ましく、5.0~40.0質量部であることがより好ましく、5.0~15.0質量部であることがさらに好ましく、5.0~10.0質量部であることが特に好ましい。支持電解質の含有量がこの範囲であると、導電性を有する樹脂と相溶しやすく、低温でも析出することなく、かつ高いイオン導電率が得られる。
導電性を有する樹脂に含まれる指示電解質の種類や、含有量は、溶媒抽出した後、LC-MS等によって測定することができる。
The content of the supporting electrolyte is preferably 0.8 to 40.0 parts by mass, more preferably 5.0 to 40.0 parts by mass, even more preferably 5.0 to 15.0 parts by mass, and particularly preferably 5.0 to 10.0 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the conductive resin. When the content of the supporting electrolyte is within this range, the supporting electrolyte is easily miscible with the conductive resin, does not precipitate even at low temperatures, and high ionic conductivity is obtained.
The type and content of the indicator electrolyte contained in the conductive resin can be measured by solvent extraction followed by LC-MS or the like.

固体電解質粒子は、市販品を用いてもよく、材料として別途調製したものを用いてもよい。
Li-B酸化物系の固体電解質粒子としては、例えばLiBO(株式会社豊島製作所製)や、LiBOのOの一部をCで置換した粒子などを用いることができる。また、Li-Yb酸化物系の固体電解質粒子としては、例えばLi5.9Yb0.81La0.09Zr0.1(BOなどを用いることができる。
The solid electrolyte particles may be commercially available products or may be separately prepared as materials.
Examples of Li-B oxide solid electrolyte particles that can be used include Li 3 BO 3 (manufactured by Toshima Manufacturing Co., Ltd.) and particles in which part of the O in Li 3 BO 3 is substituted with C. Examples of Li-Yb oxide solid electrolyte particles that can be used include Li 5.9 Yb 0.81 La 0.09 Zr 0.1 (BO 3 ) 3 .

活物質粒子の粒子間に、無機電解質を含む電極である場合、活物質粒子の粒子間において、導電性を有する樹脂が含有される領域が、無機電解質が含有される領域と重なることが好ましい。このように、活物質粒子の粒子間において、導電性を有する樹脂が含有される領域が、無機電解質が含有される領域と重なることを、導電性を有する樹脂と、無機電解質とが、共偏在するともいう。また、導電性を有する樹脂が含有される領域内に、無機電解質が含有される領域が含まれることがより好ましい。
導電性を有する樹脂と、無機電解質とが、上記のような関係にあることにより、無機電解質である固体電解質粒子間の界面抵抗を低減する効果がある。一般的に導電性を有する樹脂と比較して固体電解質(バルク)の方がイオン導電性が良好であるものの、固体電解
質粒子間の界面抵抗による導電性低下を引き起こし易い。導電性を有する樹脂が固体電解質粒子の含有される領域と重なることにより、固体電解質(バルク)の高いイオン導電性を大きく低下させることなく、低い抵抗の電極を実現しやすくなる。また、上記のような関係は、後述の断面観察における、元素マッピングの結果により確認することができる。
In the case of an electrode containing an inorganic electrolyte between active material particles, it is preferable that the region between the active material particles containing the conductive resin overlaps with the region between the active material particles containing the inorganic electrolyte. This overlap between the active material particles between the region between the active material particles containing the conductive resin and the region between the active material particles is also referred to as the conductive resin and the inorganic electrolyte being coexisting unevenly. It is more preferable that the region containing the conductive resin includes a region containing the inorganic electrolyte.
The above-described relationship between the conductive resin and the inorganic electrolyte has the effect of reducing the interfacial resistance between the inorganic electrolyte solid electrolyte particles. Although solid electrolytes (bulk) generally have better ionic conductivity than conductive resins, they are prone to a decrease in conductivity due to interfacial resistance between the solid electrolyte particles. The overlap of the conductive resin with the region containing the solid electrolyte particles facilitates the realization of a low-resistance electrode without significantly reducing the high ionic conductivity of the solid electrolyte (bulk). Furthermore, the above-described relationship can be confirmed by the results of elemental mapping in cross-sectional observations, as described below.

<電極前駆体の製造方法>
以下、図面を参照して、電極前駆体の製造方法の一例を詳細に説明する。以下、電極前駆体は、例えば活物質粒子として正極活物質粒子を用いることで、正極前駆体とすることができる。また、活物質粒子として負極活物質粒子を用いることで、負極前駆体とすることができる。
<Method of manufacturing electrode precursor>
An example of a method for manufacturing an electrode precursor will be described in detail below with reference to the drawings. Hereinafter, the electrode precursor can be made into a positive electrode precursor by using positive electrode active material particles as the active material particles. Also, the electrode precursor can be made into a negative electrode precursor by using negative electrode active material particles as the active material particles.

本開示の電極前駆体の製造方法は、下記の4つの工程(第1工程、第2工程、第3工程、及び第4工程)を有することが好ましい。図1は、電極前駆体の製造方法を示すイメージ図である。
(1)粘着部を備えた樹脂基材上に、活物質粒子及び電解質粒子を含む粒子層を形成する第1工程(図1中、S101)
(2)前記粒子層が形成された樹脂基材(以後、基材ともいう)を複数積層した積層体を成形する第2工程(図1中、S102)
(3)前記積層体から樹脂基材を除去して、活物質粒子及び電解質粒子を含む立体物を成形する第3工程(図1中、S103)
(4)前記立体物を後処理する第4工程(図1中、S104)
The method for producing an electrode precursor according to the present disclosure preferably includes the following four steps (step 1, step 2, step 3, and step 4): Fig. 1 is a conceptual diagram showing the method for producing an electrode precursor.
(1) A first step of forming a particle layer containing active material particles and electrolyte particles on a resin substrate having an adhesive portion (S101 in FIG. 1 ).
(2) A second step (S102 in FIG. 1 ) of forming a laminate by laminating a plurality of resin substrates (hereinafter also referred to as substrates) on which the particle layer has been formed.
(3) A third step (S103 in FIG. 1 ) of removing the resin substrate from the laminate and forming a three-dimensional object containing active material particles and electrolyte particles.
(4) A fourth step of post-processing the three-dimensional object (S104 in FIG. 1).

(第1工程)
第1工程は、粘着部を備えた樹脂基材上に、活物質粒子及び電解質粒子を含む粒子層を形成する工程である。第1工程は、粒子配置装置を用いて、樹脂基材上に粒子を配置することで、粒子層を形成する。以下、粒子配置装置について、使用することが可能な粒子配置装置1、粒子配置装置2を順に説明する。
(1st step)
The first step is to form a particle layer containing active material particles and electrolyte particles on a resin substrate having an adhesive portion. In the first step, particles are arranged on the resin substrate using a particle arrangement device, thereby forming the particle layer. Hereinafter, particle arrangement devices 1 and 2 that can be used will be described in order.

[粒子配置装置1]
図2は、粒子配置装置1の構成を模式的に示す図である。以下、第1の粒子P1は上述した活物質粒子を示し、第2の粒子P2は、上述した電解質粒子を示す。
粒子配置装置1は、第1の基材11aを格納供給する第1の格納容器21aと、前記第1の基材11aを搬送する第1のベルト装置22aと、第1の基材11a上に凹凸パターンを形成するパターン形成装置23と、を有する。粒子配置装置1は、第1の基材11a上に形成された凹凸パターンの凹部に第1の粒子P1を配置する第1の充填装置24aを有する。
粒子配置装置1は、第2の基材11bを格納供給する第2の格納容器21bと、第2の基材11bを搬送する第2のベルト装置22bと、を有する。粒子配置装置1は、第1のベルト装置22aと第2のベルト装置22bがそれぞれ有するローラ223a及び223bが対向した転写部25aを有しており、転写部25aにおいて第1の基材11aから第2の基材11bへと第1の粒子P1が転写される。
[Particle arrangement device 1]
2 is a diagram schematically illustrating the configuration of the particle arrangement device 1. Hereinafter, first particles P1 refer to the above-described active material particles, and second particles P2 refer to the above-described electrolyte particles.
The particle placement device 1 has a first storage container 21a that stores and supplies a first base material 11a, a first belt device 22a that transports the first base material 11a, and a pattern forming device 23 that forms a concave-convex pattern on the first base material 11a. The particle placement device 1 has a first filling device 24a that places first particles P1 in the concave portions of the concave-convex pattern formed on the first base material 11a.
The particle arrangement device 1 has a second storage container 21b that stores and supplies the second substrate 11b and a second belt device 22b that transports the second substrate 11b. The particle arrangement device 1 has a transfer unit 25a in which rollers 223a and 223b of the first belt device 22a and the second belt device 22b, respectively, face each other, and the first particles P1 are transferred from the first substrate 11a to the second substrate 11b in the transfer unit 25a.

さらに、粒子配置装置1は、第2の基材11b上の非転写部に第2の粒子P2を配置する第2の充填装置24bを有する。なお、本件の効果を説明する上で関連性の低い装置、例えば転写後の第1の基材11aを第1のベルト装置22aから剥離回収するための剥離回収装置や各クリーニング装置などは、図示及び詳細説明を省略する。 Furthermore, the particle placement device 1 has a second filling device 24b that places second particles P2 in the non-transfer area on the second substrate 11b. Note that devices that are less relevant to explaining the effects of this invention, such as a peeling and recovery device that peels and recovers the first substrate 11a from the first belt device 22a after transfer, and various cleaning devices, are not shown or described in detail.

粒子配置装置1においては、パターン形成装置23、第1の充填装置24a、及び転写部25aが、第2の基材11bである樹脂基材上に第1の粒子P1をパターン状に配置する第1の配置手段といえる。また、第2の充填装置24bが、第2の基材11bである樹
脂基材上の、第1の粒子P1が配置されていない領域に第2の粒子P2を配置する第2の配置手段といえる。
In the particle placement device 1, the pattern forming device 23, the first filling device 24a, and the transfer unit 25a can be considered as a first placement unit that places the first particles P1 in a pattern on the resin substrate that is the second substrate 11b. Also, the second filling device 24b can be considered as a second placement unit that places the second particles P2 in areas on the resin substrate that is the second substrate 11b where the first particles P1 are not placed.

以下、粒子配置装置1による基材11上への粒子の配置方法を、プロセスごとに流れに沿って説明する。
まず、供給手段(不図示)によって第1の格納容器21aから第1のベルト装置22aに第1の基材11aが供給される。
パターン形成装置23(後述)によって紫外線硬化性の液体が塗布される場合には、第1の基材11aの少なくとも表面の材質は、紫外線硬化性の液体の濡れ性が高い材料で構成されていることが好ましい。また、第1の基材11aの表面は、平滑であることが好ましい。
Hereinafter, a method for arranging particles on substrate 11 using particle arrangement device 1 will be described along the flow of each process.
First, the first substrate 11a is supplied from the first storage container 21a to the first belt device 22a by a supply means (not shown).
When a UV-curable liquid is applied by a pattern forming device 23 (described later), it is preferable that at least the surface of the first substrate 11a is made of a material that has high wettability with the UV-curable liquid. In addition, it is preferable that the surface of the first substrate 11a is smooth.

第1の基材11aとしては、使用する紫外線硬化性の液体(水系又は油系)に合わせて親水処理又は親油処理が施されたポリエステルなどの樹脂製のシートを用いることができる。なお、第1の基材11aは、カット紙のように個別に切り離された基材を用いてもよいし、ロール紙のようにロール状に巻かれた連続した基材や、連続用紙のように交互に折りたたまれた連続した基材を用いてもよい。 The first substrate 11a can be a sheet made of a resin such as polyester that has been treated to be hydrophilic or lipophilic to match the UV-curable liquid (water-based or oil-based) to be used. The first substrate 11a may be a substrate that is individually cut out like cut paper, a continuous substrate wound into a roll like roll paper, or a continuous substrate that is alternately folded like continuous paper.

第1のベルト装置22aは、供給された第1の基材11aをパターン形成装置23のパターン形成位置へと搬送する。第1のベルト装置22aは、駆動ローラ221a,222aと、加圧ローラ223aと、それらに懸架されたベルト状の搬送部材224aと、を有する。その際、加圧ローラ223aは、従動で回転している。 The first belt device 22a transports the supplied first substrate 11a to the pattern formation position of the pattern forming device 23. The first belt device 22a has drive rollers 221a and 222a, a pressure roller 223a, and a belt-like transport member 224a suspended between them. At this time, the pressure roller 223a rotates driven by the drive rollers.

搬送部材224aは、樹脂製や金属製などから選択されることが好ましく、例えば、ポリイミド製の樹脂ベルトを用いることができる。駆動ローラ221a,222aは、金属製の金属ローラを用いることが好ましく、例えば、ステンレス製の金属ローラを用いることができる。加圧ローラ223aは、表層に弾性層を有するソフトローラを用いることが好ましく、例えば、ステンレス製の芯金の表面にシリコーンゴムの弾性層を設けたソフトローラを用いることができる。 The conveying member 224a is preferably made of a material selected from resin or metal, and for example, a polyimide resin belt can be used. The drive rollers 221a and 222a are preferably made of metal, and for example, stainless steel metal rollers can be used. The pressure roller 223a is preferably made of a soft roller with an elastic surface layer, and for example, a soft roller with an elastic silicone rubber layer on the surface of a stainless steel core can be used.

なお、図2においては、第1の基材11aを搬送する搬送装置として第1のベルト装置22aを用いているが、ベルト装置の代わりにローラ装置を用いることもできる。後述する第2のベルト装置22bについても同様である。 In Figure 2, a first belt device 22a is used as the conveying device for conveying the first substrate 11a, but a roller device can also be used instead of the belt device. The same applies to the second belt device 22b described below.

パターン形成装置23は、パターン形成位置へと搬送された第1の基材11aに微細な凹凸パターンを形成する。凹凸パターンを形成する方法としては、UVインプリント方式、熱インプリント方式、UVインクジェット方式、印刷方式、レーザーエッチング方式などを用いることができる。 The pattern forming device 23 forms a fine concave-convex pattern on the first substrate 11a that has been transported to the pattern forming position. Methods that can be used to form the concave-convex pattern include UV imprinting, thermal imprinting, UV inkjet printing, printing, and laser etching.

パターン形成装置23がUVインプリント方式によって凹凸パターンを形成する場合には、パターン形成装置23は、第1の基材11a上に紫外線硬化性の液体を塗布する塗布手段を有する。紫外線硬化性の液体としては、例えば紫外線硬化性液状シリコーンゴムなどの紫外線硬化性樹脂を使用することができる。また、パターン形成装置23は、表面に凹凸パターンが形成されたモールドを第1の基材11a上の紫外線硬化性の液体に押印する押印手段と、紫外線硬化性の液体に紫外線を照射する光源と、を有する。典型的には、紫外線硬化性の液体としては、紫外線硬化型液状シリコーンゴム(PDMS)や樹脂を用い、モールドとしてはフィルムモールドを用い、光源としてはUVランプを用いることができる。 When the pattern forming device 23 forms a concave-convex pattern using a UV imprint method, the pattern forming device 23 has a coating means for coating the first substrate 11a with a UV-curable liquid. The UV-curable liquid can be, for example, a UV-curable resin such as UV-curable liquid silicone rubber. The pattern forming device 23 also has an imprinting means for imprinting a mold having a concave-convex pattern formed on its surface onto the UV-curable liquid on the first substrate 11a, and a light source for irradiating the UV-curable liquid with UV rays. Typically, UV-curable liquid silicone rubber (PDMS) or resin is used as the UV-curable liquid, a film mold is used as the mold, and a UV lamp is used as the light source.

第1の充填装置24aが、第1の粒子P1を担持した担持材S1を用いて第1の粒子P
1を第1の基材11a上の凹部に充填する場合、第1の基材11a上の凹凸パターンの凹部の開口径(幅)は、第1の粒子P1の体積基準の累積50%粒径(メジアン径)よりも大きいことが好ましい。また、凹部の開口径(幅)は、担持材S1の平均サイズよりも小さいことが好ましい。ここで、凹凸パターンの凹部の開口径は、凹部の短手方向の開口径であることが好ましく、凹部の短手方向の最大開口径であることがより好ましい。
凹部の幅は、第1の粒子P1及び担持材S1の粒径などにより適宜調整することができる。凹部の幅は特に限定されないが、例えば0.2~30μmとすることが好ましく、2~15μmとすることが好ましい。
The first filling device 24a fills the first particles P1 with the support material S1 carrying the first particles P1.
When P1 is filled into the recesses on the first substrate 11a, the opening diameter (width) of the recesses in the concave-convex pattern on the first substrate 11a is preferably larger than the cumulative 50% particle diameter (median diameter) on a volume basis of the first particles P1. The opening diameter (width) of the recesses is preferably smaller than the average size of the support material S1. Here, the opening diameter of the recesses in the concave-convex pattern is preferably the opening diameter in the short-side direction of the recesses, and more preferably the maximum opening diameter in the short-side direction of the recesses.
The width of the recess can be adjusted appropriately depending on the particle sizes of the first particles P1 and the support material S1, etc. The width of the recess is not particularly limited, but is preferably 0.2 to 30 μm, and more preferably 2 to 15 μm, for example.

凹凸パターンの凹部の開口径を上述のように設定することにより、第1の粒子P1は凹凸パターンの凹部の底部や側面部(典型的には底面)に接触することができる。一方で、担持材S1は凹部の底部や側面部には接触することができない。これにより、凹部の底部や側面部に接触した第1の粒子P1を凹凸パターンで捕捉することができ、一方で、担持材S1は凹凸パターンで捕捉しないようにすることができる。なお、換言すれば、第1の粒子P1は凹凸パターンの凹部の底部や側面部に接触でき、第1の担持材S1は凹凸パターンの凹部の底部や側面部に接触できないことが好ましい。 By setting the opening diameter of the recesses of the uneven pattern as described above, the first particles P1 can come into contact with the bottoms and side surfaces (typically the bottom surfaces) of the recesses of the uneven pattern. On the other hand, the support material S1 cannot come into contact with the bottoms and side surfaces of the recesses. This allows the uneven pattern to capture the first particles P1 that come into contact with the bottoms and side surfaces of the recesses, while preventing the support material S1 from being captured by the uneven pattern. In other words, it is preferable that the first particles P1 can come into contact with the bottoms and side surfaces of the recesses of the uneven pattern, but the first support material S1 cannot come into contact with the bottoms and side surfaces of the recesses of the uneven pattern.

なお、パターン形成装置23によって第1の基材11a上に凹凸パターンを形成するが、表面に凹凸パターンが予め形成された基材を第1の基材11aとして用いてもよい。また、第1のベルト装置22aの搬送部材224aの表面に直接、パターン形成装置23によって凹凸パターンを形成してよいし、搬送部材224aとしてその表面に凹凸パターンを有する搬送部材を用いてもよい。この場合は、耐久性を鑑みて、ステンレスやアルミニウムなどの金属ベルトを用い、レーザーエッチングやウェットエッチング、ドライエッチングなどの微細加工技術により表面に凹凸パターンを形成することが好ましい。 The pattern forming device 23 forms a concave-convex pattern on the first substrate 11a, but a substrate with a concave-convex pattern pre-formed on its surface may also be used as the first substrate 11a. Alternatively, the pattern forming device 23 may form a concave-convex pattern directly on the surface of the conveying member 224a of the first belt device 22a, or a conveying member having a concave-convex pattern on its surface may be used as the conveying member 224a. In this case, in consideration of durability, it is preferable to use a metal belt made of stainless steel, aluminum, or the like, and form the concave-convex pattern on the surface using microfabrication techniques such as laser etching, wet etching, or dry etching.

表面に凹凸パターンが形成された第1の基材11aは、第1のベルト装置22aによって第1の充填装置24aの充填位置へと搬送される。
図3は、充填装置の構成を模式的に示す図である。以下、第1の充填装置24aの構成について説明するが、第2の充填装置24bについても同様である。
The first base material 11a having the concave-convex pattern formed on its surface is transported by the first belt device 22a to the filling position of the first filling device 24a.
3 is a diagram showing a schematic configuration of the filling device. The configuration of the first filling device 24a will be described below, but the second filling device 24b has the same configuration.

第1の充填装置24aは、充填剤241aを収容する充填容器242aと、充填剤241aを撹拌搬送する撹拌スクリュー部材243aと、充填剤を回収する回収部材244aと、磁性部材247aと、を有する。 The first filling device 24a has a filling container 242a that contains filler 241a, a stirring screw member 243a that stirs and transports the filler 241a, a recovery member 244a that recovers the filler, and a magnetic member 247a.

充填剤241aは、第1の粒子P1と、第1の粒子P1を担持する担持材S1と、を有する。充填剤241aは、複数の第1の粒子P1によって構成される粉体と、複数の担持材S1によって構成される粉体と、を含む複数の粉体の混合物である。充填容器242aに収容された充填剤241aは、撹拌スクリュー部材243aによって撹拌、搬送される際に十分に混ざり合う。これにより、担持材S1の表面に第1の粒子P1が担持される。担持される際の粒子間に作用する力は、摩擦帯電等による静電気力の他にも、ファンデルワールス力や液架橋力などが挙げられる。 The filler 241a has first particles P1 and a support material S1 that supports the first particles P1. The filler 241a is a mixture of multiple powders, including a powder composed of multiple first particles P1 and a powder composed of multiple support materials S1. The filler 241a contained in the filling container 242a is thoroughly mixed when stirred and transported by the stirring screw member 243a. As a result, the first particles P1 are supported on the surface of the support material S1. The forces acting between the particles when they are supported include electrostatic forces due to frictional charging, van der Waals forces, liquid bridging forces, etc.

担持材S1は、磁性粒子である。担持材S1は、フェライトコア粒子や磁性体が分散された樹脂粒子の表面を、樹脂組成物で被覆した粒子であることが好ましい。例えば、磁性粒子である標準キャリア(日本画像学会製 標準キャリアP02)などを用いることができる。担持材S1の粒径や材質は、第1の粒子P1の粒径や材質に合わせて適宜選択される。これにより、第1の粒子P1を安定して担持することができる。また、第1の粒子P1が小粒径等で凝集し易い場合にも、担持材S1との攪拌、搬送によりほぐす役割を果たす。
担持材S1の粒径は、凹部のサイズ(面積、幅、深さ)により適宜調整することができ
る。例えば、体積基準の累積50%粒径(メジアン径)が、50~100μmであることが好ましい。
The support material S1 is a magnetic particle. The support material S1 is preferably a particle in which the surface of a resin particle in which ferrite core particles or a magnetic material is dispersed is coated with a resin composition. For example, a standard carrier (Standard Carrier P02 manufactured by the Imaging Society of Japan), which is a magnetic particle, can be used. The particle size and material of the support material S1 are appropriately selected according to the particle size and material of the first particles P1. This allows the first particles P1 to be stably supported. Furthermore, even if the first particles P1 have a small particle size and tend to aggregate, the support material S1 plays a role in loosening the particles by stirring and transporting them with the support material S1.
The particle size of the support material S1 can be adjusted appropriately by adjusting the size (area, width, depth) of the recesses. For example, the cumulative 50% particle size (median diameter) on a volume basis is preferably 50 to 100 μm.

回収部材244aは、図中の矢印d2方向に回転可能なローラ245aと、ローラ245aの内部に配置され、充填容器242aに対して固定された磁石246aと、を有している。また、磁性部材247aは、搬送部材224aを介して充填容器242aと対向して配置されており、その内部に磁石248aを有している。 The recovery member 244a has a roller 245a that can rotate in the direction of arrow d2 in the figure, and a magnet 246a that is disposed inside the roller 245a and fixed to the filling container 242a. The magnetic member 247a is disposed opposite the filling container 242a via the conveying member 224a, and has a magnet 248a inside.

磁石246aは、回収部材244aの回転方向に沿って交互に配置された複数のN極とS極を有している。磁石248aは、搬送部材224aの搬送方向に沿って交互に配置された複数のN極とS極を有している。また、磁石246aは、磁石248aの最下流の磁極(図3におけるS1極)と最も近接して対向する位置に異極の磁極(図3におけるN1極)を有しており、最下流の位置でN1極と同極のN2極が配置されている。
なお、磁石246a及び磁石248aは複数の磁石から構成されていてもよく、磁石246a及び磁石248aを構成する磁石の種類は特に限定はされない。例えば、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石などの希土類磁石、プラスチック磁石等の永久磁石や、電磁石などの磁界を発生する手段を用いることができる。なお、磁石248aは、第1の基材11aの搬送方向又はその逆方向に移動可能に構成してもよい。
Magnet 246a has a plurality of N and S poles arranged alternately along the rotation direction of collection member 244a. Magnet 248a has a plurality of N and S poles arranged alternately along the transport direction of transport member 224a. Magnet 246a also has a magnetic pole (N1 pole in FIG. 3) of a different polarity at a position closest to and facing the most downstream magnetic pole (S1 pole in FIG. 3) of magnet 248a, and an N2 pole of the same polarity as N1 pole is arranged at the most downstream position.
The magnet 246a and the magnet 248a may be composed of a plurality of magnets, and the type of magnet constituting the magnet 246a and the magnet 248a is not particularly limited. For example, a permanent magnet such as a rare earth magnet, a ferrite magnet, a neodymium magnet, or a samarium-cobalt magnet, or a plastic magnet, or a means for generating a magnetic field such as an electromagnet can be used. The magnet 248a may be configured to be movable in the transport direction of the first substrate 11a or in the opposite direction.

なお、回収部材244aの、搬送部材224aの搬送方向の上流又は下流に、第1の基材11a上の充填剤241aを規制する規制部材や、回収部材244aによって回収しきれない充填剤241aを再度回収する回収部材を設けても構わない。再度回収する回収部材としては、回収部材244aと同様の部材のほか、固定磁石や規制部材のような簡易な部材からエアブローによる回収を行う回収部材などを用いることができる。 In addition, a regulating member for regulating the filler 241a on the first substrate 11a, or a recovery member for re-recovering filler 241a that cannot be recovered by the recovery member 244a, may be provided upstream or downstream of the recovery member 244a in the transport direction of the transport member 224a. The recovery member for re-recovery may be a member similar to the recovery member 244a, or may be a simple member such as a fixed magnet or a regulating member, or a recovery member that recovers by air blowing.

次に、第1の充填装置24aによって第1の基材11a上の凹部に第1の粒子P1を充填するプロセスについて、図3~5を用いて説明する。
第1の搬送部材224aが図3中の実線矢印d1方向に移動することにより、第1の搬送部材224aによって担持搬送されている第1の基材11aが搬送され、第1の充填装置24aの充填位置へと搬送される。
Next, the process of filling the recesses on the first substrate 11a with the first particles P1 by the first filling device 24a will be described with reference to FIGS.
As the first conveying member 224a moves in the direction of the solid arrow d1 in Figure 3, the first substrate 11a carried and conveyed by the first conveying member 224a is conveyed and transported to the filling position of the first filling device 24a.

撹拌スクリュー部材243aにより、充填剤241aが搬送され、第1の基材11a上に供給される(図3中点線a)。このとき、磁性部材247aと回収部材244aによって磁界が形成されており、磁性粒子である担持材S1を含む充填剤241aはその磁界によって第1の基材11a上で複数の磁気穂を形成する。第1の基材11a上に供給された充填剤241aは、第1の基材11aの移動に伴い、磁気穂を形成した状態で第1の基材11a上で搬送される(図3中点線b)。 The filler 241a is transported by the stirring screw member 243a and supplied onto the first substrate 11a (dotted line a in Figure 3). At this time, a magnetic field is formed by the magnetic member 247a and the recovery member 244a, and the filler 241a containing the magnetic particle carrier material S1 forms multiple magnetic chains on the first substrate 11a due to this magnetic field. As the first substrate 11a moves, the filler 241a supplied onto the first substrate 11a is transported over the first substrate 11a while forming magnetic chains (dotted line b in Figure 3).

図4A、4B、4Cは、第1の基材11a上で搬送される充填剤241aの模式図である。説明上、一本の磁気穂を形成している充填剤以外の充填剤241aは、図示を省略している。第1の基材11a上の充填剤241aは、上述のとおり、形成されている磁界の磁力線に沿って磁気穂を形成しており、第1の基材11aの移動に伴って図4A、図4B、図4Cのように磁気穂の形状を変えながら搬送される。このとき、磁石248aの近傍では特に強い磁気力が作用するため、充填剤241aの搬送速度v2は、充填剤241aが磁極から遠ざかる場合には第1の基材11aの移動速度v1よりも小さく、その逆の場合は大きくなる。すなわち、第1の基材11a上の充填剤241aは第1の基材11aに対して0ではない相対速度を有する。 Figures 4A, 4B, and 4C are schematic diagrams of filler 241a being transported on the first substrate 11a. For the sake of explanation, filler 241a other than the filler forming a single magnetic strand is not shown. As described above, the filler 241a on the first substrate 11a forms magnetic strands along the magnetic field lines of the generated magnetic field, and is transported while changing the shape of the magnetic strands as the first substrate 11a moves, as shown in Figures 4A, 4B, and 4C. At this time, a particularly strong magnetic force acts near the magnet 248a, so the transport speed v2 of filler 241a is smaller than the movement speed v1 of the first substrate 11a when filler 241a moves away from the magnetic pole, and is larger in the opposite case. In other words, the filler 241a on the first substrate 11a has a non-zero relative speed with respect to the first substrate 11a.

図5は、図4A~4Cにおけるの第1の基材11aの表面近傍の拡大図である。図4A~4Cでは図示を省略したが、図5に示すように第1の基材11a上には凹凸パターン1
11aが形成されている。凹凸パターンは、ハニカムパターンやラインパターンなど所望のパターンとして形成することができる。
充填剤241aは、この凹凸パターン111aに接触し、第1の基材11aの表面に対して垂直な方向への磁力(図中実線Fm)を受けながら、第1の基材11aに対して0ではない相対速度を有しつつ、第1の基材11aと共に搬送される。これにより、担持材S1に担持された第1の粒子P1は第1の基材11aの表面の凹凸パターン111aに摺擦されながら搬送される。
5 is an enlarged view of the vicinity of the surface of the first base material 11a in FIGS. 4A to 4C. Although not shown in FIGS. 4A to 4C, as shown in FIG. 5, the first base material 11a has a concave-convex pattern 1.
The concave-convex pattern can be formed as a desired pattern such as a honeycomb pattern or a line pattern.
The filler 241a comes into contact with the concave-convex pattern 111a, and is transported together with the first substrate 11a at a non-zero relative speed with respect to the first substrate 11a while being subjected to a magnetic force (solid line Fm in the figure) in a direction perpendicular to the surface of the first substrate 11a. As a result, the first particles P1 carried on the support material S1 are transported while being rubbed against the concave-convex pattern 111a on the surface of the first substrate 11a.

このとき、第1の粒子P1の粒径は凹凸パターン111aの凹部の開口径よりも小さく、第1の担持材S1の粒径は凹部の開口径よりも大きいため、凹凸パターン111aの凹部の底面(底部)や側面部には、第1の粒子P1は接触できるが、担持材S1は接触できない。すなわち、充填剤241aの中で第1の粒子P1のみが選択的に凹部の底面や側面部に接触する。 At this time, the particle size of the first particles P1 is smaller than the opening diameter of the recesses in the uneven pattern 111a, and the particle size of the first support material S1 is larger than the opening diameter of the recesses. Therefore, the first particles P1 can come into contact with the bottom surfaces (bases) and side surfaces of the recesses in the uneven pattern 111a, but the support material S1 cannot. In other words, only the first particles P1 in the filler 241a selectively come into contact with the bottom surfaces and side surfaces of the recesses.

前記凹部に接触した第1の粒子P1は、凹凸パターン111aの構造による物理的な拘束力や、第1の基材11a及び凹凸パターン111aを構成する構造材料との静電的付着力や粘着力等の非静電的付着力により強く拘束され、担持材S1から脱離する。なお、図5は説明上、担持材S1の表面に第1の粒子P1が担持されているが、充填剤241aの攪拌時、供給時や搬送時において、担持材S1に担持されない粒子P1が存在していても構わない。 The first particles P1 that come into contact with the recesses are strongly restrained by the physical restraining force due to the structure of the uneven pattern 111a, and by non-electrostatic adhesive forces such as electrostatic adhesion and adhesive forces with the structural materials that make up the first substrate 11a and the uneven pattern 111a, and are detached from the support material S1. Note that for the sake of explanation, Figure 5 shows the first particles P1 supported on the surface of the support material S1, but it is acceptable for particles P1 that are not supported on the support material S1 to exist during the agitation, supply, or transport of the filler 241a.

磁性部材247aの下流には、図3に示すように、回収部材244aが第1の搬送部材224aと間隙を有して配置されている。第1の基材11aの移動に伴い、磁石248aの最下流の磁極(S1極)の近傍に搬送された充填剤241aは、磁石246aによって形成される磁界の影響を受けて、第1の基材11aから回収部材244aへと移動し、回収される(図3中点線c)。 As shown in Figure 3, downstream of the magnetic member 247a, the recovery member 244a is positioned with a gap between it and the first transport member 224a. As the first substrate 11a moves, the filler 241a is transported near the most downstream magnetic pole (S1 pole) of the magnet 248a. Under the influence of the magnetic field formed by the magnet 246a, the filler 241a moves from the first substrate 11a to the recovery member 244a and is recovered (dotted line c in Figure 3).

以上のように搬送過程(図3中点線a,b,c)において、第1の基材11aの表面の凹凸パターン111aの凹部は、複数の充填剤241aと十分に接触する。そのため、回収部材244aによって充填剤241aが回収された後の凹凸パターン111aの凹部には第1の粒子P1が選択的に緻密に配置される。 As described above, during the transport process (dotted lines a, b, and c in Figure 3), the recesses of the uneven pattern 111a on the surface of the first substrate 11a come into sufficient contact with the plurality of fillers 241a. Therefore, after the fillers 241a have been collected by the collection member 244a, the first particles P1 are selectively and densely arranged in the recesses of the uneven pattern 111a.

なお、図4A~4C及び図5では第1の粒子P1をすべて同一の粒径で図示しているが、実際には粒度分布があり、さらに、材料によっては凝集した二次粒子を形成している場合もある。また、図示のような球形状でない場合もある。このような場合でも、凹凸パターン111aの凹部に接触できる粒子のみが選択的に緻密に充填されるため、粒子の配置工程に悪影響を及ぼし得る粗粉や二次粒子などは除外されやすい。 Note that while Figures 4A-4C and 5 show the first particles P1 all having the same particle size, in reality there is a particle size distribution, and depending on the material, they may form agglomerated secondary particles. They may also not have the spherical shape shown. Even in such cases, only particles that can come into contact with the recesses of the uneven pattern 111a are selectively and densely packed, so coarse powder and secondary particles that could adversely affect the particle placement process are easily excluded.

このように、凹凸パターン111aの凹部への第1の粒子P1の充填量は、凹凸パターンのサイズ(面積、幅、深さ)と第1の粒子P1の粒径により制御可能となる。具体的には、凹部の面積が略充填面積になり、充填された第1の粒子P1の層厚は凹部の深さで決定される。
凸部のピッチは、特に制限されないが、例えば1.0~20μmが好ましく、2.0~15μmがより好ましい。
凸部の高さは、特に制限されないが、例えば0.1~20.0μmが好ましく、1.0~10.0μmがより好ましい。
凹部の面積率(凹凸パターンの面積に対する凹部の割合)は、特に制限されないが、例えば50%以上が好ましく、70%以上がより好ましい。
In this way, the amount of the first particles P1 filling the recesses of the concave-convex pattern 111a can be controlled by the size (area, width, depth) of the concave-convex pattern and the particle size of the first particles P1. Specifically, the area of the recesses is approximately the filling area, and the layer thickness of the filled first particles P1 is determined by the depth of the recesses.
The pitch of the convex portions is not particularly limited, but is preferably, for example, 1.0 to 20 μm, and more preferably 2.0 to 15 μm.
The height of the convex portions is not particularly limited, but is preferably, for example, 0.1 to 20.0 μm, and more preferably 1.0 to 10.0 μm.
The area ratio of the recesses (the ratio of the recesses to the area of the recessed/protruding pattern) is not particularly limited, but is preferably, for example, 50% or more, and more preferably 70% or more.

例えば、基材面積に対し50%の薄層(単層)を得るためには、凹部の面積比(凹凸パ
ターンの全体に対する凹部の面積率)を50%、凹部の深さを第1の粒子P1の粒径以下に制御すればよい。このとき、凹部の開口幅は、第1の粒子P1のメジアン径よりも大きく、担持材S1の平均サイズ(ここでは平均粒径)よりも小さくする。
For example, to obtain a thin layer (single layer) that accounts for 50% of the area of the substrate, the area ratio of the recesses (the area ratio of the recesses to the entire concave-convex pattern) should be 50%, and the depth of the recesses should be equal to or less than the particle size of the first particles P1. In this case, the opening width of the recesses should be larger than the median diameter of the first particles P1 and smaller than the average size (here, the average particle size) of the support material S1.

なお、第1の粒子P1は広い粒度分布(ブロードな粒度分布)を有していてもよいが、担持材S1は狭い粒度分布を有していることが好ましく、単分散であることがより好ましい。これにより、担持材S1を、凹部の底部(又は底面)や側面部に接触させないようにしやすい。凹部の底部や側面部に担持材S1が接触できる場合、凹部に担持材S1も拘束され充填されてしまう場合がある。 Note that while the first particles P1 may have a wide particle size distribution (broad particle size distribution), the support material S1 preferably has a narrow particle size distribution, and is more preferably monodisperse. This makes it easier to prevent the support material S1 from coming into contact with the bottom (or bottom surface) or side surfaces of the recess. If the support material S1 is able to come into contact with the bottom or side surfaces of the recess, the support material S1 may also be restrained and filled into the recess.

さらに、凹凸パターン111aの凹部の開口幅は、第1の粒子P1の粒径の4倍より小さいことが好ましい。開口幅を第1の粒子P1の粒径の4倍より小さくすることで、第1の粒子P1が凹凸パターン111aの凹部の底面及び側面の2か所に接触する確率を高めることができる。このように、凹凸パターン111aと多点接触した第1の粒子P1は凹凸パターン111aに強く拘束されるため、凹凸パターン111aへの第1の粒子P1の充填の効率を高めることができる。
なお、後述する第2の粒子P2の粒径と、第2の基材上に第1の粒子P1によって形成される凹凸パターンの凹部のサイズについても同様である。また、担持材としてブラシ繊維を用いる場合には、上述の説明における「担持材の平均粒径」は「担持材の平均繊維径」となる。
Furthermore, the opening width of the recesses of the concave-convex pattern 111a is preferably smaller than four times the particle diameter of the first particles P1. By making the opening width smaller than four times the particle diameter of the first particles P1, the probability that the first particles P1 will come into contact with two points, the bottom and side surfaces of the recesses of the concave-convex pattern 111a, can be increased. In this way, the first particles P1 that come into multi-point contact with the concave-convex pattern 111a are strongly constrained by the concave-convex pattern 111a, thereby increasing the efficiency of filling the concave-convex pattern 111a with the first particles P1.
The same applies to the particle size of the second particles P2 described later and the size of the recesses of the uneven pattern formed by the first particles P1 on the second substrate. Furthermore, when brush fibers are used as the support material, the "average particle size of the support material" in the above description becomes the "average fiber diameter of the support material."

回収部材244aによって回収された充填剤241aは、回転する回収部材であるローラ244aにより搬送される(図3中点線d)。ローラ244aによって搬送された充填剤241aは、隣接し、反発しあう2つの同極の磁極(N1、N2)による磁界、及び重力の影響によって充填容器242a中に落下する(図3中点線e)。その後、再び撹拌スクリュー部材243aにより撹拌搬送されて、以後これを繰り返す。 The filler 241a collected by the collection member 244a is transported by the rotating collection member, roller 244a (dotted line d in Figure 3). The filler 241a transported by roller 244a falls into filling container 242a (dotted line e in Figure 3) due to the magnetic field created by two adjacent, repelling magnetic poles of the same polarity (N1, N2) and the influence of gravity. It is then stirred and transported again by stirring screw member 243a, and this process is repeated thereafter.

充填容器242a内における充填剤241a中の第1の粒子P1と担持材S1の重量比は、電子写真装置で一般的な、透磁率を用いて測定するインダクタンスセンサや、基材上等の反射濃度を測定して予測するパッチ濃度センサ等により決定される。そして、必要に応じて補給手段(不図示)によって第1の粒子P1及び担持材S1の少なくとも一方が補給される。これにより、長期にわたり安定した充填が可能となる。
充填剤241a中の第1の粒子P1の質量%は、特に制限されないが、好ましくは5~40質量%、10~30質量%の範囲が挙げられる。
The weight ratio of the first particles P1 to the support material S1 in the filler 241a in the filling container 242a is determined by an inductance sensor that measures magnetic permeability, a patch density sensor that measures and predicts the reflection density on a substrate, or the like, which are common in electrophotographic devices. At least one of the first particles P1 and the support material S1 is replenished by a replenishment means (not shown) as needed. This allows stable filling over a long period of time.
The mass % of the first particles P1 in the filler 241a is not particularly limited, but is preferably in the range of 5 to 40 mass %, or 10 to 30 mass %.

なお、ここでは磁性粒子を担持材として用いていわゆる磁気ブラシを形成することで粒子材料を凹部に充填する方式の充填装置について説明したが、充填装置の方式はこれに限定はされない。担持材として、ブラシ繊維を用いることもできる。あるいは、担持材として、少なくとも表面が弾性体で構成された弾性材を用いることもできる。 Note that while we have described a filling device that uses magnetic particles as a carrier material to form a so-called magnetic brush, filling recesses with particulate material, the filling device's method is not limited to this. Brush fibers can also be used as the carrier material. Alternatively, an elastic material, at least the surface of which is made of an elastic body, can also be used as the carrier material.

図6Aは、担持材としてブラシ繊維を用いた場合の充填装置24cの構成を模式的に示す図である。
充填装置24cは、表面にブラシ繊維を有するローラ2410を有する。ローラ2410は、その表面にブラシ繊維が植毛された、いわゆるブラシローラである。ローラ2410の有するブラシ繊維を構成する繊維の材質は、例えば、ナイロン、レーヨン、アクリル、ビニロン、ポリエステル、塩化ビニルなどを用いることができる。帯電性や剛性を調整する目的で、繊維の表面に表面処理を施してもよい。
FIG. 6A is a diagram schematically illustrating the configuration of a filling device 24c when brush fibers are used as the support material.
The filling device 24c has a roller 2410 with brush fibers on its surface. The roller 2410 is a so-called brush roller, with brush fibers planted on its surface. The brush fibers of the roller 2410 may be made of a material such as nylon, rayon, acrylic, vinylon, polyester, or vinyl chloride. The surface of the fibers may be subjected to a surface treatment in order to adjust the electrostatic charge property or rigidity.

充填装置24cは、ローラ2410に充填剤241aを供給する供給部材を有する。なお、充填剤241aは、第1の粒子P1を含む粉体を含んでおり、充填容器242aに収
容されている。またこの例において、充填剤241aは磁性粒子である担持材S1は含まない。充填剤241aは、撹拌スクリュー部材243aによって撹拌、搬送され、供給部材249に供給される。
The filling device 24c has a supply member that supplies the filler 241a to the roller 2410. The filler 241a contains powder including the first particles P1 and is stored in a filling container 242a. In this example, the filler 241a does not contain the carrier material S1, which is a magnetic particle. The filler 241a is stirred and transported by a stirring screw member 243a and supplied to a supply member 249.

供給部材249は、充填剤241aをローラ2410に供給する部材であり、その構成は特に限定はされない。供給部材249は、例えば、少なくとも表面が、弾性を有する多孔性の発泡材で構成されたローラを用いることができる。典型的には、発泡骨格構造を有し、比較的低硬度なポリウレタンフォームを芯金上に形成した弾性スポンジローラを用いることができる。なお、発泡材の材質としては、ウレタン以外にも、ニトリルゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、ヒドリンゴム、エチレンプロピレンゴムなどの各種ゴム材料を用いることができる。 The supply member 249 supplies the filler 241a to the roller 2410, and its configuration is not particularly limited. For example, the supply member 249 can be a roller whose surface is made of an elastic, porous foam material. A typical example is an elastic sponge roller with a foamed skeletal structure, in which a relatively low-hardness polyurethane foam is formed on a core metal. In addition to urethane, various rubber materials such as nitrile rubber, silicone rubber, acrylic rubber, hydrin rubber, and ethylene propylene rubber can also be used as the foam material.

供給された充填剤241aは、供給部材249の表面の発泡材に充填され、ローラ2410と接触する供給部まで搬送される。供給部において、発泡材に充填された充填剤241aはローラ2410の有するブラシ繊維との接触により帯電し、ローラ2410の有するブラシ繊維に担持される。さらに、供給部材249は、ローラ2410に残留する充填剤241aを剥ぎ取り、リフレッシュする機能を兼ね備えてもよい。ローラ2410に供給された充填剤241aはブラシ繊維の移動により、第1の基材11aと接触する。 The supplied filler 241a fills the foam material on the surface of the supply member 249 and is transported to the supply section that comes into contact with the roller 2410. In the supply section, the filler 241a filled into the foam material becomes charged by contact with the brush fibers of the roller 2410 and is carried by the brush fibers of the roller 2410. Furthermore, the supply member 249 may also have the function of peeling off and refreshing any filler 241a remaining on the roller 2410. The filler 241a supplied to the roller 2410 comes into contact with the first substrate 11a as the brush fibers move.

このとき、第1の基材11aの表面の凹凸パターン111aの凹部の底面や側面部には、充填剤241a中の第1の粒子P1は接触できるが、ブラシ繊維は接触できないようにしておく。すなわち、ブラシ繊維の繊維径を凹凸パターン111aの凹部の開口幅よりも大きくしておく。なお、ブラシ繊維の繊維径は、ローラ2410の表面にガラスを当て、光学顕微鏡によってガラス越しに取得されたブラシ繊維の画像から測定することができる。このとき、100本程度のブラシ繊維の繊維径を測定し、繊維径の分布を計測して、平均径を算出する。 At this time, the first particles P1 in the filler 241a can come into contact with the bottom and side surfaces of the recesses in the uneven pattern 111a on the surface of the first substrate 11a, but the brush fibers cannot. In other words, the fiber diameter of the brush fibers is made larger than the opening width of the recesses in the uneven pattern 111a. The fiber diameter of the brush fibers can be measured by placing glass on the surface of the roller 2410 and taking an image of the brush fibers through the glass using an optical microscope. At this time, the fiber diameters of approximately 100 brush fibers are measured, the fiber diameter distribution is measured, and the average diameter is calculated.

搬送部材224aの移動、及びローラ2410の回転によってローラ2410のブラシ繊維は第1の基材11aの表面に摺擦される。これにより、ブラシ繊維に担持されていた第1の粒子は第1の基材11aの表面の凹凸パターン111aの凹部に緻密に配置される。 The movement of the conveying member 224a and the rotation of the roller 2410 causes the brush fibers of the roller 2410 to rub against the surface of the first substrate 11a. As a result, the first particles carried by the brush fibers are densely arranged in the recesses of the uneven pattern 111a on the surface of the first substrate 11a.

図6Bは、担持材として弾性材を用いた場合の充填装置24dの構成を模式的に示す図である。
充填装置24dは、充填装置24cと同様の構成を有するが、ブラシ繊維を有するローラ2410の代わりに弾性材を有するローラ2411を用いる点で異なる。ローラ2411は、表面に弾性層が形成されたローラである。
FIG. 6B is a diagram showing a schematic configuration of a filling device 24d when an elastic material is used as the support material.
The filling device 24d has a similar configuration to the filling device 24c, but differs in that a roller 2411 having an elastic material is used instead of the roller 2410 having brush fibers. The roller 2411 is a roller having an elastic layer formed on its surface.

弾性層は、シリコーンゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムなどのゴム材料などの弾性を有する材料で形成されている。弾性層は、球形状樹脂などの微粒子を添加して、表面形状が制御されていてもよい。
弾性層が表面に凸部を有する場合、弾性層の凸部のサイズは凹凸パターン111aの凹部のサイズよりも大きくしておく。弾性層の凸部のサイズは、上述のブラシ繊維の繊維径と同様の方法で測定することができる。
The elastic layer is formed of an elastic material such as a rubber material such as silicone rubber, acrylic rubber, nitrile rubber, urethane rubber, fluororubber, etc. The surface shape of the elastic layer may be controlled by adding fine particles such as spherical resin.
When the elastic layer has convex portions on its surface, the size of the convex portions of the elastic layer is set to be larger than the size of the concave portions of the concave-convex pattern 111 a. The size of the convex portions of the elastic layer can be measured in the same manner as the fiber diameter of the brush fibers described above.

搬送部材224aの移動、及びローラ2411の回転によってローラ2411の表面の弾性材は第1の基材11aの表面に摺擦される。これにより、弾性材に担持されていた第1の粒子は、第1の基材11aの表面の凹凸パターン111aの凹部に緻密に配置される。 As the conveying member 224a moves and the roller 2411 rotates, the elastic material on the surface of the roller 2411 rubs against the surface of the first substrate 11a. As a result, the first particles carried by the elastic material are densely arranged in the recesses of the uneven pattern 111a on the surface of the first substrate 11a.

図6Aや図6Bのように担持材としてブラシ繊維や弾性材を用いることで、充填剤中に磁性粒子を含ませる必要がなくなる。また、充填装置の構成を簡便化することができる。一方で、図3のように担持材として磁性粒子を用いる場合には、ブラシ繊維や弾性材の場合よりも担持材のサイズや形状の自由度が高い。また、磁性粒子の場合には基材上における担持材の移動の自由度が高い。 Using brush fibers or elastic material as the carrier material, as in Figures 6A and 6B, eliminates the need to include magnetic particles in the filler. This also simplifies the configuration of the filling device. On the other hand, when magnetic particles are used as the carrier material, as in Figure 3, there is greater freedom in the size and shape of the carrier material than when using brush fibers or elastic material. Furthermore, magnetic particles allow greater freedom in the movement of the carrier material on the substrate.

これらの理由により、磁性粒子を担持材として用いた場合には、第1の粒子P1等の粒子を基材上により効率的に供給して、基材上の凹部により効率的に充填することができる。また、担持材として磁性材料を用いた場合には、プロセスの途中で担持材が劣化した場合にも、プロセスを止めずに担持材を補充したり入れ替えたりすることもできる。 For these reasons, when magnetic particles are used as the support material, particles such as the first particles P1 can be supplied more efficiently onto the substrate, allowing for more efficient filling of recesses on the substrate. Furthermore, when a magnetic material is used as the support material, even if the support material deteriorates during the process, it can be replenished or replaced without stopping the process.

粒子を担持させた担持材を摺擦することによって凹部に粒子を充填する方法によれば、ブレードなどの規制部材による充填方法に比べて、分散させた粒子を凹部により多く供給することができ、安定的かつ緻密に充填を行うことができる。このメリットは、充填する粒子の粒径が小さいほど、粒子が凝集しやすくなるために顕著になる。 The method of filling recesses with particles by rubbing a support material carrying the particles allows for a larger amount of dispersed particles to be supplied to the recesses, resulting in more stable and dense filling, compared to filling methods using a restricting member such as a blade. This advantage is more pronounced the smaller the particle size of the particles being filled, as the particles tend to agglomerate more easily.

第1の充填装置24aによって凹凸パターン111aの凹部に第1の粒子1が充填された第1の基材11aは、第1のベルト装置22aによって、転写部25aへと搬送される。
ここで、第2のベルト装置22bは図2に示すように、第1のベルト装置22aと同様に、駆動ローラ221b,222bと、加圧ローラ223bと、それらに懸架されたベルト状の搬送部材224bと、を有する。このとき、加圧ローラ223bは従動で回転している。転写部25aでは、第1のベルト装置22aの加圧ローラ223aと第2のベルト装置22bの加圧ローラ223bとが対向している。
The first base material 11a, in which the first particles 1 have been filled into the recesses of the concave-convex pattern 111a by the first filling device 24a, is transported to the transfer section 25a by the first belt device 22a.
2, the second belt device 22b, like the first belt device 22a, has drive rollers 221b and 222b, a pressure roller 223b, and a belt-like conveying member 224b suspended between them. At this time, the pressure roller 223b is driven to rotate. At the transfer section 25a, the pressure roller 223a of the first belt device 22a and the pressure roller 223b of the second belt device 22b face each other.

第2のベルト装置22bには、第2の格納容器21bより第2の基材11bが供給され、図2中の矢印方向に搬送される。供給された第2の基材11bは、第1の基材11aが転写部25aに搬送されるタイミングに合わせて搬送される。転写部25aでは、第1の基材11aに充填された第1の粒子P1が第2の基材11bへと転写される。 The second substrate 11b is supplied to the second belt device 22b from the second storage container 21b and transported in the direction of the arrow in Figure 2. The supplied second substrate 11b is transported in accordance with the timing at which the first substrate 11a is transported to the transfer unit 25a. At the transfer unit 25a, the first particles P1 filled in the first substrate 11a are transferred to the second substrate 11b.

すなわち、第1の基材11aは、第2の基材11bへと第1の粒子P1を転写するための転写用基材と言うこともできる。また、第1の基材11aの表面に形成されている凹凸パターンは、転写用凹凸パターンと言うこともできる。以下、この転写プロセスについて、図7を参照して説明する。 In other words, the first substrate 11a can also be referred to as a transfer substrate for transferring the first particles P1 to the second substrate 11b. The concave-convex pattern formed on the surface of the first substrate 11a can also be referred to as a transfer concave-convex pattern. This transfer process will be described below with reference to Figure 7.

図7は、転写部25aの構成を模式的に示す図である。転写部25aは、第1のベルト装置22aの加圧ローラ223a及び搬送部材224aと、第2のベルト装置22bの加圧ローラ223b及び搬送部材224bと、で構成されている。上述のように、加圧ローラ223a及び223bは従動で回転し、2つのローラは搬送部材224a及び224bを介して接触している。加圧ローラ223a及び223bのうち一以上は、表層に弾性層を有するソフトローラであり、2つのローラが接触した部分にはニップ部が形成されている。 Figure 7 is a diagram showing a schematic configuration of the transfer unit 25a. The transfer unit 25a is composed of the pressure roller 223a and conveying member 224a of the first belt device 22a, and the pressure roller 223b and conveying member 224b of the second belt device 22b. As described above, the pressure rollers 223a and 223b rotate drivenly, and the two rollers are in contact via the conveying members 224a and 224b. At least one of the pressure rollers 223a and 223b is a soft roller with an elastic layer on its surface, and a nip is formed where the two rollers come into contact.

第1の充填装置24aにより第1の粒子P1が充填された第1の基材11aと、第2の基材11bとは、それぞれの搬送部材(224a,224b)によって略等速で搬送され、加圧ローラ223a,223bが接触して形成されるニップ部に侵入する。ニップ部において、第1の基材11a上の第1の粒子P1は第2の基材11bと接触し、第2の基材11b上に転写される。 The first substrate 11a, filled with the first particles P1 by the first filling device 24a, and the second substrate 11b are transported at approximately the same speed by their respective transport members (224a, 224b) and enter the nip formed by the contact of the pressure rollers 223a, 223b. In the nip, the first particles P1 on the first substrate 11a come into contact with the second substrate 11b and are transferred onto the second substrate 11b.

第2の基材11bは、第1の粒子P1に対する付着力が、第1の基材11aの第1の粒
子P1に対する付着力よりも大きな基材である。換言すれば、第2の基材11bに対する第1の粒子P1の付着力は、第1の基材11aに対する第1の粒子P1の付着力よりも大きい。これにより、ニップ部において、第1の基材11a上の第1の粒子P1は、第2の基材11b上へと転写される。
The second substrate 11b has a stronger adhesive force to the first particles P1 than the first substrate 11a has to the first particles P1. In other words, the adhesive force of the first particles P1 to the second substrate 11b is stronger than the adhesive force of the first particles P1 to the first substrate 11a. As a result, the first particles P1 on the first substrate 11a are transferred to the second substrate 11b at the nip portion.

第2の基材11bの材質は特に限定はされず、第1の基材11aと同様の材質の基材を用いることができる。なお、第2の基材11bも第1の基材11aと同様に、カット紙のように個別に切り離された基材であってもよいし、ロール紙のようにロール状に巻かれた連続した基材や、連続用紙のように交互に折りたたまれた連続した基材であってもよい。 The material of the second substrate 11b is not particularly limited, and a substrate of the same material as the first substrate 11a can be used. Like the first substrate 11a, the second substrate 11b may be a substrate that is individually cut like cut paper, a continuous substrate wound into a roll like roll paper, or a continuous substrate that is alternately folded like continuous paper.

第2の基材11bは、接触した第1の粒子P1を転写するために、付着力を高めるための表面処理が施されていることが好ましい。例えば、第2の基材11bは、その表面に粘着剤が塗布された粘着部を有していることが好ましい。粘着部を備えた樹脂基材を準備する準備工程として、例えば第2の基材11bを準備する。第2の基材の厚みは特に制限されないが、例えば1~10μmであることが好ましい。また、粘着部の厚みは特に制限されないが、例えば0.1μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがより好ましい。 The second substrate 11b is preferably surface-treated to enhance adhesion so that it can transfer the first particles P1 that come into contact with it. For example, the second substrate 11b preferably has an adhesive portion on its surface where an adhesive is applied. As a preparation step for preparing a resin substrate with an adhesive portion, for example, the second substrate 11b is prepared. There are no particular restrictions on the thickness of the second substrate, but it is preferably 1 to 10 μm, for example. There are also no particular restrictions on the thickness of the adhesive portion, but it is preferably 0.1 μm or more, and more preferably 0.5 μm or more.

さらに、第2の基材11bの裏面(第1の粒子P1が転写されていない面)も、表面と同じ粘着剤が塗布された粘着部を有し、さらにその表面を保護フィルム等で被覆されていることが好ましい。これにより、後述する積層する際に基材間のずれを防止できるとともに、基材間の活物質粒子や電解質粒子が上下面(積層方向)で挟まれ、強く固定される。これにより、積層時、積層体の保管時、熱処理時や加圧時に粒子の移動が抑制され、所望の電極前駆体が成形できる。 Furthermore, it is preferable that the back surface of the second substrate 11b (the surface to which the first particles P1 are not transferred) also has an adhesive portion coated with the same adhesive as the front surface, and that this surface is further covered with a protective film or the like. This prevents misalignment between the substrates during stacking, as described below, and firmly fixes the active material particles and electrolyte particles between the substrates by sandwiching them between the top and bottom surfaces (stacking direction). This prevents particle movement during stacking, storage of the stack, heat treatment, and pressure application, allowing the desired electrode precursor to be formed.

粘着剤としては、特に限定されず、アクリル系粘着剤や、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤であってもよいし、熱や光などの外乱により粘着力が変化する熱可塑性樹脂や光硬化性樹脂などであってもよい。また、粒子配置装置1は、搬送中の第2の基材11bの表面に粘着剤を塗布するディスペンサーやインクジェットヘッドなどの塗布手段を有していてもよい。
粘着剤の種類や塗布量は使用する凹凸パターンの形状や材質、第1の粒子P1及び第2の粒子P2の粒径や材質などによって適宜調整されるが、凹凸パターン111aに比べて粘着剤の粘着力が大きいことが好ましい。粘着力の比較は、ナノインデンターを用いる一般的な手法により測定可能である。
The adhesive is not particularly limited, and may be an acrylic adhesive, a rubber adhesive, a silicone adhesive, or a thermoplastic resin or a photocurable resin whose adhesive strength changes in response to disturbances such as heat or light. The particle arrangement device 1 may also have application means such as a dispenser or an inkjet head that applies adhesive to the surface of the second substrate 11b during transport.
The type and amount of adhesive to be applied are adjusted as appropriate depending on the shape and material of the concave-convex pattern to be used, the particle size and material of the first particles P1 and the second particles P2, etc., but it is preferable that the adhesive strength be greater than that of the concave-convex pattern 111 a. The comparison of adhesive strength can be measured by a general method using a nanoindenter.

ニップ部において、第1の粒子P1は第2の基材11bとの間に生じる付着力によって拘束される。ニップ部を過ぎて両搬送部材224a,224bが離間すると、第1の基材11a上にあった第1の粒子P1は、第2の基材11bへと転写される。 At the nip, the first particles P1 are restrained by the adhesive force generated between them and the second substrate 11b. When the conveying members 224a, 224b separate after passing through the nip, the first particles P1 that were on the first substrate 11a are transferred to the second substrate 11b.

第1の粒子P1が転写された第2の基材11bは、搬送部材224bによって第2の充填装置24bの充填位置へと搬送される。
第2の充填装置24bは、充填容器242a中に、第1の粒子P1と担持材S1を有する充填剤241aの代わりに第2の粒子P2と担持材S2を有する充填剤241bが収容されている点以外は、第1の充填装置24aと同様の構成及び機能を有する。
The second substrate 11b onto which the first particles P1 have been transferred is transported by the transport member 224b to the loading position of the second loading device 24b.
The second filling device 24b has the same configuration and function as the first filling device 24a, except that a filling container 242a contains a filler 241b having second particles P2 and a carrier material S2 instead of a filler 241a having first particles P1 and a carrier material S1.

第2の充填装置24bは、第2の基材11b上の、第1の粒子P1が配置されていない部分に、第2の粒子P2を充填する。上述のように、転写部25aを通過した第2の基材11b上には第1の粒子P1が配置されているが、第1の粒子P1が配置されていない部分には粘着部が露出し、いわば凹部が形成されている。第2の充填装置24bは、この凹部(粘着部)に、第1の充填装置24aと同様のプロセスで、第2の粒子P2を充填する
The second filling device 24b fills the second particles P2 into the portions of the second substrate 11b where the first particles P1 are not placed. As described above, the first particles P1 are placed on the second substrate 11b that has passed through the transfer unit 25a, but the adhesive portions are exposed in the portions where the first particles P1 are not placed, forming recesses, so to speak. The second filling device 24b fills the recesses (adhesive portions) with the second particles P2 using the same process as the first filling device 24a.

このように、第2の基材11b上の第1の粒子P1が配置されていない空隙部に充填可能な第2の粒子P2が選択的に充填されることで、粒子による基材のカバー率が向上する。
第2の粒子P2は、第1の粒子P1間の空隙部の開口幅以下のメジアン径であることが好ましい。なお、ここでは担持材として磁性粒子を用いる場合について説明するが、第1の充填装置24aと同様に、ブラシ繊維や弾性材を担持材として用いてもよい。
In this way, the second particles P2 that can be filled are selectively filled into gaps on the second substrate 11b where the first particles P1 are not placed, thereby improving the coverage rate of the substrate by the particles.
The second particles P2 preferably have a median diameter equal to or smaller than the opening width of the gaps between the first particles P1. Note that although the case where magnetic particles are used as the carrier material will be described here, brush fibers or elastic materials may also be used as the carrier material, as in the first filling device 24a.

充填剤241bは、第2の粒子P2と、第2の粒子P2を担持する担持材S2と、を有する。充填剤241bは、複数の第2の粒子P2によって構成される粉体と、複数の担持材S2によって構成される粉体と、を含む複数の粉体の混合物である。担持材S2は、担持材S1と同様のものを用いても、異なっていても構わない。第2の粒子P2の粒径や材質や、上述した空隙部の開口幅に合わせて適宜選択される。
充填剤241b中の第2の粒子P2の質量%は、特に制限されないが、好ましくは5~40質量%、10~30質量%の範囲が挙げられる。
The filler 241b includes second particles P2 and a support material S2 that supports the second particles P2. The filler 241b is a mixture of multiple powders including a powder composed of multiple second particles P2 and a powder composed of multiple support materials S2. The support material S2 may be the same as or different from the support material S1. The support material S2 is selected appropriately depending on the particle size and material of the second particles P2 and the opening width of the voids described above.
The mass % of the second particles P2 in the filler 241b is not particularly limited, but is preferably in the range of 5 to 40 mass %, or 10 to 30 mass %.

図8は、第2の充填装置24bによる充填プロセスにおける第2の基材11bの表面近傍の拡大図である。第2の基材11b上には、第1の粒子P1が配置されて形成された凸部と、第1の粒子P1が配置されていない凹部と、を有する凹凸パターンが形成されている。第2の基材11b上の、第1の粒子P1が配置されていない凹部には、粘着部13bが露出している。第2の充填装置24bによる充填プロセスにおいては、第2の基材11bの表面上の粘着部13bに、第2の粒子P2を配置する。第2の充填装置24bによる充填プロセス後、第2の基材11bの粘着部の表面には、第1の粒子P1及び第2の粒子P2が隣接して配置されている。すなわち、第2の基材11b上の、第1の粒子P1が配置されていない部分に第2の粒子P2を配置することで、第1の粒子P1と第2の粒子P2を隣接して配置することができる。また、必ずしもすべての第1の粒子P1の隣に第2の粒子P2が配置されていなくてもよく、第1の粒子P1同士、又は第2の粒子P2同士が隣接していてもよい。 Figure 8 is an enlarged view of the surface vicinity of the second substrate 11b during the filling process using the second filling device 24b. A concave-convex pattern is formed on the second substrate 11b, with convex portions formed by the placement of the first particles P1 and concave portions where the first particles P1 are not placed. The adhesive portions 13b are exposed in the concave portions on the second substrate 11b where the first particles P1 are not placed. During the filling process using the second filling device 24b, the second particles P2 are placed on the adhesive portions 13b on the surface of the second substrate 11b. After the filling process using the second filling device 24b, the first particles P1 and the second particles P2 are arranged adjacent to each other on the surface of the adhesive portion of the second substrate 11b. In other words, by placing the second particles P2 in the portions of the second substrate 11b where the first particles P1 are not arranged, the first particles P1 and the second particles P2 can be arranged adjacent to each other. Furthermore, it is not necessary for the second particles P2 to be arranged adjacent to all of the first particles P1; first particles P1 or second particles P2 may be adjacent to each other.

充填剤241bは、この凹凸パターンに接触し、第2の基材11bの表面に対して垂直な方向への磁力(図中実線Fm)を受けながら、第2の基材11bに対して0ではない相対速度を有しつつ、第2の基材11bと共に搬送される。これにより、担持材S2に担持された第2の粒子P2は第2の基材11bの表面の凹凸パターンに摺擦されながら搬送される。 The filler 241b comes into contact with this uneven pattern and is subjected to a magnetic force (solid line Fm in the figure) perpendicular to the surface of the second substrate 11b. It is transported along with the second substrate 11b at a non-zero relative speed with respect to the second substrate 11b. As a result, the second particles P2 carried by the carrier material S2 are transported while being rubbed against the uneven pattern on the surface of the second substrate 11b.

このとき、凹凸パターンの凹部の開口幅を、凹部に第2の粒子P2は接触できるが、担持材S2は接触できないサイズとしておく。すなわち、第2の基材11b上の凹凸パターンの凹部の開口径は、第2の粒子P2の体積基準の粒度分布における累積50%粒径(メジアン径)よりも大きいことが好ましい。また、凹部の開口径は、担持材S2の平均サイズよりも小さいことが好ましい。ここで、凹凸パターンの凹部の開口径は、凹部の短手方向の開口径であることが好ましく、凹部の短手方向の最大開口径であることがより好ましい。これにより、充填剤241bの中で第2の粒子P2のみが選択的に凹部に接触することができる。 At this time, the opening width of the recesses in the uneven pattern is set to a size that allows the second particles P2 to come into contact with the recesses, but not the support material S2. In other words, the opening diameter of the recesses in the uneven pattern on the second substrate 11b is preferably larger than the cumulative 50% particle size (median diameter) in the volume-based particle size distribution of the second particles P2. Furthermore, the opening diameter of the recesses is preferably smaller than the average size of the support material S2. Here, the opening diameter of the recesses in the uneven pattern is preferably the opening diameter in the short direction of the recesses, and more preferably the maximum opening diameter in the short direction of the recesses. This allows only the second particles P2 in the filler 241b to selectively come into contact with the recesses.

凹部に接触した第2の粒子P2は、凹凸パターンの構造による物理的な拘束力や、第2の基材11b及び凹凸パターンを構成する構造材料(ここでは第1の粒子P1)との静電的付着力や粘着力により強く拘束され、担持材S2から脱離する。なお、図8は説明上、担持材S2の表面に第2の粒子P2が担持されているが、充填剤241bの攪拌時、供給時や搬送時において、担持材S2に担持されない第2の粒子P2が存在していても構わな
い。
The second particles P2 that come into contact with the recesses are strongly restrained by the physical restraining force due to the structure of the concave-convex pattern, and by the electrostatic adhesion and adhesive force with the second substrate 11b and the structural material that constitutes the concave-convex pattern (here, the first particles P1), and are detached from the support material S2. Note that, for the sake of explanation, in Figure 8, the second particles P2 are supported on the surface of the support material S2, but it is also acceptable for there to be second particles P2 that are not supported on the support material S2 during the agitation, supply, or transport of the filler 241b.

図9Aは、転写部25aによって第1の粒子P1が転写された後の第2の基材11bを模式的に示す図であり、第2の基材11bを基材面に垂直な方向から見た図である。図9Aに示すように、第2の基材11b上には、正六角形状に第1の粒子P1が配置された配置領域が整列したハニカムパターンが形成されている。 Figure 9A is a schematic diagram showing the second substrate 11b after the first particles P1 have been transferred by the transfer unit 25a, and is a view of the second substrate 11b viewed from a direction perpendicular to the substrate surface. As shown in Figure 9A, a honeycomb pattern is formed on the second substrate 11b, in which the arrangement regions in which the first particles P1 are arranged in the shape of regular hexagons are aligned.

この正六角形の領域内には第1の粒子P1が緻密に配置されており、それ以外の部分(図9Aの白地部分)には第1の粒子P1は配置されておらず、第2の基材11bの表面の粘着部が露出している。かかる第1の粒子P1が保持される正六角形の領域は、第一のパターン部と換言される。また、第2の粒子P2が保持され、第一のパターン部の間隙に相当するハニカムパターンの領域は、第二のパターン部であると換言される。 The first particles P1 are densely arranged within this regular hexagonal region, and the first particles P1 are not arranged in other areas (white areas in Figure 9A), leaving the adhesive portion of the surface of the second substrate 11b exposed. The regular hexagonal region in which the first particles P1 are held is referred to as the first pattern portion. Furthermore, the honeycomb pattern region in which the second particles P2 are held and which corresponds to the gaps in the first pattern portion is referred to as the second pattern portion.

図9Bは、第2の充填装置24bによって第2の粒子P2を充填した後の第2の基材11bを模式的に示す図であり、第2の基材11bを基材面に垂直な方向から見た図である。図9Bに示すように、第1の粒子P1が配置されず粘着部が露出していた領域には、第2の粒子P2が緻密に配置されている。また、第1の粒子P1が配置されている領域と第2の粒子P2が配置されている領域との間の境界部においても、第1の粒子P1と第2の粒子P2とが緻密に配置されている。なお、第1の粒子P1間の僅かな隙間にも同様の方法で粒子を充填することができる。この場合、第1の粒子P1間の隙間に相当する粒径の粒子を含む充填剤を用いて、上述の同様の方法で充填することが可能であり、さらに緻密な薄膜を形成することができる。 Figure 9B is a schematic diagram of the second substrate 11b after the second particles P2 have been filled by the second filling device 24b, viewed from a direction perpendicular to the substrate surface. As shown in Figure 9B, the second particles P2 are densely arranged in the areas where the first particles P1 were not arranged and the adhesive portion was exposed. The first particles P1 and the second particles P2 are also densely arranged at the boundary between the areas where the first particles P1 are arranged and the areas where the second particles P2 are arranged. Note that particles can also be filled in the small gaps between the first particles P1 using a similar method. In this case, it is possible to fill the gaps between the first particles P1 using a filler containing particles with a particle size equivalent to that of the gaps between the first particles P1 using the same method as described above, thereby forming an even denser thin film.

なお、第1の粒子P1と第2の粒子P2はそれぞれ1台の充填装置24a、24bにより配置されるが、複数台の充填装置を用いてもよい。これにより緻密性を改善することもできる。また、第1の粒子P1と第2の粒子P2に限定されず、充填装置を追加することにより、第1の粒子及び第2の粒子以外の第3の粒子を配置することもできる。 The first particles P1 and the second particles P2 are placed using one filling device 24a and one filling device 24b, respectively, but multiple filling devices may be used. This can also improve compactness. Furthermore, the particles are not limited to the first particles P1 and the second particles P2; by adding a filling device, third particles other than the first particles and second particles can also be placed.

[粒子配置装置2]
図10は、粒子配置装置2の構成を模式的に示す図である。粒子配置装置2は、基材11に粒子層12を形成する装置であって、基材11を格納供給する格納容器21と、基材11を搬送するベルト装置22と、を有する。また、粒子配置装置2は、基材11に粘着部を設けるための液体を配置する液体付与装置201を有してもよい。その際、基材11に粒子を密に配置するためには、基材11にパターン状に液体を配置することが好ましい。
[Particle arrangement device 2]
10 is a diagram schematically illustrating the configuration of the particle arrangement device 2. The particle arrangement device 2 is a device that forms a particle layer 12 on a substrate 11, and includes a storage container 21 that stores and supplies the substrate 11, and a belt device 22 that transports the substrate 11. The particle arrangement device 2 may also include a liquid application device 201 that applies a liquid for providing adhesive portions on the substrate 11. In this case, in order to densely arrange the particles on the substrate 11, it is preferable to apply the liquid in a pattern on the substrate 11.

液体付与装置201としては、インクジェット方式で液体を吐出する装置や液体を塗布する装置を用いることができるが、フレキソ版などの有版方法を用いることもできる。なかでも、液体付与装置としては、インクジェット方式で液体を吐出する装置を用いることが好ましい。
インクジェット方式で液体を吐出する装置は、例えば、サーマルタイプ、ピエゾタイプ、静電タイプ、コンティニュアスタイプなど、さまざまな吐出方法の装置を用いることができる。
As the liquid applying device 201, a device that ejects liquid by an inkjet method or a device that applies liquid can be used, but a plate-based method such as a flexographic plate can also be used. Among these, it is preferable to use a device that ejects liquid by an inkjet method as the liquid applying device.
As a device for discharging liquid by an inkjet method, devices using various discharging methods, such as a thermal type, a piezo type, an electrostatic type, or a continuous type, can be used.

液体付与装置201が付与する液体としては、第1の粒子P1を付着できる材料を含むものであれば、水性であっても油性であってもよい。第1の粒子P1と反応しない材料を選択するなど適宜選択される。また、液体付与装置201は、複数種の液体によってパターンL1を形成してもよい。例えば、液体付与装置201は、基材11で反応させて粘着性を高めるような2種の液体を付与してもよい。第1の粒子P1を付着できる材料としては、アクリル樹脂などの樹脂が挙げられる。 The liquid applied by the liquid application device 201 may be water-based or oil-based, as long as it contains a material to which the first particles P1 can adhere. The liquid may be selected as appropriate, such as by selecting a material that does not react with the first particles P1. The liquid application device 201 may also form the pattern L1 using multiple types of liquid. For example, the liquid application device 201 may apply two types of liquid that react with each other on the substrate 11 to increase adhesion. Examples of materials to which the first particles P1 can adhere include resins such as acrylic resins.

粉末付与装置202は、液体がパターン状に配置された基材11に、第1の粒子P1を含む粉末を付与する。これにより、基材11上の材料によって第1の粒子P1が固定され、パターンL1に対応したパターン状に粒子P1が固定される。 The powder application device 202 applies powder containing first particles P1 to the substrate 11 on which the liquid has been arranged in a pattern. As a result, the first particles P1 are fixed by the material on the substrate 11, and the particles P1 are fixed in a pattern corresponding to the pattern L1.

粉末付与装置202による粉末の付与手段は、粉末を基材11に向けて吹き付ける手段や、振りかける手段を用いることができる。粉末付与装置202は、基材11に固定されなかった第1の粒子P1を、振動、遠心や送風、吸引などの手段で除去する手段をさらに備えていてもよい。 The powder application means used by the powder application device 202 can be a means for spraying or sprinkling the powder toward the substrate 11. The powder application device 202 may further include a means for removing the first particles P1 that are not fixed to the substrate 11 by means such as vibration, centrifugation, air blowing, or suction.

粒子配置装置2は、液体付与装置201によって付与された液体の少なくとも一部を蒸発させて、基材11上の材料の量やパターンL1の厚さなどを制御する乾燥装置をさらに有していてもよい。この乾燥装置は、液体付与装置201の下流側であって、粉末付与装置202の上流側に設ければよい。乾燥後の基材上の材料は、液体、固形分を含む液体又は固形分のみでも構わない。 The particle placement device 2 may further include a drying device that evaporates at least a portion of the liquid applied by the liquid application device 201 to control the amount of material on the substrate 11 and the thickness of the pattern L1. This drying device may be located downstream of the liquid application device 201 and upstream of the powder application device 202. The material on the substrate after drying may be a liquid, a liquid containing solids, or solids only.

基材11に第1の粒子P1を固定配置した後に、液体付与装置203によって、少なくとも第1の粒子P1が配置されなかった領域に粘着部を設けるための液体を配置する。液体付与装置203は、液体付与装置201と同様の機能を有す。液体付与装置203によって、液体を付与された基材11は、第2の充填装置24を用いて、第2の粒子P2が配置される。その結果、基材11上に緻密な粒子層12が成形される。 After the first particles P1 are fixedly positioned on the substrate 11, a liquid is applied by the liquid application device 203 to provide adhesive portions in at least the areas where the first particles P1 were not applied. The liquid application device 203 has the same function as the liquid application device 201. After the liquid is applied to the substrate 11 by the liquid application device 203, second particles P2 are applied by the second filling device 24. As a result, a dense particle layer 12 is formed on the substrate 11.

また、粒子配置装置2は、粒子配置装置1と同様に、転写部を有していても構わない。この場合、粉末付与装置202の下流側に転写部を設ける。基材11から粘着部を有する別の基材に第1の粒子P1を転写する。第1の粒子P1が転写された基材において、第1の粒子P1が配置されず粘着部が露出している領域に、第2の充填装置24を用いて、第2の粒子P2を配置させることができる。これにより、樹脂基材の粘着部上に緻密に第1の粒子P1及び第2の粒子P2を配置させることが可能となる。 Furthermore, like the particle placement device 1, the particle placement device 2 may have a transfer unit. In this case, the transfer unit is provided downstream of the powder application device 202. The first particles P1 are transferred from the substrate 11 to another substrate having an adhesive portion. In the substrate to which the first particles P1 have been transferred, the second particles P2 can be placed using the second filling device 24 in areas where the first particles P1 are not placed and the adhesive portion is exposed. This makes it possible to precisely place the first particles P1 and the second particles P2 on the adhesive portion of the resin substrate.

粒子配置装置1及び2において、第1の粒子P1及び第2の粒子P2による樹脂基材の被覆率は、60%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、80%以上であることがさらに好ましい。第1の粒子P1及び第2の粒子P2による樹脂基材の被覆率は、粒子層が形成されている領域を基材鉛直方向から光学顕微鏡により撮影し、当該領域内における第1の粒子P1及び第2の粒子P2の面積率を画像処理ソフトによって算出することで測定することができる。 In particle placement devices 1 and 2, the coverage of the resin substrate by the first particles P1 and second particles P2 is preferably 60% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 80% or more. The coverage of the resin substrate by the first particles P1 and second particles P2 can be measured by photographing the area where the particle layer is formed using an optical microscope from a direction perpendicular to the substrate, and calculating the area ratio of the first particles P1 and second particles P2 within that area using image processing software.

上述の粒子配置装置1又は粒子配置装置2により、図1の第1工程(図1中、S101)で樹脂基材の粘着部に第1の粒子P1を配置し、第2の粒子P2を配置する。 Using the particle placement device 1 or particle placement device 2 described above, first particles P1 are placed on the adhesive portion of the resin substrate in the first step (S101 in FIG. 1), and second particles P2 are placed.

(第2工程)
第2工程は、粒子層が形成された樹脂基材(以後、基材ともいう)を複数積層した積層体を成形する工程である。積層体の層の数は特に限定されず、所望の電極容量に応じて決定される。また、積層体は、基盤としての正極集電体などの集電体上に成形されることが好ましい。すなわち、積層体は、基盤を含むことが好ましい。集電体としては、Al箔、SUS箔や白金、金箔などの公知の集電体を用いることができる。基盤として、電解質を用いても構わない。
(Second process)
The second step is a step of forming a laminate by stacking a plurality of resin substrates (hereinafter also referred to as substrates) on which particle layers are formed. The number of layers of the laminate is not particularly limited and is determined according to the desired electrode capacity. In addition, the laminate is preferably formed on a current collector such as a positive electrode current collector as a substrate. That is, the laminate preferably includes a substrate. As the current collector, known current collectors such as Al foil, SUS foil, platinum foil, and gold foil can be used. An electrolyte may also be used as the substrate.

このとき、電解質は、別途作製された固体電解質シートや、同様の基材上に電解質粒子のみから成る電解質基材でも構わない。また、電解質として固体電解質を用いることができる。また、電極を正極とする場合、前記固体電解質シートや電解質基材は、正極基材の
積層面と逆側に負極や負極基材が形成されていても構わない。
In this case, the electrolyte may be a separately prepared solid electrolyte sheet or an electrolyte substrate consisting of only electrolyte particles on a similar substrate. A solid electrolyte may also be used as the electrolyte. When the electrode is a positive electrode, the solid electrolyte sheet or electrolyte substrate may have a negative electrode or a negative electrode substrate formed on the opposite side of the positive electrode substrate.

図11は、積層体成形装置U3の構成を模式的に示す図である。積層体成形装置U3は、粒子層12が形成された基材11を搬送する搬送装置31と、不図示のアクチュエータによって垂直方向に早退移動可能なステージ32と、を有する。 Figure 11 is a diagram showing a schematic configuration of the laminate forming device U3. The laminate forming device U3 has a conveying device 31 that conveys the substrate 11 on which the particle layer 12 has been formed, and a stage 32 that can be moved back and forth vertically by an actuator (not shown).

搬送装置31は、粒子配置装置を用いて形成された粒子層12を有する基材11を受け取って、ステージ32へと搬送する。基材11を搬送可能な搬送装置31として、例えば、ベルトコンベア、ローラ、ロボットアームなどが挙げられる。
搬送装置31によって基材11がステージ32に搬送されると、ステージ32は基材11及び粒子層12の厚さ分、垂直方向に移動する。搬送装置31による搬送とステージ32の移動とを繰り返すことで、粒子層12がそれぞれ形成された複数の基材11が積層され、積層体15が成形される。
The conveying device 31 receives the substrate 11 having the particle layer 12 formed using the particle placement device, and conveys it to the stage 32. Examples of the conveying device 31 that can convey the substrate 11 include a belt conveyor, a roller, and a robot arm.
When the substrate 11 is transported to the stage 32 by the transport device 31, the stage 32 moves in the vertical direction by an amount equivalent to the thickness of the substrate 11 and the particle layer 12. By repeating the transport by the transport device 31 and the movement of the stage 32, multiple substrates 11, each having a particle layer 12 formed thereon, are stacked, and a laminate 15 is formed.

このとき、粒子層12が形成された基材11の裏側の面に粘着部を有していることが好ましい。この粘着部により、基材同士が付着し、積層体の強度が上がり、第2工程以降も基材間のずれを抑制できる。更に基材間の粒子層12は、上下の粘着部により挟まれることにより、工程時や積層体の保管時にも配置のずれを抑制できる。なお、前記粘着部は、積層前に不図示の塗工装置により塗工されてもよいし、予め塗工された基材を用い、積層前に塗工面に被覆された保護フィルムを剥離して積層してもよい。 In this case, it is preferable that the back surface of the substrate 11 on which the particle layer 12 is formed has an adhesive portion. This adhesive portion allows the substrates to adhere to each other, increasing the strength of the laminate and preventing misalignment between the substrates even after the second process. Furthermore, by sandwiching the particle layer 12 between the substrates between the upper and lower adhesive portions, misalignment can be prevented during processing and storage of the laminate. The adhesive portion may be applied using a coating device (not shown) before lamination, or a pre-coated substrate may be used and the protective film coated on the coated surface may be peeled off before lamination.

なお、積層体15が成形される直前に、基材を除電する除電工程を有することが好ましい。粒子配置装置を用いて形成された粒子層12や基材11は、帯電されやすく、積層する際に基材と基材との間に静電的な反発力が生じる。そのため、第2工程で積層する際に、基材が剥がれたり、基材と基材との間に空隙ができやすくなったりする。除電工程では、静電気除電ブロアー等により非接触で除電することが好ましい。
また、積層体15が成形された後に、基材間の空隙を軽減するために、積層体を脱気する脱気工程を有することが好ましい。脱気工程では、真空包装機等により脱気することが好ましい。
It is preferable to have a static elimination step of eliminating static electricity from the substrate immediately before forming the laminate 15. The particle layer 12 and substrate 11 formed using the particle placement device are easily charged, and electrostatic repulsion occurs between the substrates during lamination. Therefore, when laminating in the second step, the substrates tend to peel off or gaps tend to form between the substrates. In the static elimination step, it is preferable to eliminate static electricity without contact using an electrostatic elimination blower or the like.
Furthermore, after the laminate 15 is formed, it is preferable to have a degassing step of degassing the laminate in order to reduce voids between the substrates. In the degassing step, degassing is preferably performed using a vacuum packaging machine or the like.

(第3工程)
第3工程は、積層体から樹脂基材を除去して、活物質粒子及び電解質粒子を含む立体物を成形する工程である。好ましくは、積層体を焼結して、積層体から樹脂基材を除去する工程である。これにより、活物質粒子に内表面や、外表面を形成することができる。すなわち、第3工程は、活物質粒子に内表面を形成する工程であるといえ、活物質粒子に外表面を形成する工程であるともいえる。
図12は、焼結処理装置U4の構成を模式的に示す図である。焼結処理装置U4は、積層体15を搬送する搬送装置41と、積層体15を加熱する加熱炉42と、を有する。
(3rd step)
The third step is a step of removing the resin substrate from the laminate to form a three-dimensional object containing active material particles and electrolyte particles. Preferably, the third step is a step of sintering the laminate to remove the resin substrate from the laminate. This allows the active material particles to have inner and outer surfaces. In other words, the third step can be said to be a step of forming inner surfaces on the active material particles, or a step of forming outer surfaces on the active material particles.
12 is a diagram showing a schematic configuration of the sintering apparatus U4. The sintering apparatus U4 has a conveying device 41 that conveys the laminate 15 and a heating furnace 42 that heats the laminate 15.

搬送装置41は、積層体形成装置から積層体15を受け取って加熱炉42へと搬送する。搬送装置41は、搬送装置31と同様に、積層体15を搬送可能な装置であることが好ましい。積層体15を搬送可能な装置として、例えば、ベルトコンベア、ローラ、ロボットアームなどが挙げられる。 The conveying device 41 receives the laminate 15 from the laminate forming device and conveys it to the heating furnace 42. Similar to the conveying device 31, the conveying device 41 is preferably a device capable of conveying the laminate 15. Examples of devices capable of conveying the laminate 15 include a belt conveyor, rollers, and a robot arm.

加熱炉42は、積層体15を加熱する炉である。加熱炉42は、加熱手段421と、加圧手段422と、雰囲気調整手段423(423a及び423b)と、を有する。加熱炉42としては、セラミックなどの焼成に用いられる焼成炉を用いることができる。加圧手段422は、加熱炉42において加熱されている積層体15を加圧したり、加熱前後の積層体15を加圧したりする。 The heating furnace 42 is a furnace that heats the laminate 15. The heating furnace 42 has a heating means 421, a pressurizing means 422, and an atmosphere adjusting means 423 (423a and 423b). A firing furnace used for firing ceramics or the like can be used as the heating furnace 42. The pressurizing means 422 pressurizes the laminate 15 being heated in the heating furnace 42, and pressurizes the laminate 15 before and after heating.

なお、加圧手段422は、積層体15を加圧する加圧部が気体を通過させやすい多孔質体で形成されていることが好ましい。雰囲気調整手段423は、雰囲気ガス供給手段423a及び減圧手段423bを有し、加熱炉42の処理空間内の雰囲気ガスの調整を行う。
雰囲気ガスとしては、酸化雰囲気(O)、不活性雰囲気(Ar、N等)や還元雰囲気(Ar-H)を用いることができるが、大気下で焼結を行ってもよい。
It is preferable that the pressurizing means 422 has a pressurizing portion that pressurizes the laminate 15 and is formed of a porous material that allows gas to easily pass through. The atmosphere adjusting means 423 has an atmosphere gas supplying means 423a and a pressure reducing means 423b, and adjusts the atmosphere gas in the processing space of the heating furnace 42.
As the atmospheric gas, an oxidizing atmosphere (O 2 ), an inert atmosphere (Ar, N 2 , etc.) or a reducing atmosphere (Ar—H 2 ) can be used, but sintering may also be carried out in air.

積層体を焼結処理する際に、積層体15中の基材11の熱分解温度以上の温度で加熱することが好ましく、積層体15中の各粒子層の熱分解温度未満の温度で加熱することが好ましい。積層体を加熱する温度としては、200℃以上1000℃以下であることが好ましく、400℃以上800℃以下であることがさらに好ましく、450℃以上800℃以下であることが特に好ましく、450℃以上650℃以下であることが殊更好ましい。焼結温度にて30分以上維持することが好ましく、1時間以上維持することがより好ましい。また、上限は特に限定されないが、例えば3時間以下であってよく、2時間以下であってよい。例えば、焼結温度にて30分~3時間、1時間~2時間維持することが好ましい。
熱分解温度とは、焼結処理装置における加熱の際の雰囲気下で温度を徐々に上げていった場合に、その材料の重量減少が始まる温度のことである。したがって、基材11の熱分解温度以上の温度で積層体を加熱することで、積層体中の基材11を分解してその重量を減らすことができ、積層体から基材11を除去することができる。
When sintering the laminate, it is preferable to heat it at a temperature equal to or higher than the thermal decomposition temperature of the substrate 11 in the laminate 15, and it is preferable to heat it at a temperature lower than the thermal decomposition temperature of each particle layer in the laminate 15. The temperature to which the laminate is heated is preferably 200°C or higher and 1000°C or lower, more preferably 400°C or higher and 800°C or lower, particularly preferably 450°C or higher and 800°C or lower, and especially preferably 450°C or higher and 650°C or lower. It is preferable to maintain the sintering temperature for 30 minutes or more, more preferably 1 hour or higher. The upper limit is not particularly limited, but it may be, for example, 3 hours or less, or 2 hours or less. For example, it is preferable to maintain the sintering temperature for 30 minutes to 3 hours, or 1 hour to 2 hours.
The thermal decomposition temperature is the temperature at which the weight of a material begins to decrease when the temperature is gradually increased in a heating atmosphere in a sintering treatment device. Therefore, by heating the laminate at a temperature equal to or higher than the thermal decomposition temperature of the substrate 11, the substrate 11 in the laminate can be decomposed to reduce its weight, and the substrate 11 can be removed from the laminate.

加熱温度は、基材11の熱分解温度以上の温度であることが好ましいが、熱分解温度よりもさらに高い温度で加熱することが好ましい。具体的には、焼結処理装置における加熱の際の雰囲気(典型的には空気)下で室温(25℃)から5℃/分の割合で昇温させて熱重量分析を行った場合に、初期重量の70%となるときの温度以上の温度で加熱することが好ましい。具体的には、例えば385℃以上であることが好ましい。 The heating temperature is preferably equal to or higher than the thermal decomposition temperature of the substrate 11, but it is preferable to heat at a temperature even higher than the thermal decomposition temperature. Specifically, when the temperature is increased from room temperature (25°C) at a rate of 5°C/min in the atmosphere (typically air) used during heating in the sintering treatment device and thermogravimetric analysis is performed, it is preferable to heat at a temperature equal to or higher than the temperature at which the weight is reduced to 70% of its initial weight. Specifically, for example, 385°C or higher is preferable.

また、同様に熱重量分析を行ったときに、初期重量の50%となるときの温度以上の温度で加熱することがより好ましく、初期重量の20%となるときの温度以上の温度で加熱することがさらに好ましい。具体的には、例えば400℃以上であることが好ましく、450℃以上であることがより好ましい。これにより、基材11の除去に要する時間を短縮したり、基材11の除去率を高めたりすることができる。 Furthermore, when similarly performing thermogravimetric analysis, it is more preferable to heat at a temperature equal to or higher than the temperature at which the weight is reduced to 50% of the initial weight, and even more preferable to heat at a temperature equal to or higher than the temperature at which the weight is reduced to 20% of the initial weight. Specifically, for example, a temperature of 400°C or higher is preferable, and 450°C or higher is even more preferable. This can shorten the time required to remove the substrate 11 and increase the removal rate of the substrate 11.

このように、焼結処理装置が加熱により基材11を除去する場合には、活物質粒子や固体電解質粒子が、基材11よりも高い熱分解温度を有することが好ましい。一般に、無機材料は有機材料よりも熱分解温度が高い傾向にあるため、活物質粒子や固体電解質粒子は無機材料であり、基材11の材質は樹脂などの有機材料であることが好ましい。また、焼結処理装置が加熱により基材11を除去する場合には、活物質粒子は、基材11の熱分解温度より高い軟化点温度を有する材料であることが好ましい。 As such, when the sintering processing apparatus removes the substrate 11 by heating, it is preferable that the active material particles and solid electrolyte particles have a higher thermal decomposition temperature than the substrate 11. In general, inorganic materials tend to have higher thermal decomposition temperatures than organic materials, so it is preferable that the active material particles and solid electrolyte particles are inorganic materials and the substrate 11 is made of an organic material such as a resin. Furthermore, when the sintering processing apparatus removes the substrate 11 by heating, it is preferable that the active material particles be made of a material with a softening point temperature higher than the thermal decomposition temperature of the substrate 11.

焼結処理装置は、加熱により、積層体15中の樹脂基材の90重量%以上を消失させることが好ましく、95重量%以上を消失させることがより好ましく、97重量%以上を消失させることがさらに好ましい。その際、樹脂基材は燃焼又はガス化して気体として外部に放出されることが好ましい。このとき、熱分解によってガス化した樹脂基材が気体として積層体の外部に放出される際に、樹脂基材上に形成された粒子層を押し上げて形状を乱すことがある。
このため、樹脂基材の厚みを薄くして、粒子層への影響を軽減することが好ましい。
The sintering treatment device preferably removes 90% by weight or more of the resin substrate in the laminate 15 by heating, more preferably removes 95% by weight or more, and even more preferably removes 97% by weight or more. At this time, the resin substrate is preferably burned or gasified and released to the outside as a gas. At this time, when the resin substrate gasified by pyrolysis is released to the outside of the laminate as a gas, it may push up the particle layer formed on the resin substrate and disrupt the shape.
For this reason, it is preferable to reduce the thickness of the resin substrate to reduce the influence on the particle layer.

具体的には、樹脂基材の厚み(μm)は、樹脂基材上の粒子層の厚みの10倍以下であることが好ましく、5倍以下であることがより好ましく、2倍以下であることがさらに好ましい。ここで、粒子層の厚みとは、樹脂基材面を(x、y)、樹脂基材の積層方向を(
z)としたとき、樹脂基材上に配置された各粒子が存在する領域(x、y、z)における、zの最大値と最小値の差の値を示す。
Specifically, the thickness (μm) of the resin substrate is preferably 10 times or less, more preferably 5 times or less, and even more preferably 2 times or less, of the thickness of the particle layer on the resin substrate. Here, the thickness of the particle layer is defined as the thickness of the resin substrate surface in the direction (x, y) and the thickness of the layer in the direction (
z), the difference between the maximum and minimum values of z in the region (x, y, z) where each particle arranged on the resin substrate exists.

樹脂基材上の粒子層の厚みは、BIB-SEMにより、積層体15の断面をSEM観察し、樹脂基材面をx、樹脂基材の積層方向をzとしたとき、粒子の存在領域(x、z)を画像処理ソフトにより求め、zの最大値と最小値の差を求めて、算出される。ここで、BIB-SEMの撮影条件、必要な画像領域や画像処理方法については、後述の条件と同様である。 The thickness of the particle layer on the resin substrate is calculated by observing the cross section of the laminate 15 using a BIB-SEM, determining the particle presence area (x, z) using image processing software, where x is the resin substrate surface and z is the lamination direction of the resin substrate, and then calculating the difference between the maximum and minimum z values. The BIB-SEM imaging conditions, required image area, and image processing method are the same as those described below.

樹脂基材の厚みは、活物質粒子の粒径と同様にBIB-SEMから求めてもよく、デジタル厚みゲージ等を用いて測定してもよい。また、BIB-SEMを用いたSEM観察において、活物質粒子、固体電解質粒子、基材、粘着部をそれぞれ特定する方法としては、EDSにより元素組成分析する方法などが挙げられる。 The thickness of the resin substrate, like the particle size of the active material particles, can be determined using a BIB-SEM, or it can be measured using a digital thickness gauge, etc. In addition, methods for identifying the active material particles, solid electrolyte particles, substrate, and adhesive portions during SEM observation using a BIB-SEM include elemental composition analysis using EDS.

電極の断面観察は、Arによるブロードイオンビーム(BIB)で断面を加工し、その断面を走査型電子顕微鏡により得られる二次元像より求める。以下、前述の二次元像の観察方法をBIB-SEMと呼ぶ。測定方法の詳細は後述する。 To observe the cross section of the electrode, a cross section is processed using a broad ion beam (BIB) of Ar, and the cross section is then analyzed using a scanning electron microscope to obtain a two-dimensional image. Hereafter, this method of observing two-dimensional images is referred to as BIB-SEM. Details of the measurement method will be described later.

<BIB-SEMの撮影方法>
BIB-SEMにより電極の断面撮影を行う。
以下にBIB-SEMの撮影条件について説明する。
電極が電池に含まれている場合、電池を解体して、電極を含むサンプルを取り出す。例えば、ラミネート型電池の場合は、ラミネートを開封し、電極を含む積層体を取り出す。下記断面加工の負荷を抑えるために、撮影に不要な他方の集電体や電極を積層体から分離し、電極を含むサンプルを取り出す。電極は、電解質層と集電体の層間の領域として特定できる。
積層方向に沿った切断面とするようにワイヤーソー(DWS3400/ワイヤー径170μm・ダイヤモンド径30μm)でサンプルを切断する。切断面に対してArによるブロードイオンビームで断面加工(JEOL製SM-09010 Cross Section Polisher)する。断面加工の条件は、電圧6kV、電流150~200mAとする。BIB-SEM画像として、電極サンプルの積層方向の断面を得て、断面観察を行う。ブロードイオンビーム(BIB)の代わりに、ビーム中のイオン粒子強度、ビーム径を変えたファインイオンビーム(FIB)を用いることもできる。
<BIB-SEM imaging method>
A cross-section of the electrode is photographed using a BIB-SEM.
The imaging conditions for the BIB-SEM are explained below.
If the battery contains electrodes, disassemble the battery and extract a sample containing the electrodes. For example, in the case of a laminated battery, open the laminate and extract the laminate containing the electrodes. To reduce the load of the cross-section processing described below, separate the other current collectors and electrodes that are not required for imaging from the laminate, and extract the sample containing the electrodes. The electrodes can be identified as the region between the electrolyte layer and the current collector layer.
The sample is cut using a wire saw (DWS3400/wire diameter 170 μm, diamond diameter 30 μm) to obtain a cut surface along the stacking direction. The cut surface is cross-sectionally processed using a broad ion beam of Ar (JEOL SM-09010 Cross Section Polisher). The cross-sectional processing conditions are a voltage of 6 kV and a current of 150 to 200 mA. A cross-section of the electrode sample in the stacking direction is obtained as a BIB-SEM image, and the cross-section is observed. Instead of a broad ion beam (BIB), a fine ion beam (FIB) can also be used, with the ion particle intensity and beam diameter changed in the beam.

断面部を電子顕微鏡(ULTRA55)により以下の条件で撮影する。
検出器:ESB(反射電子像)
観察条件:加速電圧3kV
倍率:1000倍
フィルター:ESBフィルターに1500Vのバイアス印加
The cross section is photographed using an electron microscope (ULTRA55) under the following conditions.
Detector: ESB (backscattered electron beam)
Observation conditions: accelerating voltage 3 kV
Magnification: 1000x Filter: ESB filter with 1500V bias applied

次に、SEM-EDX(Bruker社製 XFlash Detector 630M)により、電極の各粒子および導電性を有する樹脂の元素、組成分析を行い、活物質粒子と、電解質粒子と、導電性を有する樹脂と、を識別した。
活物質粒子と、電解質粒子と、導電性を有する樹脂との識別は、上述の方法により行う。電極をX線回折(XRD)等で分析し、電極を構成する物質の同定を行う。その後、活物質粒子、電解質粒子、及び導電性を有する樹脂それぞれに含まれる特有の元素を、上述の方法によりSEM-EDXで検出し、識別する。電極を構成する物質の同定は、上述のX線回折以外にも、TEMにおける電子エネルギー損失分光法(EELS)により行うこともできる。また、ラマン分光やTOF-SIMSにより同定することもでき、上述の各分析法を組み合わせて、電極を構成する物質の同定を行ってもよい。
Next, elemental and compositional analysis of each particle of the electrode and the conductive resin was performed using SEM-EDX (XFlash Detector 630M manufactured by Bruker Corporation), and the active material particles, electrolyte particles, and conductive resin were identified.
The active material particles, electrolyte particles, and conductive resin are identified by the above-mentioned method. The electrode is analyzed by X-ray diffraction (XRD) or the like to identify the materials that make up the electrode. Then, the specific elements contained in each of the active material particles, electrolyte particles, and conductive resin are detected and identified by SEM-EDX using the above-mentioned method. In addition to the above-mentioned X-ray diffraction, the materials that make up the electrode can also be identified by electron energy loss spectroscopy (EELS) in a TEM. They can also be identified by Raman spectroscopy or Time of Flight-SIMS, and the materials that make up the electrode may be identified by combining the above-mentioned analytical methods.

樹脂基材の厚みは、1μm以上1mm以下であることが好ましい。粒子層の厚みは、0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。 The thickness of the resin substrate is preferably 1 μm or more and 1 mm or less. The thickness of the particle layer is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less.

基材として樹脂などの有機材料で形成された基材を用いることで、加熱による基材の除去を容易にすることができる。基材を構成する材料としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル、ナイロンなどのポリアミド、などを用いることができる。なかでも、分解温度や熱分解時に発生する気体の低有害性の観点から、PETを用いることが好ましい。 Using a substrate made of an organic material such as resin as the substrate makes it easier to remove the substrate by heating. Materials that can be used to make the substrate include polyesters such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyethylene terephthalate (PET), and polyamides such as nylon. Of these, PET is preferred due to its low decomposition temperature and the low toxicity of the gases generated during thermal decomposition.

焼結処理装置は、減圧手段423bによって、放出された気体を加熱炉42の外部に排気することが好ましい。雰囲気ガス供給手段423aなどによって、加熱炉42の内部を酸化雰囲気、すなわち、空気などの酸素ガスを含む雰囲気としておくことで、樹脂基材を燃焼させて除去することができる。一方、用いる活物質粒子や電解質粒子によっては、酸化雰囲気での焼結により分解や組成変化を引き起こす場合がある。このような場合には、不活性雰囲気(Ar、N等)や還元雰囲気(Ar-H)で焼結することが好ましい。 The sintering apparatus preferably exhausts the released gas to the outside of the heating furnace 42 using the pressure reducing means 423b. The resin base material can be burned and removed by creating an oxidizing atmosphere, i.e., an atmosphere containing oxygen gas such as air, inside the heating furnace 42 using the atmospheric gas supply means 423a or the like. However, depending on the active material particles and electrolyte particles used, sintering in an oxidizing atmosphere may cause decomposition or composition changes. In such cases, sintering in an inert atmosphere (Ar, N2 , etc.) or a reducing atmosphere (Ar- H2 ) is preferred.

上述の通り、積層体15から樹脂基材が熱分解によってガス化して気体として放出されると、積層体15中の各粒子層が押し上げられて形状が変化してしまうことがある。そのため、加熱炉42において加熱を行う際には、加熱の前又は加熱中に、加圧手段422によって積層体15を加圧しても構わない。 As mentioned above, when the resin substrate is gasified by pyrolysis and released from the laminate 15 as a gas, the particle layers in the laminate 15 may be pushed up and their shape may change. Therefore, when heating in the heating furnace 42, the laminate 15 may be pressurized by the pressurizing means 422 before or during heating.

図13Aは、第2工程後の積層体断面のBIB-SEM画像である。樹脂基材14上に、粒子層12と第2の基材11bとを含む積層単位が6単位、粒子層12と第2の基材11bとが交互となるように積層された積層体15の積層断面に対応する。図13Bは、第3工程後の立体物16のBIB-SEM画像である。積層体15から樹脂基材が除去され、6層の粒子層からなる立体物16である。図13Cは、立体物16の上方のSEM画像である。第1工程で第2の基材11b上に周期的に配置した第1の粒子P1、第2の粒子P2が、第2工程以降も維持されている。 Figure 13A is a BIB-SEM image of the cross section of the laminate after the second step. It corresponds to the cross section of laminate 15, in which six lamination units, each including particle layer 12 and second substrate 11b, are laminated on resin substrate 14 so that particle layers 12 and second substrate 11b alternate. Figure 13B is a BIB-SEM image of three-dimensional object 16 after the third step. The resin substrate has been removed from laminate 15, leaving three-dimensional object 16 consisting of six particle layers. Figure 13C is an SEM image of the top of three-dimensional object 16. The first particles P1 and second particles P2 periodically arranged on second substrate 11b in the first step remain after the second step.

図14Aは、本開示における一実施形態(実施例1)に係る立体物16のBIB-SEM画像である。図14Bは、図14Aの拡大像である。
第1の粒子P1として正極活物質粒子のLiCoO(以下LCO)、第2の粒子P2として電解質粒子のLiBO(以下LBO)を用いて、本開示の製造方法により立体物16を成形する。本実施形態においては、LCO粒子(第1の粒子P1)は、図14A及び14Bに示すように、コア部P1aと、シェル部P1bと、シェル部の表面上の、放射状に突出する突出部P1cと、を有している。コア部とシェル部との間には、間隙部P1dが存在する。図14Bにおいて、P1dは、活物質粒子の外表面に連通する、活物質粒子内の内孔であり、連通孔19-1ともいえる。また、LCO粒子は、実線で示すような内表面19を有する。
Fig. 14A is a BIB-SEM image of a three-dimensional object 16 according to one embodiment (Example 1) of the present disclosure, and Fig. 14B is an enlarged image of Fig. 14A.
A three-dimensional object 16 is formed by the manufacturing method of the present disclosure using positive electrode active material particles LiCoO 2 (hereinafter referred to as LCO) as the first particles P1 and electrolyte particles Li 3 BO 3 (hereinafter referred to as LBO) as the second particles P2. In this embodiment, as shown in FIGS. 14A and 14B , the LCO particles (first particles P1) have a core portion P1a, a shell portion P1b, and radially protruding protrusions P1c on the surface of the shell portion. A gap portion P1d exists between the core portion and the shell portion. In FIG. 14B , P1d is an internal hole within the active material particle that communicates with the outer surface of the active material particle, and can also be referred to as a communicating hole 19-1. The LCO particles also have an inner surface 19 as shown by the solid line.

図15~図18-1、図18-2A~2Dを用いて、本実施形態において、立体物16が上記のような構成となることに関し、推定されるメカニズムについて説明する。
図15Aは、本開示の電極前駆体の製造方法の各工程(S101~S104)における温度プロファイル、及び雰囲気による酸化還元性を示すプロファイルの例を示す。図15Bは、図15Aに示されるプロファイルにおける、LCO粒子の変化の様子を示す模式図である。第1工程(S101)及び第2工程(S102)においては、室温且つ大気雰囲気(又は不活性雰囲気)のため、樹脂基材上のLCO粒子に変化はない。一方、第3工程(S103)では、焼結処理装置(大気雰囲気)により加熱される。ここで、温度が樹脂基材の融点を越え、十分に加熱されると、基材の重量の減少が始まる。
The presumed mechanism by which the three-dimensional object 16 has the above-described configuration in this embodiment will be described with reference to FIGS. 15 to 18-1 and 18-2A to 18-2D.
FIG. 15A shows an example of a temperature profile for each step (S101 to S104) of the manufacturing method of an electrode precursor according to the present disclosure, as well as a profile showing the redox behavior depending on the atmosphere. FIG. 15B is a schematic diagram showing the change in the LCO particles in the profile shown in FIG. 15A. In the first step (S101) and the second step (S102), the LCO particles on the resin substrate remain unchanged because they are produced at room temperature in an air atmosphere (or an inert atmosphere). Meanwhile, in the third step (S103), the resin substrate is heated by a sintering treatment device (in an air atmosphere). Here, when the temperature exceeds the melting point of the resin substrate and the substrate is sufficiently heated, the weight of the substrate begins to decrease.

図16は、樹脂基材の熱重量測定(TG)の結果である。樹脂基材の融点(約260℃)を越えた300℃付近から重量の減少が始まる。
図17は、熱重量・質量分析測定(TG-MS)の結果である。図17Aは、LCO粒子と樹脂基材の混合サンプルの測定結果である。図17Bは、樹脂基材のみを測定サンプルとした測定結果である。樹脂基材の重量の減少が始まる300℃付近から、還元ガスの一酸化炭素COと考えられる分子量28である分子の増加が確認される。図17Bにおいて、COは500℃付近まで増加傾向(図17B実線)であるのに対し、図17Aにおいては、COは400℃手前で減少傾向となる(図17A実線)。また、図17Aの500℃付近においては、酸素と考えられる分子量32である分子の減少(図17A破線)が確認され、二酸化炭素と考えられる分子量44(図17A点線)の増加が確認された。TG及びTG-MSの結果より、以下が推定される。
16 shows the results of thermogravimetry (TG) of the resin substrate. The weight starts to decrease at around 300°C, which is above the melting point of the resin substrate (approximately 260°C).
Figure 17 shows the results of thermogravimetry-mass spectrometry (TG-MS). Figure 17A shows the measurement results for a mixed sample of LCO particles and a resin substrate. Figure 17B shows the measurement results for a sample consisting of only the resin substrate. Around 300°C, where the weight of the resin substrate begins to decrease, an increase in molecules with a molecular weight of 28, believed to be carbon monoxide (CO), a reducing gas, is observed. In Figure 17B, CO tends to increase up to around 500°C (solid line in Figure 17B), whereas in Figure 17A, CO tends to decrease just before 400°C (solid line in Figure 17A). Furthermore, around 500°C in Figure 17A, a decrease in molecules with a molecular weight of 32, believed to be oxygen, was observed (dashed line in Figure 17A), and an increase in molecules with a molecular weight of 44, believed to be carbon dioxide, was observed (dotted line in Figure 17A). The following is inferred from the results of TG and TG-MS.

温度上昇に伴い、樹脂基材の重量の減少が始まり(300℃付近)、還元ガスであるCOが生成され、還元性が高まる。発生したCOの一部は、LCO粒子の還元に寄与する。そのため、LCO粒子は還元分解され、LCO粒子内部に一部間隙部を有する粒子P1rに変化すると考えられる(図15B)。
一方、COは、基材の減少に伴い発生量が減少していくため、徐々に還元分解が起こりにくくなる。基材の重量の減少が進行すると、COの影響が減少し、LCO粒子に対して還元から酸化が支配的になる。還元された粒子P1rは、酸化により再び、三価のCoであるLiCoOに変化する(500℃付近)。このとき、LCO粒子内部の、還元分解時に生成された間隙部P1dを有したまま、コア部P1aと、シェル部P1bと、シェル部の表面上の、放射状に突出する突出部P1cと、を有したLCO粒子に変化すると考えられる。
図18-2A~2Dは、第3工程後のLCO粒子(図18-1)における、図18-2A~2Dに示す各部位におけるSTEM-EELSの結果(図18-2A~2D)である。LCO粒子におけるコア部P1a(図18-2D中のArea4)、シェル部P1b(図18-2B中のArea2)、及び突出部P1c(図18-2A中のArea1)は、Coを含み、かつ組成がほぼ同様の酸化物であることが確認できる。
As the temperature rises, the weight of the resin substrate begins to decrease (around 300°C), and CO, a reducing gas, is generated, increasing the reducibility. Some of the generated CO contributes to the reduction of the LCO particles. Therefore, the LCO particles are reduced and decomposed, and are thought to change into particles P1r that have some voids inside the LCO particles (Figure 15B).
On the other hand, the amount of CO generated decreases as the base material decreases, making it gradually more difficult for reductive decomposition to occur. As the weight of the base material decreases, the influence of CO decreases, and oxidation becomes dominant over reduction for the LCO particles. The reduced particles P1r are oxidized again to LiCoO 2 , which is trivalent Co (around 500°C). At this time, it is thought that the LCO particles change into LCO particles having a core portion P1a, a shell portion P1b, and radially protruding protrusions P1c on the surface of the shell portion, while retaining the voids P1d generated during reductive decomposition inside the LCO particles.
18-2A to 18-2D show the results of STEM-EELS (Figs. 18-2A to 18-2D) at the respective regions shown in Figs. 18-2A to 18-2D in the LCO particle (Fig. 18-1) after the third step. It can be seen that the core region P1a (Area 4 in Fig. 18-2D), shell region P1b (Area 2 in Fig. 18-2B), and protrusion region P1c (Area 1 in Fig. 18-2A) in the LCO particle contain Co and are oxides with approximately the same composition.

(第4工程)
第4工程は、第3工程で得られる立体物を後処理する工程である。後処理を行うことで、電極前駆体に対する、後述の充填用材料の充填工程(第2-1工程)において、充填用材料が充填しやすくなる。
後処理としては、後述する加圧工程の他に、濡れ性や充填性を高めるための物理的、化学的処理が挙げられ、公知の処理方法を採用することができる。具体的には、物理的処理としては、レーザーエッジング等による立体物の物理的処理が挙げられる。また、UV照射やコロナ放電等による表面改質、ガス吸着等の化学的処理が挙げられる。以下、加圧工程を例に説明する。
(4th step)
The fourth step is a step of post-treating the three-dimensional object obtained in the third step. By performing the post-treatment, the electrode precursor can be easily filled with the filler material in the filling step (step 2-1) described below.
Examples of post-treatments include the pressurizing step described below, as well as physical and chemical treatments for improving wettability and filling properties, and known treatment methods can be used. Specifically, physical treatments include physical treatment of three-dimensional objects such as laser edging. Other examples include surface modification using UV irradiation or corona discharge, and chemical treatments such as gas adsorption. The pressurizing step will be described below as an example.

例えば、第4工程は、第3工程で得られる、樹脂基材を除去した立体物16を加圧する工程である(図12)。加熱後の冷却又は放熱中に、加圧手段422によって立体物16を加圧しても構わない。また、焼結処理装置により樹脂基材を除去した後、別途加圧装置で加圧しても構わない。加圧方法は特に限定されないが、例えば真空脱気、等方圧加圧、一般的な油圧プレス機やローラ加圧機などにより行うことが好ましい。なかでも、真空脱気と等方圧加圧を組み合わせて加圧することが好ましい。また、立体物をニクロム箔のような離型材と積層して第4工程を行うことが好ましく、さらにラミネートフィルム内に梱包して第4工程を行うことがより好ましい。
加圧の際の圧力は、5~500MPaであることが好ましい。加圧により、樹脂基材が除去された立体物内の細孔(空隙)サイズは減少する。一般的に、毛細管現象で知られて
いる通り、細孔サイズの減少に伴い、液体は浸透し易くなる。このため、加圧による後処理を行うことで、後述の充填用材料の充填工程の際の、充填用材料の充填性がより向上する。また、加圧による後処理を行うことで、立体物を構成する粒子を、互いに接触しやすくすることができる。その結果、イオン伝導性及び電子伝導性を上げることや、立体物の強度を上げることができる。
第4工程後に、再度熱処理を行い、立体物の緻密性や強度を上げてもよい。その場合、第3工程の焼結処理装置を用いてもよく、別途、電気炉、管状炉、ホットプレスや熱間等方圧加圧装置(HIP)等で焼結してもよい。
For example, the fourth step is a step of pressurizing the three-dimensional object 16 obtained in the third step from which the resin substrate has been removed (FIG. 12). The three-dimensional object 16 may be pressurized using a pressurizing means 422 during cooling or heat dissipation after heating. Alternatively, after the resin substrate has been removed using a sintering treatment device, the three-dimensional object 16 may be pressurized using a separate pressurizing device. While the pressurizing method is not particularly limited, it is preferable to use, for example, vacuum degassing, isostatic pressing, a general hydraulic press, or a roller press. Among these, a combination of vacuum degassing and isostatic pressing is preferred. It is also preferable to perform the fourth step by laminating the three-dimensional object with a release material such as nichrome foil, and it is even more preferable to further package the object in a laminate film.
The pressure applied during pressurization is preferably 5 to 500 MPa. Pressurization reduces the size of the pores (voids) within the three-dimensional object from which the resin substrate has been removed. Generally, as is known from capillary action, as the pore size decreases, liquids become more easily permeable. Therefore, post-treatment using pressurization further improves the filling ability of the filler material during the filling material filling process described below. Furthermore, post-treatment using pressurization can make it easier for the particles that make up the three-dimensional object to come into contact with each other. As a result, it is possible to increase the ionic conductivity and electronic conductivity, and to increase the strength of the three-dimensional object.
After the fourth step, another heat treatment may be performed to increase the density and strength of the three-dimensional object. In this case, the sintering treatment device of the third step may be used, or sintering may be performed separately using an electric furnace, a tubular furnace, a hot press, a hot isostatic pressing (HIP), or the like.

第1工程~第4工程を経て得られる電極前駆体は、活物質粒子及び電解質粒子を含み、空隙を有する。空隙とは、例えば、活物質粒子と電解質粒子との間の隙間を指す。空隙を有することで、後述のように、充填用材料を充填することができる。電極前駆体に占める空隙の割合は、1~30体積%であってよく、5~20体積%であってよい。
空隙が少ないと、後述の充填用材料の充填工程において、電極前駆体に充填用材料が充填され難く、充填用材料による効果が発現し難い。一方、空隙が多いと、活物質粒子や電解質粒子間の接触が不足し、電極内のイオン伝導性及び電子伝導性が低下する場合がある。空隙の割合は、断面加工(FIB)とSEM観察を繰り返すことによって連続断面画像を取得し、解析ソフトウェアにより再構築して立体画像を取得する、いわゆる3D-SEMにより求めることができる。電極部の□50μm×50μmの領域に対して、積層方向に0.1μmごとに断面加工およびSEM観察を繰り返して、50μm×50μm×10μmの立体画像を取得し、空隙の割合を算出する。また、二次元の正極断面のBIB-SEM画像から、空隙の割合を求めてもよい。このとき、正極断面における中心を含む500μm×10μmの領域のSEM画像を取得し、空隙の割合を算出してもよい。市販の画像解析ソフト(Photoshop(登録商標))により全体の画像(ピクセル)に対する、空隙(ピクセル)の割合として算出できる。
The electrode precursor obtained through the first to fourth steps contains active material particles and electrolyte particles and has voids. The voids refer to, for example, the gaps between the active material particles and the electrolyte particles. The presence of voids allows filling with a filler material, as described below. The proportion of voids in the electrode precursor may be 1 to 30% by volume, or may be 5 to 20% by volume.
If there are few voids, it is difficult for the filler material to be filled into the electrode precursor in the filling material filling process described below, making it difficult for the effects of the filler material to be realized. On the other hand, if there are many voids, contact between the active material particles and the electrolyte particles may be insufficient, resulting in reduced ionic and electronic conductivity within the electrode. The void ratio can be determined using a so-called 3D-SEM, in which continuous cross-sectional images are obtained by repeating cross-sectional processing (FIB) and SEM observation, and then reconstructed using analysis software to obtain a three-dimensional image. For a 50 μm x 50 μm region of the electrode portion, cross-sectional processing and SEM observation are repeated every 0.1 μm in the stacking direction to obtain a 50 μm x 50 μm x 10 μm three-dimensional image, and the void ratio is calculated. Alternatively, the void ratio may be determined from a BIB-SEM image of a two-dimensional positive electrode cross section. In this case, an SEM image of a 500 μm x 10 μm region including the center of the positive electrode cross section may be obtained, and the void ratio may be calculated. It can be calculated as the ratio of voids (pixels) to the entire image (pixels) using commercially available image analysis software (Photoshop (registered trademark)).

<電極の製造方法>
以下、図面を参照して、電極の製造方法の一例を詳細に説明する。以下、電極は、電極前駆体として正極前駆体を用いることで、正極とすることができる。また、電極前駆体として負極前駆体を用いることで、負極とすることができる。
<Electrode manufacturing method>
An example of a method for manufacturing an electrode will be described in detail below with reference to the drawings. Hereinafter, the electrode can be made into a positive electrode by using a positive electrode precursor as the electrode precursor. Also, the electrode can be made into a negative electrode by using a negative electrode precursor as the electrode precursor.

本開示の電極の製造方法は、下記の4つの工程(第1-1工程、第2-1工程、第3-1工程、第4-1工程)を有する。また、第5-1工程を有していてもよい。ここで、第1-1工程と第2-1工程の順番は特に制限されず、第1-1工程の後に第2-1工程を行ってもよく、第2-1工程の後に第1-1工程を行ってもよい。
図19は、電極の製造方法を示すイメージ図である。
(1)活物質粒子を含み、活物質粒子間に空隙を有する電極前駆体を準備する第1-1工程(不図示)
(2)電極前駆体に充填する充填用材料を準備する第2-1工程(図19中、S201)(3)充填用材料を、電極前駆体の外部から内部に充填する第3-1工程(図19中、S202)
(4)電極前駆体の内部に充填された充填用材料を、電極前駆体の内部に保持させる第4-1工程(図19中、S203)
(5)第4-1工程によって得られた電極前駆体を後処理する第5-1工程(図19中、S204)
The method for producing an electrode according to the present disclosure includes the following four steps (step 1-1, step 2-1, step 3-1, and step 4-1). It may also include step 5-1. The order of steps 1-1 and 2-1 is not particularly limited, and step 2-1 may be performed after step 1-1, or step 2-1 may be performed after step 1-1.
FIG. 19 is a conceptual diagram showing a method for manufacturing an electrode.
(1) Step 1-1 (not shown) of preparing an electrode precursor containing active material particles and having voids between the active material particles
(2) Step 2-1 (S201 in FIG. 19) of preparing a filler material to be filled into the electrode precursor; (3) Step 3-1 (S202 in FIG. 19) of filling the filler material from the outside to the inside of the electrode precursor;
(4) Step 4-1 (S203 in FIG. 19 ): Retaining the filling material filled in the electrode precursor inside the electrode precursor
(5) Step 5-1 (S204 in FIG. 19) of post-treating the electrode precursor obtained in Step 4-1

(第1-1工程)
第1-1工程は、活物質粒子を含み、活物質粒子間に空隙を有する電極前駆体を準備する工程である。第1-1工程は、電極前駆体を準備することができれば特に限定されないが、例えば上述の電極前駆体の製造方法を用いて、電極前駆体を準備することができる。
すなわち、第1-1工程は、粘着部を備えた樹脂基材上に、活物質粒子及び電解質粒子を含む粒子層を形成する第1工程と、前記粒子層が形成された樹脂基材を複数積層した積層体を成形する第2工程と、前記積層体から前記樹脂基材を除去して、活物質粒子及び電解質粒子を含む立体物を成形する第3工程と、前記立体物を後処理する第4工程と、を含むことが好ましい。
(Step 1-1)
Step 1-1 is a step of preparing an electrode precursor that contains active material particles and has voids between the active material particles. Step 1-1 is not particularly limited as long as it can prepare an electrode precursor, but the electrode precursor can be prepared using, for example, the above-mentioned method for producing an electrode precursor.
That is, step 1-1 preferably includes a first step of forming a particle layer containing active material particles and electrolyte particles on a resin substrate having an adhesive portion, a second step of forming a laminate by stacking a plurality of resin substrates on which the particle layer has been formed, a third step of removing the resin substrate from the laminate and forming a three-dimensional object containing the active material particles and the electrolyte particles, and a fourth step of post-treating the three-dimensional object.

(第2-1工程)
第2-1工程は、電極前駆体に充填する充填用材料を準備する工程である。第2-1工程としては、以下の原料を配合及び調製する工程が挙げられる。前述のように電極前駆体の空隙に充填するため、充填用材料は液体である必要がある。充填用材料としては、例えば導電性を有する樹脂及び導電性を有する樹脂の前駆体からなる群から選択される少なくとも一を溶媒に溶解した溶液を用いてもよく、導電性を有する樹脂及び導電性を有する樹脂の前駆体からなる群から選択される少なくとも一を分散媒に分散した分散液を用いてもよい。
導電性を有する樹脂の前駆体としては、例えば熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などのモノマーやオリゴマー、ポリマーを、導電性を有する樹脂の前駆体として用いることができる。すなわち、導電性を有する樹脂は、導電性を有する樹脂の前駆体の硬化物であることが好ましい。導電性を有する樹脂の前駆体としては、具体的には、上述の式(1)~(6)で示される構造に対応する構造のイオン化合物、上述のポリオール、上述のイソシアネート化合物などが挙げられる。
(Step 2-1)
Step 2-1 is a step of preparing a filler material to be filled into the electrode precursor. Step 2-1 includes blending and preparing the following raw materials. As described above, the filler material needs to be a liquid in order to fill the voids in the electrode precursor. As the filler material, for example, a solution in which at least one selected from the group consisting of a conductive resin and a precursor of a conductive resin is dissolved in a solvent may be used, or a dispersion in which at least one selected from the group consisting of a conductive resin and a precursor of a conductive resin is dispersed in a dispersion medium may be used.
As the precursor of the conductive resin, for example, a monomer, oligomer, or polymer of a thermosetting resin or a photocurable resin can be used. That is, the conductive resin is preferably a cured product of a precursor of the conductive resin. Specific examples of the precursor of the conductive resin include ionic compounds having structures corresponding to the structures shown in the above formulas (1) to (6), the above polyols, and the above isocyanate compounds.

充填用材料としては、例えば、以下の原料の混合物が挙げられる。
・導電性を有する樹脂及び導電性を有する樹脂の前駆体からなる群から選択される少なくとも一
・必要に応じてリチウム塩等の支持電解質
・溶媒又は分散媒
・必要に応じて導電助剤
The filler material may be, for example, a mixture of the following raw materials:
At least one selected from the group consisting of a conductive resin and a precursor of a conductive resin; a supporting electrolyte such as a lithium salt, if necessary; a solvent or dispersion medium; and a conductive assistant, if necessary.

溶媒又は分散媒としては特に限定されず、例えば有機溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、例えばメタノールやエタノールなどのアルコール、メチルエチルケトン、アセトン、アセチルアセトンなどのケトン、及びヘキサン、シクロヘキサンなどの炭化水素溶媒などを用いることができる。中でも、メチルエチルケトンが好ましい。 The solvent or dispersion medium is not particularly limited, and for example, an organic solvent can be used. Examples of organic solvents that can be used include alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as methyl ethyl ketone, acetone, and acetylacetone, and hydrocarbon solvents such as hexane and cyclohexane. Of these, methyl ethyl ketone is preferred.

充填用材料は、支持電解質を含有していてもよい。充填用材料が支持電解質を含有することで、電極において、導電性を有する樹脂が支持電解質を含むことができる。また、支持電解質や導電助剤としては、上述のものを用いることができる。 The filler material may contain a supporting electrolyte. By including a supporting electrolyte in the filler material, the conductive resin in the electrode can contain the supporting electrolyte. Furthermore, the above-mentioned supporting electrolytes and conductive additives can be used.

(第3-1工程)
第3-1工程は、第2-1工程で準備された充填用材料を電極前駆体の外部から内部に充填する工程である。充填する手段は、液体の充填手段である公知の手段を用いることができる。充填する手段としては、例えば電極前駆体に充填用材料を塗布する塗布工程と、塗布された充填用材料を電極前駆体の内部に浸透させる浸透工程と、を含むことが好ましい。また、活物質粒子の内表面と接するように充填用材料を電極前駆体の内部に浸透させる浸透工程を含むことや、活物質粒子の外表面と接するように充填用材料を電極前駆体の内部に浸透させる浸透工程を含むことがより好ましい。塗布工程に用いる装置としては、例えば、インクジェット装置、ディスペンサー装置、ディップ塗布装置、スピン塗布装置、スプレー塗布装置やロール状塗布装置などが挙げられる。中でも、ディスペンサー装置を用いることが好ましい。浸透工程に用いる装置としては、真空乾燥機や真空包装機などが挙げられる。また、浸透をサポートするために重しなどで加圧してもよい。
(Step 3-1)
Step 3-1 is a step of filling the electrode precursor from the outside to the inside with the filler material prepared in Step 2-1. The filling means can be a known liquid filling means. The filling means preferably includes, for example, a coating step of applying the filler material to the electrode precursor and a penetration step of penetrating the applied filler material into the inside of the electrode precursor. It is more preferable to include a penetration step of penetrating the filler material into the inside of the electrode precursor so as to contact the inner surfaces of the active material particles, or a penetration step of penetrating the filler material into the inside of the electrode precursor so as to contact the outer surfaces of the active material particles. Examples of devices used in the coating step include an inkjet device, a dispenser device, a dip coater, a spin coater, a spray coater, and a roll coater. Of these, a dispenser device is preferably used. Examples of devices used in the penetration step include a vacuum dryer and a vacuum packaging machine. Pressure may be applied using a weight or the like to support penetration.

図20Aは、ディスペンサー装置511による充填の様子を示す模式図である。充填用材料50はディスペンサー装置511におけるシリンジ内に収容され、シリンジ先端のノズルを通して、電極前駆体18に塗布される。一方、基材14(電極集電体又は固体電解質シート)上に成形された電極前駆体18は、支持台512に固定されている。
ここで、充填用材料は、電極前駆体18の基材14に対する当接面18-2(以下、基材支持面ともいう)と反対側の面18-1(以下、粒子配置面ともいう)に塗布されてもよく、電極前駆体18の端部17に塗布されてもよいが、端部17に塗布されることが好ましい。この理由は後述する。端部とは、電極前駆体の基材面をxy面、積層方向をz方向としたときの、xz面、yz面である(図13B)。
電極前駆体18は、第3工程において、積層体から樹脂基材を除去して立体物を成形しているため、電極前駆体18においては、粒子配置面18-1から連通する細孔が設けられる。また、端部17から連通する細孔が設けられる。これにより、充填用材料50が電極前駆体18の全体に均等に浸透し易い。結果として、導電性を有する樹脂が、活物質粒子の内表面に接するように位置しやすくなる。また、導電性を有する樹脂が、活物質粒子の外表面に接し、活物質粒子を連絡するように配置されやすくなる。
また、端部においては、電極前駆体の積層構造の層間が露出している。そのため、充填用材料が端部に塗布されると、充填用材料が内部に充填されやすくなる。
一方、充填用材料50を電極前駆体18の粒子配置面18-1から、すなわちxy面から塗布する場合は、均等に浸透させるために、xy面の複数個所に少量ずつ塗布することが好ましい。
20A is a schematic diagram showing the filling process using a dispenser device 511. Filling material 50 is contained in a syringe in the dispenser device 511, and is applied to electrode precursor 18 through a nozzle at the tip of the syringe. Meanwhile, electrode precursor 18 formed on substrate 14 (electrode current collector or solid electrolyte sheet) is fixed to a support table 512.
Here, the filler material may be applied to a surface 18-1 (hereinafter also referred to as a particle arrangement surface) opposite to a contact surface 18-2 (hereinafter also referred to as a substrate support surface) of the electrode precursor 18 that contacts the substrate 14, or to an end portion 17 of the electrode precursor 18, but is preferably applied to the end portion 17. The reason for this will be described later. The end portion refers to the xz and yz surfaces when the substrate surface of the electrode precursor is the xy plane and the stacking direction is the z direction ( FIG. 13B ).
In the third step, the resin substrate is removed from the laminate to form a three-dimensional object, and therefore, in the electrode precursor 18, pores that communicate from the particle arrangement surface 18-1 are provided. In addition, pores that communicate from the end portion 17 are provided. This makes it easier for the filler material 50 to permeate evenly throughout the electrode precursor 18. As a result, the conductive resin is more likely to be positioned so as to contact the inner surfaces of the active material particles. In addition, the conductive resin is more likely to be positioned so as to contact the outer surfaces of the active material particles and connect the active material particles.
Furthermore, at the end portions, the interlayer spaces of the laminated structure of the electrode precursor are exposed, so when the filler material is applied to the end portions, the filler material is easily filled into the interior.
On the other hand, when the filler material 50 is applied from the particle arrangement surface 18-1 of the electrode precursor 18, that is, from the xy plane, it is preferable to apply the filler material 50 in small amounts to multiple locations on the xy plane in order to ensure uniform penetration.

図20Bは、ディップ塗布装置513による充填の様子を示す模式図である。充填用材料50はディッピング容器514内に収容されている。矢印方向へのディップ塗布装置513の移動に伴い、充填用材料50が、電極前駆体18の端部に塗布される。 Figure 20B is a schematic diagram showing the filling process using a dip coating device 513. The filling material 50 is contained in a dipping container 514. As the dip coating device 513 moves in the direction of the arrow, the filling material 50 is applied to the end of the electrode precursor 18.

図20Cは、スピン塗布装置515による充填の様子を示す模式図である。充填用材料50はディスペンサー装置511におけるシリンジ内に収容され、シリンジ先端のノズルを通して樹脂基材14上に付与される。一方、樹脂基材14(電極集電体或いは固体電解質シート)上に成形された電極前駆体18は、スピン塗布装置515の支持台に固定されている。樹脂基材14上に付与された充填用材料50は、スピン塗布装置515による遠心力により電極前駆体18の端部に塗布される。 Figure 20C is a schematic diagram showing the filling process using a spin coater 515. The filling material 50 is contained in a syringe in a dispenser device 511 and is applied onto the resin substrate 14 through the nozzle at the tip of the syringe. Meanwhile, the electrode precursor 18 formed on the resin substrate 14 (electrode current collector or solid electrolyte sheet) is fixed to the support table of the spin coater 515. The filling material 50 applied onto the resin substrate 14 is applied to the end of the electrode precursor 18 by the centrifugal force of the spin coater 515.

(第4-1工程)
第4-1工程は、第3-1工程で電極前駆体の内部に充填された充填用材料を、電極前駆体の内部に保持させる工程である。保持させる手段は特に限定されず、充填用材料によって適宜選択される。例えば、充填用材料を増粘する工程や、充填用材料を硬化する工程が挙げられる。具体的には、充填用材料として熱硬化型のポリマー電解質を用いる場合、真空オーブンなどの公知の手段を用いることができる。充填用材料としてUV硬化型のポリマー電解質を用いる場合、UV照射装置などの公知の手段を用いることができる。
UV照射装置を用いる場合、電極の厚みによっては、UV照射によって充填用材料が硬化しにくい場合がある。その場合は、電極前駆体の厚みを、充填した充填用材料が硬化しやすい厚みとし、当該電極前駆体を離型性の高い基盤上に複数成形し、各電極前駆体で充填用材料を硬化後に、転写積層することで電極を得ることができる。
また、第3-1工程の充填は、一度に行ってもよく、複数回に分けて少量ずつ行ってもよい。具体的には、充填を複数回に分けて少量ずつ行う場合、以下のように電極を得てもよい。すなわち、一度第3-1工程の充填を少量行った後、第4-1工程によって充填用材料を電極前駆体の内部に保持させる。その後、再度第3-1工程の充填を行い、第4-1工程によって充填用材料を電極前駆体の内部に保持させる。このように、第3-1工程と第4-1工程とを繰り返し行って、電極前駆体を得てもよい。
第4-1工程によって得られた電極前駆体を、電極として用いることができる。また、
第4-1工程によって得られた電極前駆体を、第5-1工程に付して電極とすることが好ましい。
(Step 4-1)
Step 4-1 is a step of retaining the filler material filled into the electrode precursor in Step 3-1 inside the electrode precursor. The means for retaining the filler material is not particularly limited and is appropriately selected depending on the filler material. Examples include a step of thickening the filler material and a step of hardening the filler material. Specifically, when a thermosetting polymer electrolyte is used as the filler material, known means such as a vacuum oven can be used. When a UV-curable polymer electrolyte is used as the filler material, known means such as a UV irradiation device can be used.
When a UV irradiation device is used, depending on the thickness of the electrode, the filling material may not be easily cured by UV irradiation. In that case, the thickness of the electrode precursor is set to a thickness that allows the filled filling material to be easily cured, and multiple electrode precursors are molded on a substrate with high releasability, and after the filling material in each electrode precursor is cured, the electrodes can be obtained by transfer lamination.
Furthermore, the filling in step 3-1 may be carried out all at once, or may be carried out in small amounts in multiple separate steps. Specifically, when the filling is carried out in small amounts in multiple separate steps, the electrode may be obtained as follows. That is, after a small amount of filling in step 3-1 is carried out once, the filling material is held inside the electrode precursor in step 4-1. Thereafter, the filling in step 3-1 is carried out again, and the filling material is held inside the electrode precursor in step 4-1. In this way, the electrode precursor may be obtained by repeatedly carrying out steps 3-1 and 4-1.
The electrode precursor obtained in step 4-1 can be used as an electrode.
The electrode precursor obtained in the step 4-1 is preferably subjected to the step 5-1 to form an electrode.

(第5-1工程)
第5-1工程は、第4-1工程によって得られた電極前駆体を後処理して、電極を得る工程である。後処理としては、第4-1工程によって得られた電極前駆体を加圧する加圧工程、電極の表面に電解質との界面緩衝層を形成する緩衝層形成工程、搬送や保管時の剥離、亀裂や大気暴露を防ぐため、保護フィルムなどによる被覆やALラミネートフィルムなどによる真空包装する梱包工程などが挙げられる。
加圧工程における加圧手段は、公知の手段を用いることができ、具体的には真空脱気、等方圧加圧や、一般的な油圧プレス機やローラ加圧機が挙げられ、中でも真空脱気と等方圧加圧を組み合わせて加圧することが好ましい。
緩衝層形成工程における手段は、公知のコーティング手段を用いることができ、具体的には真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタ、気相成長(CVD)、更に第3-1工程の各塗布手段などが挙げられる。上述した手段を用いず、別途作製された緩衝層シート(ポリマー電解質シートなど)を積層しても構わない。また、第3-1工程で充填される充填用材料が緩衝層も兼ねるように、予め第3-1工程において充填用材料の充填量を制御して、電極上に緩衝層を設けても構わない。
(Step 5-1)
Step 5-1 is a step of post-treating the electrode precursor obtained in Step 4-1 to obtain an electrode. Examples of post-treatment include a pressurizing step of pressurizing the electrode precursor obtained in Step 4-1, a buffer layer forming step of forming an interfacial buffer layer with the electrolyte on the surface of the electrode, and a packaging step of covering with a protective film or vacuum-packaging with an AL laminate film or the like to prevent peeling, cracking, and exposure to the atmosphere during transportation and storage.
The pressurizing means used in the pressurizing step can be known means, and specific examples include vacuum degassing, isostatic pressing, a general hydraulic press, and a roller press. Among these, it is preferable to use a combination of vacuum degassing and isostatic pressing.
The means used in the buffer layer formation step can be known coating means, specifically vacuum deposition, ion plating, sputtering, chemical vapor deposition (CVD), and the various coating means of step 3-1. Instead of using the above-mentioned means, a separately prepared buffer layer sheet (such as a polymer electrolyte sheet) may be laminated. Alternatively, a buffer layer may be provided on the electrode by controlling the amount of filler material filled in step 3-1 in advance so that the filler material filled in step 3-1 also serves as a buffer layer.

<二次電池の製造方法>
上述の電極の製造方法を用いて、二次電池を製造することができる。二次電池の製造方法としては特に限定されないが、以下の具体例が挙げられる。
上記の電極の製造方法を、正極又は負極の製造方法として用いる場合について説明する。集電体、又は別手段で成形された電解質を基盤として、正極若しくは負極、又は正極及び負極の両極を、上述の電極の製造方法により製造することができる。
<Secondary Battery Manufacturing Method>
A secondary battery can be manufactured using the above-described method for manufacturing an electrode. The method for manufacturing a secondary battery is not particularly limited, but the following specific examples can be given.
The following describes the case where the above-mentioned electrode manufacturing method is used as a manufacturing method for a positive electrode or a negative electrode. A positive electrode, a negative electrode, or both a positive electrode and a negative electrode can be manufactured by the above-mentioned electrode manufacturing method using a current collector or an electrolyte formed by a separate means as a base.

二次電池は、電極、集電体及び電解質を積層し、必要に応じてアルミラミネートフィルムなどで梱包し、成形、加圧することにより製造できる。すなわち、二次電池の製造方法は、電極、集電体及び電解質を積層する工程を含んでもよい。電極としては、上述の電極を用いることができる。
また、二次電池の製造方法は、上述の電極の製造方法により電極を準備する工程と、電極に隣接する固体電解質を設ける工程とを含んでもよい。また、上述の電極と、電極に隣接する固体電解質を一括して設ける工程を含んでもよい。すなわち、電極と固体電解質とは、別の工程でそれぞれを準備してもよく、同一の工程で一括して準備してもよい。
The secondary battery can be manufactured by laminating electrodes, current collectors, and electrolytes, optionally packaging the laminate with an aluminum laminate film or the like, and then molding and pressurizing the laminate. That is, the manufacturing method of the secondary battery may include the step of laminating electrodes, current collectors, and electrolytes. The electrodes can be any of the above-described electrodes.
Furthermore, a method for manufacturing a secondary battery may include the steps of preparing an electrode by the above-described electrode manufacturing method and providing a solid electrolyte adjacent to the electrode. Alternatively, the method may include the steps of simultaneously providing the above-described electrode and the solid electrolyte adjacent to the electrode. That is, the electrode and the solid electrolyte may be prepared separately in separate steps, or may be prepared together in the same step.

ここで、電解質を成形する別手段とは、公知の手段で、例えば電解質粒子を一軸加圧装置などでペレット成形し、電気炉などで焼結する手段が挙げられる。
製造された各部材を、正極集電体、正極、電解質、負極、負極集電体の順で積層することで、二次電池を製造することができる。二次電池としては、例えばラミネートフィルム内に梱包するラミネート型電池やコインケース内に梱包するコイン型電池が挙げられる。
正極、電解質、負極を構成する各粒子は、焼結時に適切な温度や適切な雰囲気が異なる場合がある。このような材料を取り扱う際には、それぞれの部材である正極、電解質、負極を別途製造し、電池として組立てることが好ましい。また、負極としてリチウム金属又はインジウムを用いる場合は、負極は金属箔として用いたり、スパッタ等の真空プロセスにより、集電体や電解質に成形されることが好ましい。リチウム金属は還元力が強いため、固体電解質種によっては、分解されやすい。その場合、電極と電解質間に緩衝層を設けてもよい。緩衝層としては、ポリマー電解質等を使用することが好ましい。
Here, the alternative means for forming the electrolyte is a known means, such as forming electrolyte particles into pellets using a uniaxial press or the like, and sintering the pellets in an electric furnace or the like.
The manufactured components are stacked in the order of a positive electrode current collector, a positive electrode, an electrolyte, a negative electrode, and a negative electrode current collector to manufacture a secondary battery. Examples of secondary batteries include laminated batteries packed in a laminate film and coin batteries packed in a coin case.
The particles constituting the positive electrode, electrolyte, and negative electrode may differ in the appropriate temperature and atmosphere during sintering. When handling such materials, it is preferable to separately manufacture the positive electrode, electrolyte, and negative electrode components and assemble them into a battery. Furthermore, when lithium metal or indium is used as the negative electrode, it is preferable to use the negative electrode as a metal foil or to form it into a current collector or electrolyte by a vacuum process such as sputtering. Because lithium metal has a strong reducing power, it is easily decomposed depending on the type of solid electrolyte. In this case, a buffer layer may be provided between the electrode and the electrolyte. It is preferable to use a polymer electrolyte or the like as the buffer layer.

上記の二次電池の製造方法の具体例は、上述の電極の製造方法を用いて、集電体又は電解質を基盤として、正極又は負極の積層体を成形し、電極を製造している。
一方で、二次電池を主に構成する、正極集電体、正極、電解質、負極、及び負極集電体からなる群から選択される2種以上を含む積層体を成形し、電極を含む立体物として製造することもできる。
例えば、それぞれの基材を粒子配置装置1により作製する。つまり、正極集電体基材、正極基材、電解質基材、負極基材、負極集電体基材である。それぞれの基材は、複数種(例えば、正極基材の場合、正極活物質粒子と電解質粒子)の粒子を含んでもよく、単種類の粒子のみを含んでもよい。単種類の粒子のみを含む場合、充填装置24a、24bに同種の充填剤を使用することで、基材上に単種類の緻密な粒子層を形成することができる。
電解質基材は、電解質粒子を含む粒子層で形成される。負極基材は、負極活物質粒子を含む粒子層で形成される。集電体基材は、導電粒子を含む粒子層で形成される。これらの基材を積層体成形装置により、正極集電体基材、正極基材、電解質基材、負極基材、負極集電体基材の順で積層した積層体を作製し、焼結処理装置により電極を含む立体物を成形し、電極前駆体を含む二次電池前駆体を得ることができる。前記電極前駆体に対して、充填用材料の充填及び保持(第2-1~第4-1工程)を行い、二次電池を製造することができる。
さらに、集電体基材の両面側にそれぞれ正極及び負極を積層したバイポーラ型の二次電池も同様に製造することができる。この場合、充填用材料は、少なくとも電極に対して充填、保持されるが、電極以外の電解質や集電体に充填、保持されても構わない。
In a specific example of the method for producing the secondary battery, the electrode is produced by forming a laminate of a positive electrode or a negative electrode on a current collector or an electrolyte as a base using the above-mentioned method for producing an electrode.
On the other hand, a laminate including two or more selected from the group consisting of a positive electrode current collector, a positive electrode, an electrolyte, a negative electrode, and a negative electrode current collector, which are the main components of a secondary battery, can be formed and manufactured as a three-dimensional object including an electrode.
For example, each substrate is prepared using the particle arrangement device 1. That is, a positive electrode current collector substrate, a positive electrode substrate, an electrolyte substrate, a negative electrode substrate, and a negative electrode current collector substrate. Each substrate may contain multiple types of particles (e.g., positive electrode active material particles and electrolyte particles in the case of a positive electrode substrate), or may contain only a single type of particle. When only a single type of particle is contained, a single type of dense particle layer can be formed on the substrate by using the same type of filler in the filling devices 24a and 24b.
The electrolyte base material is formed of a particle layer containing electrolyte particles. The negative electrode base material is formed of a particle layer containing negative electrode active material particles. The current collector base material is formed of a particle layer containing conductive particles. These base materials are stacked in the following order using a laminate molding device: positive electrode current collector base material, positive electrode base material, electrolyte base material, negative electrode base material, and negative electrode current collector base material, to produce a laminate. A three-dimensional object containing an electrode is formed using a sintering treatment device, thereby obtaining a secondary battery precursor containing an electrode precursor. A filling material is filled and retained in the electrode precursor (steps 2-1 to 4-1), allowing the secondary battery to be manufactured.
Furthermore, a bipolar secondary battery can be manufactured in the same manner, in which a positive electrode and a negative electrode are laminated on both sides of a current collector substrate. In this case, the filler material is filled and held in at least the electrodes, but it may also be filled and held in the electrolyte or current collector other than the electrodes.

<電極複合体>
電極複合体は、本開示の電極と、電極との間で活物質の授受を行う電解質層と、を含む。このような電極複合体に、さらに正極又は負極となる電極を設けることによって、活物質粒子の膨張収縮を緩和し、電池出力の低下を抑制することができる二次電池とすることができる。
<Electrode complex>
The electrode composite includes the electrode of the present disclosure and an electrolyte layer that transfers active material between the electrode and the electrode. By further providing an electrode that serves as a positive electrode or a negative electrode in the electrode composite, it is possible to provide a secondary battery that can mitigate expansion and contraction of the active material particles and suppress a decrease in battery output.

<二次電池>
二次電池は、本開示の正極と、正極との間で活物質の授受を行う電解質層と、を含む。また、二次電池は、前記電解質層との間で前記活物質の授受を行う負極を含む。このような二次電池であることによって、活物質粒子の膨張収縮を緩和し、電池出力の低下を抑制することができる。また、電解質層としてイオン伝導性固体のような固体電解質を用いることで、二次電池を全固体電池とすることもできる。
二次電池の製造方法は特に限定されないが、上述の製造方法を用いることができる。
<Secondary battery>
The secondary battery includes a positive electrode according to the present disclosure and an electrolyte layer that transfers active material between the positive electrode and the electrolyte layer. The secondary battery also includes a negative electrode that transfers active material between the negative electrode and the electrolyte layer. This secondary battery can mitigate expansion and contraction of active material particles and suppress a decrease in battery output. Furthermore, by using a solid electrolyte such as an ion-conductive solid as the electrolyte layer, the secondary battery can be an all-solid-state battery.
The method for manufacturing the secondary battery is not particularly limited, but the above-mentioned manufacturing method can be used.

以下に、実施例を用いて本開示をより詳細に説明するが、本開示はこれら実施例に限定されるものではない。以下の実施例において、特に断りのない限り、部数は質量部基準である。 The present disclosure will be explained in more detail below using examples, but the present disclosure is not limited to these examples. In the following examples, parts are by weight unless otherwise specified.

(実施例1)
[正極の製造例]
<正極前駆体の製造例>
上述の電極前駆体の製造方法により、実施例1に係る正極前駆体を成形した。
まず、図2に示す粒子配置装置1を用いて、粘着部を備えた樹脂基材上に正極活物質粒子(第1の粒子P1)、及び電解質粒子(第2の粒子P2)からなる粒子層を形成し、樹脂基材とした(第1工程)。
第1の粒子P1はLiCoO(以下LCO)とし、第2の粒子P2はLiBO(以下LBO)とした。LCOは日本化学工業株式会社製(セルシードC-5H)のものを用い、LBOは株式会社豊島製作所製のものを用いた。
第1の基材11aとしては、表面に凹凸構造を有したPDMS(紫外線硬化型液状シリコーンゴム)シートを用いた。第2の基材11bとしては、ポリエステル(PET)製の
樹脂シートであり、表裏面にアクリル系粘着材が塗布された粘着部を有しているものを用いた。使用した第2の基材11b(PET)の厚みは3μmであった。また、粘着部の厚みは1μmであった。樹脂シート上には、LCO粒子がハニカムパターンで配置されており、LCO粒子が配置されていない領域にLBO粒子が配置されている(図9B)。
Example 1
[Example of manufacturing a positive electrode]
<Example of manufacturing a positive electrode precursor>
The positive electrode precursor according to Example 1 was formed by the above-described method for producing an electrode precursor.
First, using the particle arrangement device 1 shown in FIG. 2, a particle layer consisting of positive electrode active material particles (first particles P1) and electrolyte particles (second particles P2) was formed on a resin substrate having an adhesive portion, thereby forming a resin substrate (first step).
The first particles P1 were LiCoO 2 (hereinafter referred to as LCO), and the second particles P2 were Li 3 BO 3 (hereinafter referred to as LBO). The LCO used was manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd. (Cellseed C-5H), and the LBO used was manufactured by Toshima Manufacturing Co., Ltd.
The first substrate 11a was a PDMS (ultraviolet-curable liquid silicone rubber) sheet with a concave-convex structure on its surface. The second substrate 11b was a polyester (PET) resin sheet with adhesive portions coated with an acrylic adhesive on both sides. The thickness of the second substrate 11b (PET) used was 3 μm. The thickness of the adhesive portions was 1 μm. LCO particles were arranged in a honeycomb pattern on the resin sheet, and LBO particles were arranged in areas where no LCO particles were arranged ( FIG. 9B ).

第1工程で得られた、粒子層が形成された樹脂基材を用いて第2工程を行った。すなわち、図11に示す積層体成形装置U3を用いて、粒子層が形成された樹脂基材を集電体AC-1(Al箔)上に積層(積層数3枚)して積層体を成形した。
その後、図12に示す焼結処理装置U4を用いて、積層体から樹脂基材を加熱により除去することで立体物を成形した(第3工程)。焼結雰囲気は大気下、焼結温度は510℃、焼結時間は1時間とした。
立体物を離型材(ニクロム箔)と積層した状態で、ラミネートフィルム(コーパック)内に梱包し、真空包装機により真空包装した。真空包装したラミネートフィルムを等方圧加圧装置により1分加圧(196MPa)して、正極前駆体を得た(第4工程)。
The resin substrate on which the particle layer was formed obtained in the first step was used in the second step. That is, the resin substrate on which the particle layer was formed was laminated (three layers) on the current collector AC-1 (Al foil) using the laminate molding apparatus U3 shown in Fig. 11 to form a laminate.
Thereafter, the resin substrate was removed from the laminate by heating using a sintering treatment device U4 shown in Fig. 12 to form a three-dimensional object (third step). The sintering atmosphere was air, the sintering temperature was 510°C, and the sintering time was 1 hour.
The three-dimensional object was laminated with a release material (nichrome foil), packaged in a laminate film (Co-pack), and vacuum-packed using a vacuum packaging machine. The vacuum-packed laminate film was pressurized (196 MPa) using an isostatic pressure pressurizer for 1 minute to obtain a positive electrode precursor (step 4).

<充填用材料の準備例(第2-1工程)>
(イオン化合物I-01の製造例)
ジムロート冷却器を取り付けたナスフラスコに、攪拌子とテトラヒドロフラン(THF
関東化学社製)60mlを入れ、水素化ナトリウム(60質量%、流動パラフィンに分散、東京化成工業社製)24.0g(0.60mol)を分散させ、ナスフラスコを氷浴で冷却した。イミダゾール(東京化成工業社製)10.2g(0.15mol)をTHF60mlに溶解させた溶液をゆっくり滴下した後、氷浴を取り外し室温で2時間攪拌した。2-ブロモエタノール(東京化成工業社製)47.6g(0.38mol)を室温で加えた後、70℃で7時間加熱還流した。反応後の反応液をろ過し、不溶分をTHFで洗い流し、得られたろ液の溶媒を減圧留去した。得られた生成物をジクロロメタン200mlに溶解し、アニオン原料として、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(東京化成工業社製)43.6g(0.15mol)を溶解させた水溶液を加え、室温下で10時間攪拌した。得られた溶液を分液し、有機層を得た。この有機層を、純水にて3回洗浄した。次に、ジクロロメタンを減圧留去し、イオン化合物I-01を得た。イオン化合物I-01は、下記式で表される化合物である。
<Preparation example of filling material (step 2-1)>
(Production Example of Ionic Compound I-01)
A stirring bar and tetrahydrofuran (THF) were placed in a recovery flask equipped with a Dimroth condenser.
60 ml of sodium hydride (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was added, and 24.0 g (0.60 mol) of sodium hydride (60% by mass, dispersed in liquid paraffin, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was dispersed therein. The recovery flask was cooled in an ice bath. A solution of 10.2 g (0.15 mol) of imidazole (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) dissolved in 60 ml of THF was slowly added dropwise, after which the ice bath was removed and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. 47.6 g (0.38 mol) of 2-bromoethanol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added at room temperature, and the mixture was heated to reflux at 70°C for 7 hours. After the reaction, the reaction solution was filtered, the insoluble matter was washed away with THF, and the solvent from the resulting filtrate was evaporated under reduced pressure. The obtained product was dissolved in 200 ml of dichloromethane, and an aqueous solution containing 43.6 g (0.15 mol) of bis(trifluoromethanesulfonyl)imide lithium (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) dissolved therein as an anion source was added, followed by stirring at room temperature for 10 hours. The obtained solution was separated to obtain an organic layer. This organic layer was washed three times with pure water. Next, dichloromethane was distilled off under reduced pressure to obtain ionic compound I-01. Ionic compound I-01 is a compound represented by the following formula:

(導電性を有する樹脂の前駆体の製造例)
窒素雰囲気下、反応容器中でイソシアネートとしてポリメリックMDI(商品名:ミリオネートMR-200、東ソー社製)19.6質量部に対し、ポリエーテルポリオール(商品名:アデカポリオールPR-5007、ADEKA社製)120.5質量部を、反応容器内の温度を65℃に保持しつつ、徐々に滴下した。滴下終了後、温度65度で3.5時間反応させた。得られた反応混合物を室温まで冷却し、メチルエチルケトン49.8質量部を添加して、イソシアネート基含有量2.5質量%のイソシアネート基末端プレポリマーの溶液を得た。
(Example of manufacturing a precursor of a conductive resin)
Under a nitrogen atmosphere, 19.6 parts by mass of polymeric MDI (trade name: Millionate MR-200, manufactured by Tosoh Corporation) was used as an isocyanate in a reaction vessel, and 120.5 parts by mass of polyether polyol (trade name: Adeka Polyol PR-5007, manufactured by ADEKA Corporation) was gradually added dropwise while maintaining the temperature inside the reaction vessel at 65°C. After completion of the addition, the mixture was allowed to react at a temperature of 65°C for 3.5 hours. The resulting reaction mixture was cooled to room temperature, and 49.8 parts by mass of methyl ethyl ketone was added to obtain a solution of an isocyanate-terminated prepolymer having an isocyanate group content of 2.5% by mass.

得られたイソシアネート基末端プレポリマーの溶液100質量部に対し、以下の材料を攪拌混合し、充填用材料を得た。
・アデカポリオール PR-5007 113質量部
・イオン化合物 I-1 3.7質量部
・支持電解質 (ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(東京化成工業社製)) 18.6質量部
・メチルエチルケトン 175質量部
The following materials were mixed with 100 parts by mass of the obtained solution of isocyanate group-terminated prepolymer and stirred to obtain a filling material.
Adeka Polyol PR-5007 113 parts by mass Ionic compound I-1 3.7 parts by mass Supporting electrolyte (lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)) 18.6 parts by mass Methyl ethyl ketone 175 parts by mass

次に、第4工程で得られた正極前駆体に、図20Aに示す塗布装置を用いて、正極前駆体の周縁に位置する端面の一部から準備した充填用材料を充填した(第3-1工程)。
充填用材料を充填した正極前駆体を真空オーブン(140℃)で1時間加熱することにより、充填用材料を硬化させて、導電性を有する樹脂とし、正極A-1を成形した(第4-1工程)。なお、充填用材料の充填量を振った水準のサンプルを用意し、上述のBIB-SEMにより、電極内の導電性を有する樹脂が過不足なく浸透する水準を決定した。
Next, the positive electrode precursor obtained in step 4 was filled with the prepared filling material from a portion of the end face located on the periphery of the positive electrode precursor using the application device shown in FIG. 20A (step 3-1).
The positive electrode precursor filled with the filler material was heated in a vacuum oven (140°C) for 1 hour to harden the filler material into a conductive resin, and a positive electrode A-1 was formed (step 4-1). Samples with varying filling amounts of the filler material were prepared, and the level at which the conductive resin penetrated into the electrode without excess or deficiency was determined using the BIB-SEM described above.

成形した正極A-1を用いて、二次電池を作製した。作製方法について説明する。正極A-1以外の、電解質層SE-1と負極C-1については、以下の方法で準備した。電解質層SE-1は、Li1.5Al0.5Ge1.512(以下LAGP)粉末(豊島製作所製)を一軸加圧装置でペレット成形し、電気炉で焼結(850℃/12h)した電解質シート(厚み260μm)を用いた。負極C-1は、インジウム箔(厚み50μm、ニラコ製)を用いた。
正極集電体AC-1(Al箔厚み20μm)、正極A-1、電解質層SE-1、負極C-1、負極集電体CC-1(Cu箔厚み20μm)の順で積層し、予め集電体に溶接した取出し電極用のタブリードを、ラミネート外部に配置するようにアルミラミネートフィルム内に梱包した。その後、真空包装機によりラミネートセル型に成形し、等方圧加圧装置で1分加圧(196MPa)して、二次電池SB-1を作製した。
A secondary battery was produced using the molded positive electrode A-1. The production method will be described. Other than the positive electrode A-1, the electrolyte layer SE-1 and the negative electrode C-1 were prepared by the following method. The electrolyte layer SE-1 was an electrolyte sheet (thickness 260 μm) obtained by pelletizing Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 P 3 O 12 (hereinafter referred to as LAGP) powder (manufactured by Toshima Manufacturing Co., Ltd.) using a uniaxial press and sintering it in an electric furnace (850 ° C / 12 h). The negative electrode C-1 was made of indium foil (thickness 50 μm, manufactured by Nilaco).
A positive electrode current collector AC-1 (Al foil thickness 20 μm), a positive electrode A-1, an electrolyte layer SE-1, a negative electrode C-1, and a negative electrode current collector CC-1 (Cu foil thickness 20 μm) were laminated in this order, and a tab lead for an extraction electrode previously welded to the current collector was packaged in an aluminum laminate film so as to be positioned outside the laminate. Thereafter, the laminate was formed into a laminate cell shape using a vacuum packaging machine, and pressurized (196 MPa) for 1 minute using an isostatic pressure pressurizer to produce secondary battery SB-1.

図22A~22Dは、後述する方法で撮影した正極A-1断面の電子顕微鏡像である。図22Aは、電子顕微鏡像である。図22Bは、EDX像(元素Co)をもとに、LCO粒子(P1t、P1u、P1v、P1w、P1x、P1y、P1z)を同定し、粒子の境界を破線で示している。LCO粒子は、コア部P1aと、シェル部P1bと、シェル部の表面上の、放射状に突出する突出部P1cと、を有している。また、コア部とシェル部との間には、間隙部P1dが存在する(図14)。図22Bにおいては、粒子P1t、及びP1uの粒子内の間隙部P1dの境界を実線で示している。すなわち、実線は、活物質粒子の内表面を表しているともいえる。
図22Cは、導電性を有する樹脂に由来する硫黄元素のEDX像である。図22B同様に粒子の境界を破線で示している。間隙部P1dの内表面、すなわち活物質粒子の内表面に接するように導電性を有する樹脂が存在する。また、導電性を有する樹脂が、LCO粒子の外表面に接し、LCO粒子を連絡するように配置されている。
図22Dは、固体電解質LBOに由来するホウ素元素のEDX像である。図22B同様に粒子の境界を破線で示している。図22C及び22Dから分かるように、LCO粒子の粒子間において、導電性を有する樹脂と、無機電解質とが、共偏在している。
22A to 22D are electron microscope images of the cross section of positive electrode A-1 taken using the method described below. FIG. 22A is an electron microscope image. FIG. 22B identifies LCO particles (P1t, P1u, P1v, P1w, P1x, P1y, P1z) based on an EDX image (element Co), with particle boundaries indicated by dashed lines. The LCO particles have a core portion P1a, a shell portion P1b, and radially protruding protrusions P1c on the surface of the shell portion. Furthermore, gaps P1d exist between the core portion and the shell portion (FIG. 14). In FIG. 22B, the boundaries of the gaps P1d within particles P1t and P1u are indicated by solid lines. In other words, the solid lines can be said to represent the inner surfaces of the active material particles.
Figure 22C is an EDX image of sulfur element derived from the conductive resin. As in Figure 22B, particle boundaries are indicated by dashed lines. The conductive resin is present so as to contact the inner surfaces of the gaps P1d, i.e., the inner surfaces of the active material particles. Furthermore, the conductive resin is arranged so as to contact the outer surfaces of the LCO particles and connect the LCO particles.
Figure 22D is an EDX image of boron element derived from the solid electrolyte LBO. As in Figure 22B, particle boundaries are indicated by dashed lines. As can be seen from Figures 22C and 22D, conductive resin and inorganic electrolyte are unevenly distributed between the LCO particles.

図23は、正極A-1断面の低倍率の電子顕微鏡像である。図23Aは、電子顕微鏡像である。図23Bは、EDX像(元素Co)をもとに、LCO粒子を同定し、粒子の境界を破線で示している。図23CはEDX像(元素Co)、図23DはEDX像(元素C)、図23EはEDX像(元素B)である。図23C~23Eにおいて、LCO粒子の境界を破線で示している。間隙部P1dの内表面、すなわち活物質粒子の内表面に接するように導電性を有する樹脂が存在する。また、導電性を有する樹脂が、LCO粒子の外表面に接し、LCO粒子を連絡するように配置されている。さらに、導電性を有する樹脂は、L
BOが含有される領域と重なるように存在する。
FIG. 23 is a low-magnification electron microscope image of the cross section of positive electrode A-1. FIG. 23A is an electron microscope image. FIG. 23B identifies LCO particles based on an EDX image (element Co), with the particle boundaries indicated by dashed lines. FIG. 23C is an EDX image (element Co), FIG. 23D is an EDX image (element C), and FIG. 23E is an EDX image (element B). In FIGS. 23C to 23E, the boundaries of the LCO particles are indicated by dashed lines. A conductive resin is present so as to contact the inner surfaces of the gaps P1d, i.e., the inner surfaces of the active material particles. Furthermore, the conductive resin is arranged so as to contact the outer surfaces of the LCO particles and connect the LCO particles. Furthermore, the conductive resin is
It exists so as to overlap with the region containing BO.

図24A~24Cは、例えば実施例1に係る本開示の特徴を示す模式図である。図24Aは、電極の模式図であり、図24Bは、図24A中のA-A’線上におけるEDXの元素分布を示す。図24Cは、図24A中のB-B’線上におけるEDXの元素分布を示す。
図24A~24Cに示されるように、導電性を有する樹脂は、活物質粒子の外表面に接し、活物質粒子間を連絡するように配置される。そして、活物質粒子との良好な界面を形成するとともに、支持電解質粒子とも良好な界面を形成し、電極内のイオン拡散を改善していると考えられる。
また、導電性を有する樹脂が、充放電に伴う活物質粒子の膨張収縮に応じて形状変化することにより、イオン伝導性や電子伝導性の低下を抑えていると考えられる。さらに電極内の空隙が、活物質粒子の膨張収縮に応じた導電性を有する樹脂の拡縮を含めた変形のスペースとして機能していると考えられる。
24A to 24C are schematic diagrams illustrating features of the present disclosure, for example, according to Example 1. Fig. 24A is a schematic diagram of an electrode, Fig. 24B shows the element distribution of EDX along line A-A' in Fig. 24A, and Fig. 24C shows the element distribution of EDX along line B-B' in Fig. 24A.
24A to 24C, the conductive resin is disposed in contact with the outer surfaces of the active material particles and connects the active material particles together, forming a good interface with the active material particles as well as with the supporting electrolyte particles, which is thought to improve ion diffusion within the electrode.
It is also believed that the conductive resin changes shape in response to the expansion and contraction of the active material particles during charging and discharging, thereby suppressing the decline in ionic and electronic conductivity. Furthermore, it is believed that the voids within the electrode function as spaces for deformation, including expansion and contraction of the conductive resin in response to the expansion and contraction of the active material particles.

また、導電性を有する樹脂は、LCO粒子内の間隙部P1dに充填されている。すなわち、LCO粒子の内表面に接するように位置している。このように、導電性を有する樹脂が、突出部P1cを有するLCO粒子表面と良好な界面を形成するとともに、LCO粒子内の間隙部P1dとも、良好な界面を形成し、電極内のイオン拡散を更に改善していると考えられる。また、可橈性を有する導電性を有する樹脂がLCO粒子内にも充填されることにより、充放電に伴う活物質粒子の膨張収縮に応じて、形状変化する。その結果、粒子内におけるイオン伝導性や電子伝導性の低下を抑えていると考えられる。さらに活物質粒子の粒子内の不連続性(例えば亀裂や間隙)や粒子間の不連続性(例えば空隙)を連絡するように、活物質粒子の内表面や外表面に接する導電性を有する樹脂が、活物質粒子の充放電に伴う拡縮に応じて変形しイオン伝導性が維持されることが考えられる。 The conductive resin also fills the gaps P1d within the LCO particles. That is, it is positioned so that it contacts the inner surface of the LCO particles. In this way, the conductive resin forms a favorable interface with the LCO particle surface having the protrusions P1c, and also with the gaps P1d within the LCO particles, which is thought to further improve ion diffusion within the electrode. Furthermore, by filling the LCO particles with flexible conductive resin, the shape changes in response to the expansion and contraction of the active material particles during charging and discharging. This is thought to prevent a decrease in ionic and electronic conductivity within the particles. Furthermore, the conductive resin in contact with the inner and outer surfaces of the active material particles is thought to deform in response to the expansion and contraction of the active material particles during charging and discharging, so as to connect discontinuities within the active material particles (e.g., cracks and gaps) and discontinuities between particles (e.g., voids), thereby maintaining ionic conductivity.

<正極の断面観察>
正極の断面を観察するために、電池を積層方向に分離するように解体して正極を取り出した。取り出した正極をワイヤーソー(DWS3400/ワイヤー径170μm・ダイヤモンド径30μm)で切断した。切断面に対してArによるブロードイオンビームで断面加工した(JEOL製SM-09010 Cross Section Polisher)。断面加工の条件は、電圧6kV、電流150~200mAとした。
断面部を電子顕微鏡(ULTRA55)により撮影し、BIB-SEM画像を得た。条件は以下の通りとした。
検出器:ESB(反射電子像)
観察条件:加速電圧3kV
倍率:1000倍
フィルター:ESBフィルターに1500Vのバイアス印加
<Cross-section observation of positive electrode>
To observe the cross section of the positive electrode, the battery was disassembled in the stacking direction and the positive electrode was removed. The removed positive electrode was cut with a wire saw (DWS3400/wire diameter 170 μm, diamond diameter 30 μm). The cut surface was cross-sectioned with a broad ion beam of Ar (JEOL SM-09010 Cross Section Polisher). The cross-section processing conditions were a voltage of 6 kV and a current of 150 to 200 mA.
The cross section was photographed using an electron microscope (ULTRA55) to obtain a BIB-SEM image. The conditions were as follows:
Detector: ESB (backscattered electron beam)
Observation conditions: accelerating voltage 3 kV
Magnification: 1000x Filter: ESB filter with 1500V bias applied

次に、SEM-EDX(Bruker社製 XFlash Detector 630M)により、元素マッピングを得た。元素マッピングの結果から、活物質粒子と、電解質粒子と、導電性を有する樹脂と、を識別した。 Next, elemental mapping was performed using SEM-EDX (Bruker XFlash Detector 630M). From the elemental mapping results, active material particles, electrolyte particles, and conductive resin were identified.

以下、二次電池の評価方法について説明する。
<充放電特性 容量維持率>
粒子層が形成された樹脂基材の単位面積当たりの活物質粒子質量M(g/cm)から、正極の活物質粒子質量(M×積層枚数×正極面積cm)を算出した。単位面積当たりの活物質粒子質量Mは、以下のようにして求めた。
粒子配置装置1中の第1の充填装置24aにより第1の粒子P1を充填した後の、第1の基材11aの重量を測定した。次に、上述の第1の粒子P1を第2の基材11bへ転写
した後の、第1の基材11aの重量を測定した。その差分を計算し、第2の基材11b上の第1の粒子P1の質量を求めた。その後、第1の粒子P1の質量を、第2の基材11bの面積(凹凸領域の面積)で割ることで単位面積当たりの活物質粒子質量Mを算出した。
The evaluation method for the secondary battery will be described below.
<Charge/discharge characteristics capacity retention rate>
The active material particle mass of the positive electrode (M × number of layers × positive electrode area cm ) was calculated from the active material particle mass M (g/cm ) per unit area of the resin substrate on which the particle layer was formed. The active material particle mass M per unit area was determined as follows.
The weight of the first substrate 11a was measured after the first particles P1 were filled by the first filling device 24a in the particle arrangement device 1. Next, the weight of the first substrate 11a was measured after the above-mentioned first particles P1 were transferred to the second substrate 11b. The difference was calculated to determine the mass of the first particles P1 on the second substrate 11b. Then, the mass of the first particles P1 was divided by the area of the second substrate 11b (the area of the uneven region) to calculate the active material particle mass M per unit area.

別の算出方法として、ICP発光分光分析法を用いる方法もある。予め上述の方法等で、単位面積当たりの活物質粒子質量M(g/cm)が明らかになっている粒子層が形成された樹脂基材を、3水準準備する。これらの樹脂基材をマイクロウェーブによる酸分解(ETHOS PRO)で溶解して、酸分解液を超純水で希釈する。そして、ICP-AES測定(CIROS CCD)を行い、Co元素の定量化を行う。得られた元素濃度に対する単位面積当たりの活物質粒子質量M(g/cm)の検量線が得られる。検量線より、測定対象である粒子層が形成された樹脂基材の単位面積当たりの活物質粒子質量M(g/cm)を求めることができる。 Another calculation method is to use ICP atomic emission spectroscopy. Three levels of resin substrates on which particle layers are formed, the active material particle mass per unit area M (g/cm 2 ) of which has been previously determined by the method described above, are prepared. These resin substrates are dissolved by microwave acid decomposition (ETHOS PRO), and the acid decomposition solution is diluted with ultrapure water. ICP-AES measurement (CIROS CCD) is then performed to quantify the Co element. A calibration curve of the active material particle mass per unit area M (g/cm 2 ) versus the obtained element concentration is obtained. From the calibration curve, the active material particle mass per unit area M (g/cm 2 ) of the resin substrate on which the particle layer to be measured is formed can be determined.

電流レート0.4Cの電流値を決定し、電流レート0.4Cの充放電測定(定電流充電/定電流放電)を行った。測定は、充放電装置(バイオロジック社製)により行った。図21は、測定した充放電カーブを示す。縦軸が電池セルの電圧(V vs. Li/Li)を示し、横軸が電池セルの容量(mAh/g)を示す。容量は、正極の活物質質量当たりの容量である。
LCOの実容量は、120mAh/gとし、カットオフ電圧(対Li)を4.2V(充電)/2.6V(放電)とした。その際の、容量維持率は、充電容量に対する放電容量の割合である(放電容量/充電容量×100%)。上記測定を5回繰り返し行い、その平均値を求め、80%以上を良好とした。
The current value at a current rate of 0.4 C was determined, and charge/discharge measurements (constant current charge/constant current discharge) were performed at a current rate of 0.4 C. The measurements were performed using a charge/discharge device (manufactured by Biologic). Figure 21 shows the measured charge/discharge curves. The vertical axis represents the battery cell voltage (V vs. Li/Li + ), and the horizontal axis represents the battery cell capacity (mAh/g). The capacity is the capacity per mass of the active material in the positive electrode.
The actual capacity of the LCO was 120 mAh/g, and the cutoff voltage (vs. Li) was 4.2 V (charge)/2.6 V (discharge). The capacity retention rate was the ratio of the discharge capacity to the charge capacity (discharge capacity/charge capacity × 100%). The above measurement was repeated five times, and the average value was calculated. A value of 80% or more was considered good.

<サイクル特性>
電流レート0.4Cでサイクル評価(定電流モードの繰り返し充放電測定)を行った。上述の容量維持率に対して、容量維持率が80%以下になるまで繰り返し充放電測定を行い、その回数nを求め、10回以上を良好とした。
電池評価の結果、容量維持率は100%、サイクル回数nは12回であった。上記評価に従って、充放電特性およびサイクル特性が良好である場合を、電池評価をAとした(表1)。
<Cycle characteristics>
A cycle evaluation (repeated charge/discharge measurement in a constant current mode) was performed at a current rate of 0.4 C. The charge/discharge measurement was repeated until the capacity retention rate described above reached 80% or less, and the number of times n was calculated. A value of 10 or more was considered good.
As a result of the battery evaluation, the capacity retention rate was 100% and the number of cycles n was 12. If the charge/discharge characteristics and cycle characteristics were good according to the above evaluation, the battery was evaluated as A (Table 1).

(実施例2)
充填用材料を、正極前駆体の粒子配置面から塗布し正極前駆体に充填したこと以外は、実施例1と同様の方法で正極A-2を作製した。また正極A-2を用いたこと以外は実施例1と同様にして、二次電池SB-2を作製した。
正極A-2の断面観察を行ったところ、正極A-1と同様に、導電性を有する樹脂が、間隙部の内表面に接するように位置していた。また、正極A-1と同様に、導電性を有する樹脂は、LCO粒子の外表面に接し、LCO粒子を連絡するように配置されていた。さらに、正極A-1と同様に、導電性を有する樹脂は、LBOが含有される領域と重なるように存在していた。また、LCO粒子の粒子間において、導電性を有する樹脂と、無機電解質とが、共偏在していた。
また、得られた二次電池SB-2は、二次電池SB-1と同様に、容量維持率とサイクル特性が良好であることが確認された。
Example 2
A positive electrode A-2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the filler material was applied to the particle arrangement surface of the positive electrode precursor and then filled into the positive electrode precursor. A secondary battery SB-2 was produced in the same manner as in Example 1, except that positive electrode A-2 was used.
When a cross section of positive electrode A-2 was observed, it was found that, similar to positive electrode A-1, the conductive resin was located so as to contact the inner surface of the gap. Furthermore, similar to positive electrode A-1, the conductive resin was located so as to contact the outer surfaces of the LCO particles and connect the LCO particles. Furthermore, similar to positive electrode A-1, the conductive resin was present so as to overlap the region containing LBO. Furthermore, the conductive resin and the inorganic electrolyte were unevenly distributed between the LCO particles.
Furthermore, it was confirmed that the obtained secondary battery SB-2 had good capacity retention and cycle characteristics, similar to the secondary battery SB-1.

(実施例3)
第3工程における焼結温度を510℃から700℃に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で正極A-3を作製した。また正極A-3を用いた以外は実施例1と同様にして、二次電池SB-3を作製した。
図25A~図25Cは、正極A-3断面の電子顕微鏡像である。図25Aは、電子顕微鏡像、図25Bは、EDX像(元素C)、図25CはEDX像(元素B)である。高温で
焼成したためか、LCO粒子の酸化が進行し、原料のLCO粒子に近い形態に戻っており、間隙部は認められなかった。
得られた正極A-3の断面構造において、導電性を有する樹脂は、LCO粒子の外表面に接し、LCO粒子を連絡するように配置されていた。さらに、正極A-1と同様に、導電性を有する樹脂は、LBOが含有される領域と重なるように存在していた。また、LCO粒子の粒子間において、導電性を有する樹脂と、無機電解質とが、共偏在していた。
また、得られた二次電池SB-3は、二次電池SB-1と同様に、容量維持率とサイクル特性が良好であることが確認された。
Example 3
A positive electrode A-3 was produced in the same manner as in Example 1, except that the sintering temperature in the third step was changed from 510° C. to 700° C. A secondary battery SB-3 was produced in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode A-3 was used.
25A to 25C are electron microscope images of the cross section of positive electrode A-3. Fig. 25A is an electron microscope image, Fig. 25B is an EDX image (element C), and Fig. 25C is an EDX image (element B). Perhaps due to the high temperature firing, oxidation of the LCO particles progressed, returning them to a form similar to that of the raw material LCO particles, and no gaps were observed.
In the cross-sectional structure of the obtained positive electrode A-3, the conductive resin was in contact with the outer surfaces of the LCO particles and was arranged to connect the LCO particles. Furthermore, similar to positive electrode A-1, the conductive resin was present so as to overlap the region containing LBO. Furthermore, the conductive resin and the inorganic electrolyte were unevenly distributed between the LCO particles.
Furthermore, it was confirmed that the obtained secondary battery SB-3 had good capacity retention and cycle characteristics, similar to the secondary battery SB-1.

(実施例4)
第1の粒子を粒径の大きいLCO(セルシードC-8H)に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で正極A-4を作製した。正極A-4の断面観察を行ったところ、正極A-1と同様に、導電性を有する樹脂が、間隙部の内表面に接するように位置していた。また、正極A-1と同様に、導電性を有する樹脂は、LCO粒子の外表面に接し、LCO粒子を連絡するように配置されていた。さらに、正極A-1と同様に、導電性を有する樹脂は、LBOが含有される領域と重なるように存在していた。また、LCO粒子の粒子間において、導電性を有する樹脂と、無機電解質とが、共偏在していた。また、得られた二次電池SB-4は、二次電池SB-1と同様に、容量維持率とサイクル特性が良好であることが確認された。
Example 4
A positive electrode A-4 was produced in the same manner as in Example 1, except that the first particles were changed to LCO (CellSeed C-8H) having a large particle size. When a cross-sectional observation of the positive electrode A-4 was performed, it was found that, similar to the positive electrode A-1, the conductive resin was located so as to contact the inner surface of the gap. Furthermore, similar to the positive electrode A-1, the conductive resin was located so as to contact the outer surface of the LCO particles and connect the LCO particles. Furthermore, similar to the positive electrode A-1, the conductive resin was present so as to overlap the region containing LBO. Furthermore, the conductive resin and the inorganic electrolyte were unevenly distributed between the LCO particles. Furthermore, it was confirmed that the resulting secondary battery SB-4 had good capacity retention and cycle characteristics, similar to the secondary battery SB-1.

(実施例5)
焼結処理装置U4において、加圧手段422により加圧(50MPa)したこと以外は、実施例1と同様の方法で正極A-5を作製した。正極A-5の断面観察を行ったところ、正極A-1と同様に、導電性を有する樹脂が、間隙部の内表面に接するように位置していた。また、正極A-1と同様に、導電性を有する樹脂は、LCO粒子の外表面に接し、LCO粒子を連絡するように配置されていた。さらに、正極A-1と同様に、導電性を有する樹脂は、LBOが含有される領域と重なるように存在していた。また、LCO粒子の粒子間において、導電性を有する樹脂と、無機電解質とが、共偏在していた。また、得られた二次電池SB-5は、二次電池SB-1と同様に、容量維持率とサイクル特性が良好であることが確認された。
Example 5
A positive electrode A-5 was produced in the same manner as in Example 1, except that pressure (50 MPa) was applied by the pressure means 422 in the sintering treatment apparatus U4. When a cross-section of the positive electrode A-5 was observed, it was found that, similar to the positive electrode A-1, the conductive resin was located so as to contact the inner surface of the gap. Also, similar to the positive electrode A-1, the conductive resin was located so as to contact the outer surface of the LCO particles and connect the LCO particles. Furthermore, similar to the positive electrode A-1, the conductive resin was present so as to overlap the region containing LBO. Furthermore, the conductive resin and the inorganic electrolyte were unevenly distributed between the LCO particles. Furthermore, it was confirmed that the resulting secondary battery SB-5 had good capacity retention and cycle characteristics, similar to the secondary battery SB-1.

(実施例6)
電解質粒子としてLi5.9Yb0.81La0.09Zr0.1(BO(LYbBO-1)を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で正極A-6を作製した。また正極A-6を用いた以外は実施例1と同様にして、二次電池SB-6を作製した。
正極A-6の断面観察を行ったところ、正極A-1と同様に、導電性を有する樹脂が、間隙部の内表面に接するように位置していた。また、正極A-1と同様に、導電性を有する樹脂は、LCO粒子の外表面に接し、LCO粒子を連絡するように配置されていた。さらに、正極A-1と同様に、導電性を有する樹脂は、LBOが含有される領域と重なるように存在していた。また、LCO粒子の粒子間において、導電性を有する樹脂と、無機電解質とが、共偏在していた。
また、得られた二次電池SB-6は、二次電池SB-1と同様に、容量維持率とサイクル特性が良好であることが確認された。
Example 6
A positive electrode A-6 was produced in the same manner as in Example 1 , except that Li5.9Yb0.81La0.09Zr0.1 ( BO3 ) 3 (LYbBO-1 ) was used as the electrolyte particles. A secondary battery SB-6 was produced in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode A-6 was used.
When a cross section of positive electrode A-6 was observed, it was found that, similar to positive electrode A-1, the conductive resin was located so as to contact the inner surface of the gap. Furthermore, similar to positive electrode A-1, the conductive resin was located so as to contact the outer surface of the LCO particles and connect the LCO particles. Furthermore, similar to positive electrode A-1, the conductive resin was present so as to overlap the region containing LBO. Furthermore, the conductive resin and the inorganic electrolyte were unevenly distributed between the LCO particles.
Furthermore, it was confirmed that the obtained secondary battery SB-6 had good capacity retention and cycle characteristics, similar to the secondary battery SB-1.

実施例1~6の処方及び製造条件と、評価結果とを整理した対比表を表1に示す。

表中、塗布場所は、第3-1工程において、充填用材料を正極前駆体に対して塗布した場所を示し、接触箇所は、導電性を有する樹脂と、LCO粒子との接触箇所を示し、共偏在の有無は、導電性を有する樹脂と、無機電解質とが、共偏在しているか否かを示す。
Table 1 shows a comparison table summarizing the formulations and production conditions of Examples 1 to 6 and the evaluation results.

In the table, the application location indicates the location where the filler material was applied to the positive electrode precursor in step 3-1, the contact location indicates the contact location between the conductive resin and the LCO particles, and the presence or absence of co-distribution indicates whether the conductive resin and the inorganic electrolyte are co-distributed unevenly.

本開示は、以下の構成及び方法に関する。
[構成1]
二次電池に適用する電極であって、
前記電極が、活物質粒子と、導電性を有する樹脂と、を含み、
前記活物質粒子が、内表面を有し、
前記導電性を有する樹脂は、前記内表面に接するように位置する、電極。
[構成2]
前記導電性を有する樹脂は、イオン導電性を有する樹脂を含む、構成1に記載の電極。[構成3]
前記導電性を有する樹脂は、イオン性官能基を含む樹脂と支持電解質とを含む構成1又は2に記載の電極。
[構成4]
前記導電性を有する樹脂は、イオン性官能基を含むウレタン樹脂と支持電解質とを含む構成1~3のいずれかに記載の電極。
[構成5]
前記内表面は、前記活物質粒子の外表面に連続する構成1~4のいずれかに記載の電極。
[構成6]
前記導電性を有する樹脂は、前記外表面に接する構成5に記載の電極。
[構成7]
前記活物質粒子の粒子間に、導電性を有する樹脂、導電助剤、及び支持電解質からなる群から選択される少なくとも一を含む構成1~6のいずれかに記載の電極。
[構成8]
前記活物質粒子の粒子間に、支持電解質を含み、
前記支持電解質が、無機電解質を含む構成1~7のいずれかに記載の電極。
[構成9]
前記粒子間において、前記導電性を有する樹脂が含有される領域が、前記無機電解質が含有される領域と重なる、構成8に記載の電極。
[構成10]
前記活物質粒子は、コバルト酸リチウムを含む構成1~9のいずれかに記載の電極。
[構成11]
前記活物質粒子は、前記外表面から突出する突出部を有する構成5~10のいずれかに記載の電極。
[構成12]
前記導電性を有する樹脂は、ポリウレタン、ポリアクリル、ポリエーテルの少なくともいずれかを主鎖構造中に含む構成1~11のいずれかに記載の電極。
[構成13]
前記導電性を有する樹脂は、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとの共重合体であるポリエーテルを主鎖構造中に含む構成1~12のいずれかに記載の電極。[構成14]
前記導電性を有する樹脂は、前記活物質粒子より高い可橈性を有する、構成1~13のいずれかに記載の電極。
[構成15]
二次電池に適用する電極であって、
前記電極が、活物質粒子と、導電性を有する樹脂と、を含み、
前記活物質粒子が、外表面を有し、
前記樹脂が、前記外表面に接し、前記活物質粒子を連絡するように配置されている、電極。
[構成16]
前記導電性を有する樹脂は、イオン導電性を有する樹脂を含む、構成15に記載の電極。
[構成17]
前記導電性を有する樹脂は、ポリウレタン、ポリアクリル、ポリエーテルの少なくともいずれかを主鎖構造中に含む構成15又は16に記載の電極。
[構成18]
前記導電性を有する樹脂は、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとの共重合体であるポリエーテルを主鎖構造中に含む構成15~17のいずれかに記載の電極。
[構成19]
前記活物質粒子が、内表面を有し、
前記内表面は、前記外表面に連続する、構成15~18のいずれかに記載の電極。
[構成20]
前記導電性を有する樹脂は、前記内表面に接するように位置する、構成19に記載の電極。
[構成21]
前記活物質粒子の粒子間に、支持電解質を含み、
前記支持電解質が、無機電解質を含む構成15~20のいずれかに記載の電極。
[構成22]
前記粒子間において、前記導電性を有する樹脂が含有される領域が、前記無機電解質が含有される領域と重なる、構成21に記載の電極。
[構成23]
電極と、前記電極との間で活物質の授受を行う電解質層と、を含む電極複合体であって、
前記電極が、構成1~22のいずれかに記載の電極である、電極複合体。
[構成24]
正極と、前記正極との間で活物質の授受を行う電解質層と、を含む二次電池であって、
前記正極が、構成1~22のいずれかに記載の電極であり、
前記二次電池が、前記電解質層との間で前記活物質の授受を行う負極を含む、二次電池。
[方法25]
活物質粒子を含み、前記活物質粒子間に間隙を有する電極前駆体を準備する第1-1工程と、
前記電極前駆体に充填する、充填用材料を準備する第2-1工程と、
前記充填用材料を、前記電極前駆体の外部から内部に充填する第3-1工程と、
前記電極前駆体の内部に充填された前記充填用材料を、前記電極前駆体の内部に保持させる第4-1工程と、を含む電極の製造方法。
[方法26]
前記第3-1工程は、前記活物質粒子の外表面と接するように前記充填用材料を前記電極前駆体の内部に浸透させる浸透工程を含む、方法25に記載の電極の製造方法。
[方法27]
前記第1-1工程は、前記活物質粒子に内表面を形成する工程を含む、方法25又は26に記載の電極の製造方法。
[方法28]
前記活物質粒子に内表面を形成する工程が、前記活物質粒子を焼結する工程である、方法27に記載の電極の製造方法。
[方法29]
前記第1-1工程は、
粘着部を備えた樹脂基材上に、活物質粒子及び電解質粒子を含む粒子層を形成する第1工程と、
前記粒子層が形成された樹脂基材を複数積層した積層体を成形する第2工程と、
前記積層体から前記樹脂基材を除去して、活物質粒子及び電解質粒子を含む立体物を成形する第3工程と、
前記立体物を後処理する第4工程と、
を含む、方法25~28のいずれかに記載の電極の製造方法。
[方法30]
前記第3-1工程は、前記活物質粒子の内表面と接するように前記充填用材料を前記電極前駆体の内部に浸透させる浸透工程を含む、方法25~29のいずれかに記載の電極の製造方法。
[方法31]
前記電極前駆体は、端部を有し、
前記第3-1工程は、前記充填用材料を前記電極前駆体の前記端部に塗布する工程を含む方法25~30のいずれかに記載の電極の製造方法。

The present disclosure relates to the following configurations and methods.
[Configuration 1]
An electrode applied to a secondary battery,
the electrode includes active material particles and a conductive resin,
the active material particles have an inner surface;
The conductive resin is positioned so as to contact the inner surface.
[Configuration 2]
The electrode according to Aspect 1, wherein the conductive resin includes an ionic conductive resin.
3. The electrode according to claim 1, wherein the conductive resin comprises a resin containing an ionic functional group and a supporting electrolyte.
[Configuration 4]
4. The electrode according to any one of Aspects 1 to 3, wherein the conductive resin comprises a urethane resin containing an ionic functional group and a supporting electrolyte.
[Configuration 5]
5. The electrode according to any one of Aspects 1 to 4, wherein the inner surface is continuous with the outer surface of the active material particles.
[Configuration 6]
6. The electrode of claim 5, wherein the conductive resin is in contact with the outer surface.
[Configuration 7]
7. The electrode according to any one of Aspects 1 to 6, wherein at least one selected from the group consisting of a conductive resin, a conductive assistant, and a supporting electrolyte is contained between the active material particles.
[Configuration 8]
A supporting electrolyte is contained between the active material particles,
8. The electrode of any one of embodiments 1 to 7, wherein the supporting electrolyte comprises an inorganic electrolyte.
[Configuration 9]
9. The electrode of claim 8, wherein, between the particles, a region containing the conductive resin overlaps a region containing the inorganic electrolyte.
[Configuration 10]
10. The electrode of any one of Aspects 1 to 9, wherein the active material particles include lithium cobalt oxide.
[Configuration 11]
11. The electrode according to any one of Aspects 5 to 10, wherein the active material particles have protrusions protruding from the outer surface.
[Configuration 12]
12. The electrode according to any one of configurations 1 to 11, wherein the conductive resin contains at least one of polyurethane, polyacrylic, and polyether in its main chain structure.
[Configuration 13]
The electrode according to any one of configurations 1 to 12, wherein the conductive resin contains, in its main chain structure, a polyether that is a copolymer of polyethylene glycol and polypropylene glycol. [Configuration 14]
14. The electrode according to any one of configurations 1 to 13, wherein the conductive resin has higher flexibility than the active material particles.
[Configuration 15]
An electrode applied to a secondary battery,
the electrode includes active material particles and a conductive resin,
the active material particles have an outer surface;
The resin is disposed in contact with the outer surface and connects the active material particles.
[Configuration 16]
16. The electrode of claim 15, wherein the conductive resin comprises an ionic conductive resin.
[Configuration 17]
17. The electrode according to claim 15 or 16, wherein the conductive resin contains at least one of polyurethane, polyacrylic, and polyether in its main chain structure.
[Configuration 18]
18. The electrode according to any one of embodiments 15 to 17, wherein the conductive resin contains polyether, which is a copolymer of polyethylene glycol and polypropylene glycol, in its main chain structure.
[Configuration 19]
the active material particles have an inner surface;
19. The electrode of any of aspects 15-18, wherein the inner surface is continuous with the outer surface.
[Configuration 20]
20. The electrode of claim 19, wherein the conductive resin is positioned so as to contact the inner surface.
[Configuration 21]
A supporting electrolyte is contained between the active material particles,
21. The electrode of any one of embodiments 15 to 20, wherein the supporting electrolyte comprises an inorganic electrolyte.
[Configuration 22]
22. The electrode of claim 21, wherein a region between the particles containing the conductive resin overlaps a region between the particles containing the inorganic electrolyte.
[Configuration 23]
An electrode composite including an electrode and an electrolyte layer that transfers an active material between the electrode and the electrolyte layer,
23. An electrode composite, wherein the electrode is the electrode according to any one of configurations 1 to 22.
[Configuration 24]
A secondary battery including a positive electrode and an electrolyte layer that transfers an active material between the positive electrode and the electrolyte layer,
the positive electrode is the electrode of any one of configurations 1 to 22;
The secondary battery includes a negative electrode that transfers the active material between the negative electrode and the electrolyte layer.
[Method 25]
a 1-1 step of preparing an electrode precursor including active material particles and having gaps between the active material particles;
a 2-1 step of preparing a filling material to be filled into the electrode precursor;
a 3-1 step of filling the filling material from the outside to the inside of the electrode precursor;
and a 4-1 step of retaining the filler material filled inside the electrode precursor inside the electrode precursor.
[Method 26]
26. The method for producing an electrode according to Method 25, wherein the step 3-1 includes a penetration step of penetrating the filler material into the interior of the electrode precursor so as to be in contact with the outer surfaces of the active material particles.
[Method 27]
The method for producing an electrode according to Method 25 or 26, wherein Step 1-1 includes a step of forming an inner surface on the active material particles.
[Method 28]
28. The method of claim 27, wherein forming the inner surface on the active material particles comprises sintering the active material particles.
[Method 29]
The step 1-1 is
a first step of forming a particle layer containing active material particles and electrolyte particles on a resin substrate having an adhesive portion;
a second step of forming a laminate by laminating a plurality of resin substrates on which the particle layer is formed;
a third step of removing the resin substrate from the laminate to form a three-dimensional object containing active material particles and electrolyte particles;
A fourth step of post-processing the three-dimensional object;
29. A method for producing an electrode according to any one of methods 25 to 28, comprising:
[Method 30]
30. The method for producing an electrode according to any one of Methods 25 to 29, wherein Step 3-1 includes a penetration step of penetrating the filler material into the electrode precursor so as to contact the inner surfaces of the active material particles.
[Method 31]
the electrode precursor has an end portion;
31. The method for producing an electrode according to any one of Methods 25 to 30, wherein Step 3-1 includes applying the filler material to the end of the electrode precursor.

Claims (20)

二次電池に適用する電極であって、
前記電極が、活物質粒子と、導電性を有する樹脂と、を含み、
前記活物質粒子が、内表面を有し、
前記導電性を有する樹脂は、前記内表面に接するように位置
前記導電性を有する樹脂は、イオン性官能基を含む樹脂と支持電解質とを含む電極。
An electrode applied to a secondary battery,
the electrode includes active material particles and a conductive resin,
the active material particles have an inner surface;
the conductive resin is positioned so as to be in contact with the inner surface,
The conductive resin is an electrode containing a resin having an ionic functional group and a supporting electrolyte .
二次電池に適用する電極であって、An electrode applied to a secondary battery,
前記電極が、活物質粒子と、導電性を有する樹脂と、を含み、the electrode includes active material particles and a conductive resin,
前記活物質粒子が、内表面を有し、the active material particles have an inner surface;
前記導電性を有する樹脂は、前記内表面に接するように位置し、the conductive resin is positioned so as to be in contact with the inner surface,
前記導電性を有する樹脂は、イオン性官能基を含むウレタン樹脂と支持電解質とを含む電極。The conductive resin is an electrode containing a urethane resin containing an ionic functional group and a supporting electrolyte.
二次電池に適用する電極であって、
前記電極が、活物質粒子と、導電性を有する樹脂と、を含み、
前記活物質粒子が、内表面を有し、
前記導電性を有する樹脂は、前記内表面に接するように位置し、
前記活物質粒子の粒子間に、支持電解質を含み、前記支持電解質が、無機電解質を含む電極
An electrode applied to a secondary battery,
the electrode includes active material particles and a conductive resin,
the active material particles have an inner surface;
the conductive resin is positioned so as to be in contact with the inner surface,
The electrode contains a supporting electrolyte between the active material particles, the supporting electrolyte containing an inorganic electrolyte .
二次電池に適用する電極であって、An electrode applied to a secondary battery,
前記電極が、活物質粒子と、導電性を有する樹脂と、を含み、the electrode includes active material particles and a conductive resin,
前記活物質粒子が、内表面を有し、the active material particles have an inner surface;
前記導電性を有する樹脂は、前記内表面に接するように位置し、the conductive resin is positioned so as to be in contact with the inner surface,
前記内表面は、前記活物質粒子の外表面に連続し、the inner surface is continuous with the outer surface of the active material particle,
前記活物質粒子は、前記外表面から突出する突出部を有する電極。The active material particles have protrusions protruding from the outer surface of the electrode.
前記導電性を有する樹脂は、イオン導電性を有する樹脂を含む、請求項に記載の電極。 The electrode according to claim 4 , wherein the conductive resin includes an ionic conductive resin. 前記導電性を有する樹脂は、イオン性官能基を含む樹脂と支持電解質とを含む請求項に記載の電極。 5. The electrode according to claim 4 , wherein the conductive resin comprises a resin containing an ionic functional group and a supporting electrolyte. 前記導電性を有する樹脂は、イオン性官能基を含むウレタン樹脂と支持電解質とを含む請求項に記載の電極。 5. The electrode according to claim 4 , wherein the conductive resin contains a urethane resin containing an ionic functional group and a supporting electrolyte. 前記内表面は、前記活物質粒子の外表面に連続する請求項1に記載の電極。 The electrode described in claim 1, wherein the inner surface is continuous with the outer surface of the active material particles. 前記導電性を有する樹脂は、前記外表面に接する請求項に記載の電極。 The electrode according to claim 8 , wherein the conductive resin is in contact with the outer surface. 前記活物質粒子の粒子間に、導電性を有する樹脂、導電助剤、及び支持電解質からなる群から選択される少なくとも一を含む請求項1に記載の電極。 The electrode described in claim 1, wherein at least one selected from the group consisting of a conductive resin, a conductive additive, and a supporting electrolyte is contained between the active material particles. 前記活物質粒子の粒子間に、支持電解質を含み、
前記支持電解質が、無機電解質を含む請求項1に記載の電極。
A supporting electrolyte is contained between the active material particles,
10. The electrode of claim 1, wherein the supporting electrolyte comprises an inorganic electrolyte.
前記粒子間において、前記導電性を有する樹脂が含有される領域が、前記無機電解質が含有される領域と重なる、請求項に記載の電極。 The electrode according to claim 3 , wherein, between the particles, a region containing the conductive resin overlaps a region containing the inorganic electrolyte. 前記活物質粒子は、コバルト酸リチウムを含む請求項1に記載の電極。 The electrode described in claim 1, wherein the active material particles include lithium cobalt oxide. 前記活物質粒子は、前記外表面から突出する突出部を有する請求項に記載の電極。 The electrode according to claim 8 , wherein the active material particles have protrusions protruding from the outer surface. 前記導電性を有する樹脂は、ポリウレタン、ポリアクリル、ポリエーテルの少なくともいずれかを主鎖構造中に含む請求項1に記載の電極。 The electrode described in claim 1, wherein the conductive resin contains at least one of polyurethane, polyacrylic, and polyether in its main chain structure. 前記導電性を有する樹脂は、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとの共重合体であるポリエーテルを主鎖構造中に含む請求項1に記載の電極。 The electrode described in claim 1, wherein the conductive resin contains a polyether, which is a copolymer of polyethylene glycol and polypropylene glycol, in its main chain structure. 前記導電性を有する樹脂は、前記活物質粒子より高い可橈性を有する、請求項1に記載の電極。 The electrode described in claim 1, wherein the conductive resin has higher flexibility than the active material particles. 電極と、前記電極との間で活物質の授受を行う電解質層と、を含む電極複合体であって、An electrode composite including an electrode and an electrolyte layer that transfers an active material between the electrode and the electrolyte layer,
前記電極が、活物質粒子と、導電性を有する樹脂と、を含み、the electrode includes active material particles and a conductive resin,
前記活物質粒子が、内表面を有し、the active material particles have an inner surface;
前記導電性を有する樹脂は、前記内表面に接するように位置する、電極複合体。The conductive resin is positioned so as to be in contact with the inner surface.
電極と、前記電極との間で活物質の授受を行う電解質層と、を含む電極複合体であって、
前記電極が、請求項1~17のいずれか一項に記載の電極である、電極複合体。
An electrode composite including an electrode and an electrolyte layer that transfers an active material between the electrode and the electrolyte layer,
An electrode composite, wherein the electrode is the electrode according to any one of claims 1 to 17 .
正極と、前記正極との間で活物質の授受を行う電解質層と、を含む二次電池であって、
前記正極が、請求項1~17のいずれか一項に記載の電極であり、
前記二次電池が、前記電解質層との間で前記活物質の授受を行う負極を含む、二次電池。
A secondary battery including a positive electrode and an electrolyte layer that transfers an active material between the positive electrode and the electrolyte layer,
The positive electrode is the electrode according to any one of claims 1 to 17 ,
The secondary battery includes a negative electrode that transfers the active material between the negative electrode and the electrolyte layer.
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