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JP7750226B2 - Electrode, power storage device, and method for manufacturing electrode - Google Patents
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JP7750226B2 - Electrode, power storage device, and method for manufacturing electrode - Google Patents

Electrode, power storage device, and method for manufacturing electrode

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JP7750226B2
JP7750226B2 JP2022201296A JP2022201296A JP7750226B2 JP 7750226 B2 JP7750226 B2 JP 7750226B2 JP 2022201296 A JP2022201296 A JP 2022201296A JP 2022201296 A JP2022201296 A JP 2022201296A JP 7750226 B2 JP7750226 B2 JP 7750226B2
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storage device
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Description

本明細書は、電極、蓄電デバイス及び電極の製造方法を開示する。 This specification discloses an electrode, an electricity storage device, and a method for manufacturing the electrode.

従来、蓄電デバイスの電極としては、例えば、集電体と、集電体の表面に形成された活物質と、カーボンナノファイバを含む導電助剤と、バインダとを含む活物質層を備え、電極の表面をX線回折法で測定し、カーボンナノファイバの各結晶面に由来する回折ピークの強度の和と、カーボンナノファイバの(002)結晶面に由来する回折ピークの強度から求められる配向比率が所定範囲であるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この電極では、電気抵抗の低い電極や蓄電装置を提供できるとしている。 Conventionally, proposed electrodes for electricity storage devices include, for example, a current collector, an active material layer containing an active material formed on the surface of the current collector, a conductive additive containing carbon nanofibers, and a binder. When the electrode surface is measured using X-ray diffraction, the orientation ratio calculated from the sum of the intensities of the diffraction peaks resulting from each crystal plane of the carbon nanofiber and the intensity of the diffraction peak resulting from the (002) crystal plane of the carbon nanofiber falls within a predetermined range (see, for example, Patent Document 1). It is claimed that this electrode can provide an electrode and electricity storage device with low electrical resistance.

特開2013-69928号公報JP 2013-69928 A

しかしながら、上述した特許文献1の電極では、カーボンナノファイバを含むスラリーを用いて製造しているが、カーボンナノファイバは凝集性が高く、スラリーの管理が難しく、均一に分散させること、また、その状態を維持することが容易でなかった。このように、蓄電デバイスに用いられる電極の電気抵抗を低減することは、まだ十分でなく、電気抵抗の低い電極を作製することが求められていた。 However, the electrodes in Patent Document 1 mentioned above are manufactured using a slurry containing carbon nanofibers. However, carbon nanofibers have a high tendency to aggregate, making the slurry difficult to manage and making it difficult to uniformly disperse the fibers or maintain that state. As such, reducing the electrical resistance of electrodes used in electricity storage devices has not yet been sufficient, and there has been a demand for producing electrodes with low electrical resistance.

本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、電極の抵抗をより低減することができる電極、蓄電デバイス及び電極の製造方法を提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in consideration of these issues, and its primary objective is to provide an electrode, an electricity storage device, and a method for manufacturing an electrode that can further reduce electrode resistance.

上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、カーボンナノファイバのようなナノ粒子ではない炭素繊維を用い、静電場によりこの炭素繊維を配向させることによって、電極の抵抗をより低減することを見いだし、本明細書で開示する発明を完成するに至った。 After extensive research to achieve the above-mentioned objective, the inventors discovered that electrode resistance can be further reduced by using carbon fibers that are not nanoparticles, such as carbon nanofibers, and orienting these carbon fibers using an electrostatic field, leading to the completion of the invention disclosed in this specification.

即ち、本明細書で開示する電極は、
蓄電デバイスに用いられる電極であって、
集電体と、
集電体上に形成され活物質と結着材と繊維径Dが1μm以上20μm以下繊維長さLが5μm以上500μm以下の範囲の炭素繊維とを含む電極合材層と、を備え、
前記電極合材層は、電極表面に露出している前記炭素繊維に基づいて求められた電極の厚さ方向に配向した炭素繊維の配向度が50%以上であるものである。
That is, the electrode disclosed in the present specification is
An electrode used in an electricity storage device,
A current collector;
an electrode mixture layer formed on a current collector and including an active material, a binder, and carbon fibers having a fiber diameter D of 1 μm or more and 20 μm or less and a fiber length L of 5 μm or more and 500 μm or less;
The electrode mixture layer has a degree of orientation of carbon fibers oriented in the thickness direction of the electrode of 50% or more, determined based on the carbon fibers exposed on the electrode surface.

本明細書で開示する蓄電デバイスは、上述した電極を備えたものである。 The electricity storage device disclosed in this specification is equipped with the electrodes described above.

本明細書で開示する電極の製造方法は、
蓄電デバイスに用いられる電極の製造方法であって、
集電体の表面との間へ静電場を発生させ、活物質と結着材と繊維径Dが1μm以上20μm以下であり繊維長さLが5μm以上500μm以下の範囲の炭素繊維とを含む原料を前記集電体の表面へ塗布する塗布工程と、
前記原料が塗布された集電体を加熱し電極合材層として固定化する固定化工程と、
を含むものである。
The method for producing an electrode disclosed herein includes the steps of:
A method for manufacturing an electrode used in an electricity storage device, comprising:
an application step of generating an electrostatic field between the surface of a current collector and the active material, a binder, and carbon fibers having a fiber diameter D of 1 μm or more and 20 μm or less and a fiber length L of 5 μm or more and 500 μm or less, and applying the raw material to the surface of the current collector;
a fixation step of heating the current collector on which the raw material has been applied to fix it as an electrode mixture layer;
It includes:

本開示では、蓄電デバイスの電極の抵抗をより低減することができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推測される。例えば、炭素繊維は、導電材として機能し、さらに炭素繊維の長軸方向を電極の厚さ方向に配向させることによって、効率的に電子を伝導させる経路を形成することができるためであると推察される。 This disclosure makes it possible to further reduce the resistance of the electrodes of an electricity storage device. The reason for this effect is presumed to be as follows. For example, it is presumed that carbon fibers function as a conductive material, and that by orienting the long axis direction of the carbon fibers in the thickness direction of the electrode, a path for efficient electron conduction can be formed.

蓄電デバイス10の構成の一例を示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an electricity storage device 10. 蓄電デバイス10に用いられる電極の製造方法の一例を示す説明図。3A to 3C are explanatory diagrams showing an example of a method for manufacturing an electrode used in the electricity storage device 10. 炭素繊維の繊維径D及び繊維長Lの測定結果。Measurement results of fiber diameter D and fiber length L of carbon fiber. 実験例1、3、5の電極表面の光学顕微鏡像及び断面の概念図。1A and 1B are optical microscope images of electrode surfaces and cross-sectional schematic diagrams of electrode surfaces in Experimental Examples 1, 3, and 5. X線ラミノグラフィ測定より取得した炭素繊維の3次元像。3D image of carbon fiber obtained by X-ray laminography measurement. X線ラミノグラフィ測定での膜厚方向に対する偏差角度θのヒストグラム。Histogram of the deviation angle θ relative to the film thickness direction in X-ray laminography measurement. 実験例1~5の静電印刷時の電場に対する面積抵抗との関係図。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the sheet resistance and the electric field during electrostatic printing in Experimental Examples 1 to 5. 実験例1~5の配向度に対する面積抵抗との関係図。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the degree of orientation and the sheet resistance in Experimental Examples 1 to 5.

(蓄電デバイス用電極)
本実施形態の電極は、蓄電デバイスに用いられるものであって、集電体と電極合材層とを備えている。蓄電デバイスは、リチウム二次電池やリチウムイオン二次電池、キャパシタ、ハイブリッドキャパシタ、空気電池などのうちいずれかであるものとしてもよい。電極は、活物質の電位に対して対極の電位に基づいて正極又は負極のいずれかとなる。活物質は、蓄電デバイスのキャリアイオンを吸蔵放出する。キャリアイオンは、蓄電デバイスに用いられるものであれば特に限定されないが、例えば、アルカリ金属イオンや第2族元素イオンなどが挙げられる。アルカリ金属イオンとしては、例えば、リチウムイオンやナトリウムイオン、カリウムイオンなどが挙げられる。第2族元素イオンとしては、例えば、マグネシウムイオン、カルシウムイオンなどが挙げられる。ここでは、リチウムイオンをキャリアとするリチウムイオン二次電池を主たる一例として以下説明する。
(Electrodes for electricity storage devices)
The electrode of this embodiment is used in an electricity storage device and includes a current collector and an electrode mixture layer. The electricity storage device may be any of a lithium secondary battery, a lithium ion secondary battery, a capacitor, a hybrid capacitor, an air battery, etc. The electrode becomes either a positive electrode or a negative electrode based on the potential of the counter electrode relative to the potential of the active material. The active material absorbs and releases carrier ions in the electricity storage device. The carrier ions are not particularly limited as long as they are used in electricity storage devices, and examples thereof include alkali metal ions and Group 2 element ions. Examples of alkali metal ions include lithium ions, sodium ions, and potassium ions. Examples of Group 2 element ions include magnesium ions and calcium ions. Here, a lithium ion secondary battery using lithium ions as a carrier will be mainly described as an example.

集電体は、電極合材層に隣接し、充放電時の集電を行う導電性の部材である。集電体は、活物質の電位などに応じて適宜選択すればよいが、例えば、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、銅、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどのほか、接着性、導電性及び耐酸化性向上の目的で、アルミニウムや銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものを用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。集電体の厚さは、例えば1~500μmのものが用いられる。活物質複合体の形成量は、蓄電デバイスに求められる所望の性能に応じて適宜設定すればよい。 The current collector is a conductive member adjacent to the electrode composite layer that collects current during charging and discharging. The current collector can be selected appropriately depending on the potential of the active material, etc. Examples of materials that can be used include aluminum, titanium, stainless steel, nickel, iron, copper, calcined carbon, conductive polymers, and conductive glass. In addition, materials such as aluminum and copper whose surfaces have been treated with carbon, nickel, titanium, or silver to improve adhesion, conductivity, and oxidation resistance can also be used. These surfaces can also be subjected to oxidation treatment. Current collector shapes include foil, film, sheet, net, punched or expanded, lath, porous, foamed, and fiber-formed. The thickness of the current collector is, for example, 1 to 500 μm. The amount of active material composite formed can be appropriately determined depending on the desired performance of the electricity storage device.

電極合材層は、集電体上に形成され活物質と結着材と炭素繊維とを含む。この電極合材層は、炭素繊維のほかに導電材を含むものとしてもよい。活物質は、正極活物質としてもよい。正極活物質としては、遷移金属元素を含む硫化物や、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物などを用いることができる。具体的には、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2などの遷移金属硫化物、基本組成式をLi(1-x)MnO2(0<x<1など、以下同じ)やLi(1-x)Mn24などとするリチウムマンガン複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)CoO2などとするリチウムコバルト複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)NiO2などとするリチウムニッケル複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)NiaCobMnc2(a+b+c=1)やLi(1-x)NiaCobMnc4(a+b+c=2)などとするリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、基本組成式をLiV23などとするリチウムバナジウム複合酸化物、基本組成式をV25などとする遷移金属酸化物などを用いることができる。また、正極活物質は、リン酸鉄リチウムなどとしてもよい。これらのうち、リチウムの遷移金属複合酸化物、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/32などが好ましい。なお、「基本組成式」とは、他の元素を含んでもよい趣旨である。 The electrode mixture layer is formed on the current collector and contains an active material, a binder, and carbon fibers. This electrode mixture layer may contain a conductive material in addition to the carbon fibers. The active material may be a positive electrode active material. Examples of the positive electrode active material that can be used include sulfides containing transition metal elements and oxides containing lithium and transition metal elements. Specifically, transition metal sulfides such as TiS2 , TiS3 , MoS3 , and FeS2 ; lithium manganese composite oxides having a basic composition formula such as Li (1-x) MnO2 (0 < x<1, etc., the same applies below) or Li (1-x) Mn2O4 ; lithium cobalt composite oxides having a basic composition formula such as Li (1-x) CoO2 ; lithium nickel composite oxides having a basic composition formula such as Li( 1-x ) NiO2 ; lithium nickel cobalt manganese composite oxides having a basic composition formula such as Li ( 1-x)NiaCobMncO2 (a+b+c=1) or Li(1-x ) NiaCobMncO4 ( a + b+c= 2 ); Lithium vanadium composite oxides having a basic composition formula such as V2O5 , etc. , and transition metal oxides having a basic composition formula such as V2O5 , etc., can be used. The positive electrode active material may also be lithium iron phosphate, etc. Among these, lithium transition metal composite oxides, such as LiCoO2 , LiNiO2 , LiMnO2 , and LiNi1 /3Co1/ 3Mn1 / 3O2 , are preferred. The term "basic composition formula" means that other elements may be included.

また、正極活物質としては、例えば、キャリアイオンを吸着脱離するキャパシタに用いるものとしてもよい。この正極活物質は、例えば、炭素材料を含むものとしてもよい。炭素材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、活性炭類、コークス類、ガラス状炭素類、黒鉛類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維類、カーボンナノチューブ類、ポリアセン類などが挙げられる。このうち、高比表面積を示す活性炭類が好ましい。炭素材料は、比表面積が1000m2/g以上であることが好ましく、1500m2/g以上であることがより好ましい。比表面積が1000m2/g以上では、放電容量をより高めることができる。この活性炭の比表面積は、作製の容易性から3000m2/g以下であることが好ましく、2000m2/g以下であるものとしてもよい。なお、正極では、イオン伝導媒体に含まれるアニオン及びカチオンの少なくとも一方を吸着・脱離して蓄電するものと考えられるが、さらに、イオン伝導媒体に含まれるアニオン及びカチオンの少なくとも一方を挿入・脱離して蓄電するものとしてもよい。 The positive electrode active material may be used, for example, in a capacitor that adsorbs and desorbs carrier ions. This positive electrode active material may include, for example, a carbon material. Examples of carbon materials include, but are not limited to, activated carbons, cokes, glassy carbons, graphites, non-graphitizable carbons, pyrolytic carbons, carbon fibers, carbon nanotubes, and polyacenes. Among these, activated carbons exhibiting a high specific surface area are preferred. The carbon material preferably has a specific surface area of 1000 m 2 /g or more, more preferably 1500 m 2 /g or more. A specific surface area of 1000 m 2 /g or more can further increase the discharge capacity. The specific surface area of the activated carbon is preferably 3000 m 2 /g or less, and may be 2000 m 2 /g or less, for ease of preparation. It is considered that the positive electrode stores electricity by adsorbing and desorbing at least one of anions and cations contained in the ion-conducting medium, but it may also store electricity by inserting and desorbing at least one of anions and cations contained in the ion-conducting medium.

活物質は、負極活物質としてもよい。負極活物質としては、例えば、リチウム、リチウム合金、スズ化合物などの無機化合物、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な炭素材料、複数の元素を含む複合酸化物、導電性ポリマーなどが挙げられる。炭素材料は、例えば、コークス類、ガラス状炭素類、グラファイト類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維などが挙げられる。このうち、人造黒鉛、天然黒鉛などのグラファイト類が、金属リチウムに近い作動電位を有し、高い作動電圧での充放電が可能でありキャリアイオンをリチウムイオンとした場合に自己放電を抑え、且つ充電時における不可逆容量を少なくできるため、好ましい。複合酸化物としては、例えば、リチウムチタン複合酸化物やリチウムバナジウム複合酸化物などが挙げられる。負極活物質としては、このうち、容量の観点から炭素材料が好ましく、安全性の観点からは、複合酸化物が好ましい。 The active material may be a negative electrode active material. Examples of negative electrode active materials include inorganic compounds such as lithium, lithium alloys, and tin compounds; carbon materials capable of absorbing and releasing lithium ions; composite oxides containing multiple elements; and conductive polymers. Examples of carbon materials include cokes, glassy carbons, graphites, non-graphitizable carbons, pyrolytic carbons, and carbon fibers. Of these, graphites such as artificial graphite and natural graphite are preferred because they have an operating potential close to that of metallic lithium, enable charging and discharging at high operating voltages, suppress self-discharge when the carrier ion is lithium ion, and reduce irreversible capacity during charging. Examples of composite oxides include lithium titanium composite oxide and lithium vanadium composite oxide. Of these, carbon materials are preferred as negative electrode active materials from the perspective of capacity, while composite oxides are preferred from the perspective of safety.

結着材は、活物質や炭素繊維を固定する材料である。この結着材としては、例えば、加熱により固着する樹脂としてもよい。結着材は、例えば、電解液中でイオン伝導性を有するものであることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体(PVdF-HFP)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、及びポリメタクリル酸メチルとアクリルポリマーとの共重合体のうち1以上などが挙げられる。特に、電極に用いるものであるため、この樹脂は、電位安定性の面からフッ素含有樹脂であることがより好ましい。この樹脂としては、PVdFが好ましい。 The binder is a material that fixes the active material and carbon fiber. This binder may be, for example, a resin that hardens when heated. It is preferable that the binder be ionically conductive in the electrolyte. Examples of such resins include one or more of polyvinylidene fluoride (PVdF), a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVdF-HFP), polymethyl methacrylate (PMMA), and a copolymer of polymethyl methacrylate and an acrylic polymer. Since this resin is used in electrodes, it is particularly preferable that the resin be a fluorine-containing resin in terms of potential stability. PVdF is a preferable resin.

炭素繊維は、繊維径Dが1μm以上20μm以下の範囲である。また、炭素繊維は、繊維長さLが5μm以上500μm以下の範囲である。この炭素繊維は、カーボンナノファイバやカーボンナノチューブのように、サブミクロンサイズのものは含まない。電極合材層には、カーボンナノファイバやカーボンナノチューブが含まれるものとしてもよいが、これらの材料は炭素繊維の配向度には関与しないものとする。炭素繊維の繊維長さLは、電極合材層の厚さよりも短い長さであることが好ましい。炭素繊維のサイズは、画像式粒度分布測定装置を用いて測定した値とする。 The carbon fibers have a fiber diameter D in the range of 1 μm or more and 20 μm or less. The carbon fibers also have a fiber length L in the range of 5 μm or more and 500 μm or less. These carbon fibers do not include submicron-sized carbon fibers such as carbon nanofibers and carbon nanotubes. The electrode mixture layer may contain carbon nanofibers and carbon nanotubes, but these materials do not affect the degree of orientation of the carbon fibers. The fiber length L of the carbon fibers is preferably shorter than the thickness of the electrode mixture layer. The carbon fiber size is measured using an image particle size distribution analyzer.

炭素繊維以外に添加される導電材は、例えば、粒子状、鱗片状、繊維状及びチューブ状の形状を有するものとしてもよい。この導電材としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、鱗片状黒鉛及びカーボンナノチューブのうち1以上が挙げられる。このうち、アセチレンブラックが好ましい。この導電材は、炭素粒子である場合、一次粒子の粒径dが10nm以上100nm以下の範囲であるものとしてもよい。粒径dが10nm以上では、導電パスを形成しやすく、好ましい。この粒径dは、20nm以上であることが好ましく、50nm以下であることが好ましい。また、炭素材料が鱗片状炭素である場合、長さaと幅bとは同じであってもよいし、異なっていてもよいし、厚さcは長さaや幅bと異なっているものとしてもよい。長さaや幅bは、10nm以上100nm以下の範囲であるものとしてもよい。厚さcは、長さaや幅bも短いことが好ましく、5nm以上50nm以下の範囲であるものとしてもよい。また、導電材料が繊維状やチューブ状である場合、炭素繊維よりも1/10以下のサイズとしてもよい。 The conductive material added in addition to carbon fiber may be, for example, particulate, flake, fibrous, or tubular. Examples of such conductive materials include one or more of acetylene black, carbon black, ketjen black, flake graphite, and carbon nanotubes. Of these, acetylene black is preferred. When the conductive material is carbon particles, the primary particle diameter d may be in the range of 10 nm to 100 nm. A particle diameter d of 10 nm or greater is preferred, as it facilitates the formation of conductive paths. This particle diameter d is preferably 20 nm or greater and 50 nm or less. Furthermore, when the carbon material is flake carbon, the length a and width b may be the same or different, and the thickness c may be different from the length a and width b. The length a and width b may be in the range of 10 nm to 100 nm. It is preferable that the thickness c is shorter than the length a and width b, and may be in the range of 5 nm to 50 nm. Furthermore, if the conductive material is fibrous or tubular, it may be 1/10 or less the size of carbon fiber.

電極合材層は、電極表面に露出している前記炭素繊維に基づいて求められた電極の厚さ方向に配向した炭素繊維の配向度が50%以上である。この配向度は、より高いことが好ましく、60%以上であることが好ましく、70%以上であることが更に好ましい。この配向度は、100%以下であり、90%以下としてもよい。配向度がより高いものとすれば、炭素繊維がより電極の厚さ方向に配向するためより抵抗を低減することができ好ましい。ここで、この配向度は、電極表面に露出している全ての炭素繊維の個数Nと、電極合材層に含まれる炭素繊維のメディアン長さLmと、電極表面に露出している長さが3/7×Lm以下である炭素繊維の個数nとしたとき、配向度(%)=n/N×100で求めるものとする。 The electrode composite layer has a degree of orientation of carbon fibers oriented in the electrode thickness direction, determined based on the carbon fibers exposed on the electrode surface, of 50% or more. This degree of orientation is preferably higher, preferably 60% or more, and more preferably 70% or more. This degree of orientation is 100% or less, and may be 90% or less. A higher degree of orientation is preferable because the carbon fibers are more oriented in the electrode thickness direction, thereby further reducing resistance. Here, this degree of orientation is calculated as follows: orientation (%) = n/N x 100, where N is the number of all carbon fibers exposed on the electrode surface, Lm is the median length of the carbon fibers contained in the electrode composite layer, and n is the number of carbon fibers exposed on the electrode surface with a length of 3/7 x Lm or less.

この電極は、例えば、電極合材層の面積抵抗が32Ωcm2以下であることが好ましい。この面積抵抗は、より低いことが好ましく、20Ωcm2以下がより好ましく、10Ωcm2以下が更に好ましく、5Ωcm2以下としてもよい。また、この電極は、電極合材層の体積抵抗率が3.0×103Ωcm以下であることが好ましい。この体積抵抗率は、より低いことが好ましく、1.0×103Ωcm以下がより好ましく、5×102Ωcm以下が更に好ましく、1.0×102Ωcm以下としてもよい。また、この電極は、電極合材層の厚さが10μm以上500μm以下の範囲であるものとしてもよい。電極合材層の厚さがより厚膜になると、炭素繊維の配向度による抵抗の減少の影響が大きくなる。この電極の厚さは、20μm以上や50μm以上であるものとしてもよいし、100μm以上、150μm以上、200μm以上としてもよい。また、この電極は、電極合材層の電極密度が2.0(g/cm3)以上の範囲であることが好ましく、2.2(g/cm3)以上の範囲であることがより好ましく、2.4(g/cm3)以上の範囲であることが更に好ましい。また、この電極は、電極合材層の電極密度が3.5(g/cm3)以下の範囲であることが好ましく、3.0(g/cm3)以下の範囲であることがより好ましく、2.6(g/cm3)以下の範囲であることが更に好ましい。 In this electrode, for example, the sheet resistance of the electrode mixture layer is preferably 32 Ωcm2 or less. This sheet resistance is preferably lower, more preferably 20 Ωcm2 or less, even more preferably 10 Ωcm2 or less, and may be 5 Ωcm2 or less. In addition, in this electrode, the volume resistivity of the electrode mixture layer is preferably 3.0 × 103 Ωcm or less. This volume resistivity is preferably lower, more preferably 1.0 × 103 Ωcm or less, even more preferably 5 × 102 Ωcm or less, and may be 1.0 × 102 Ωcm or less. In addition, in this electrode, the thickness of the electrode mixture layer may be in the range of 10 μm or more and 500 μm or less. As the thickness of the electrode mixture layer becomes thicker, the influence of the decrease in resistance due to the degree of orientation of the carbon fibers becomes greater. The thickness of this electrode may be 20 μm or more, 50 μm or more, 100 μm or more, 150 μm or more, or 200 μm or more. The electrode mixture layer of this electrode preferably has an electrode density of 2.0 (g/ cm3 ) or more, more preferably 2.2 (g/ cm3 ) or more, and even more preferably 2.4 (g/ cm3 ) or more. The electrode mixture layer of this electrode preferably has an electrode density of 3.5 (g/ cm3 ) or less, more preferably 3.0 (g/ cm3 ) or less, and even more preferably 2.6 (g/ cm3 ) or less.

電極合材層は、活物質と結着材と炭素繊維との全体に対して活物質が、70質量%以上95質量%以下の範囲で含まれることが好ましい。活物質の含有量は、70質量%以上では容量を十分確保することができ、95質量%以下では結着材や炭素繊維の相対的な量を確保できるため強度や導電性を確保でき好ましい。また、電極合材層は、活物質と結着材と炭素繊維との全体に対して結着材が、0.5質量%以上5質量%以下の範囲で含まれることが好ましい。結着材の含有量は、0.5質量%以上では強度を十分確保することができ、5質量%以下では活物質量を相対的に確保できるため容量を確保でき好ましい。また、電極合材層は、活物質と結着材と炭素繊維との全体に対し炭素繊維が0.5質量%以上5質量%以下の範囲で含まれることが好ましい。炭素繊維の含有量は、0.5質量%以上では抵抗を十分低減することができ、5質量%以下では活物質量を相対的に確保できるため容量を確保でき好ましい。また、電極合材層に炭素繊維以外の導電材を含む場合、活物質と結着材と炭素繊維と導電材との全体に対し導電材が0.5質量%以上5質量%以下の範囲で含まれることが好ましい。導電材の含有量が0.5質量%以上では導電性をより向上することができ、5質量%以下では活物質量の相対的な低下をより抑制できるため容量低下をより抑制することができ好ましい。 The electrode mixture layer preferably contains 70% to 95% by mass of active material relative to the total active material, binder, and carbon fiber. An active material content of 70% by mass or more ensures sufficient capacity, while a content of 95% by mass or less is preferable because the relative amounts of binder and carbon fiber can be maintained, ensuring strength and conductivity. The electrode mixture layer preferably contains 0.5% to 5% by mass of binder relative to the total active material, binder, and carbon fiber. A binder content of 0.5% by mass or more ensures sufficient strength, while a content of 5% by mass or less ensures the relative amount of active material, ensuring capacity. The electrode mixture layer preferably contains 0.5% to 5% by mass of carbon fiber relative to the total active material, binder, and carbon fiber. A carbon fiber content of 0.5% by mass or more can sufficiently reduce resistance, while a carbon fiber content of 5% by mass or less ensures the relative amount of active material, ensuring capacity. Furthermore, when the electrode mixture layer contains a conductive material other than carbon fiber, it is preferable that the conductive material be contained in a range of 0.5% by mass or more and 5% by mass or less relative to the total of the active material, binder, carbon fiber, and conductive material. A conductive material content of 0.5% by mass or more can further improve conductivity, while a conductive material content of 5% by mass or less can further suppress a relative decrease in the amount of active material, thereby further suppressing a decrease in capacity, which is preferable.

(蓄電デバイス)
本開示の蓄電デバイスは、上述した電極を備えたものである。この蓄電デバイスは、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極とを備え、正極及び負極のうち1以上が上述した電極であるものとしてもよい。この蓄電デバイスは、正極と、負極と、正極及び負極の間に介在しキャリアイオンを伝導するイオン伝導媒体とを備えるものとしてもよい。
(Electricity storage device)
The electricity storage device of the present disclosure includes the above-described electrodes. This electricity storage device may include a positive electrode having a positive electrode active material and a negative electrode having a negative electrode active material, and at least one of the positive electrode and the negative electrode may be the above-described electrode. This electricity storage device may also include a positive electrode, a negative electrode, and an ion-conductive medium interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducting carrier ions.

イオン伝導媒体としては、支持塩を含む非水系電解液や非水系ゲル電解液などを用いることができる。非水電解液の溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、フラン類、スルホラン類及びジオキソラン類などが挙げられ、これらを単独又は混合して用いることができる。具体的には、カーボネート類としてエチレンカーボネートやプロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチル-n-ブチルカーボネート、メチル-t-ブチルカーボネート、ジ-i-プロピルカーボネート、t-ブチル-i-プロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート類、γ-ブチルラクトン、γ-バレロラクトンなどの環状エステル類、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酪酸メチルなどの鎖状エステル類、ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジエトキシエタンなどのエーテル類、アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、などのフラン類、スルホラン、テトラメチルスルホランなどのスルホラン類、1,3-ジオキソラン、メチルジオキソランなどのジオキソラン類などが挙げられる。このうち、環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との組み合わせが好ましい。この組み合わせによると、充放電の繰り返しでの電池特性を表すサイクル特性が優れているばかりでなく、電解液の粘度、得られる電池の電気容量、電池出力などをバランスの取れたものとすることができる。 The ion-conducting medium can be a non-aqueous electrolyte solution containing a supporting salt or a non-aqueous gel electrolyte solution. Examples of solvents for non-aqueous electrolyte solutions include carbonates, esters, ethers, nitriles, furans, sulfolanes, and dioxolanes, which can be used alone or in combination. Specific examples of carbonates include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, butylene carbonate, and chloroethylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl-n-butyl carbonate, methyl-t-butyl carbonate, di-i-propyl carbonate, and t-butyl-i-propyl carbonate; cyclic esters such as γ-butyl lactone and γ-valerolactone; chain esters such as methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, and methyl butyrate; ethers such as dimethoxyethane, ethoxymethoxyethane, and diethoxyethane; nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; furans such as tetrahydrofuran and methyltetrahydrofuran; sulfolanes such as sulfolane and tetramethylsulfolane; and dioxolanes such as 1,3-dioxolane and methyldioxolane. Of these, a combination of cyclic carbonates and chain carbonates is preferred. This combination not only provides excellent cycle characteristics, which represent the battery's performance over repeated charge and discharge, but also allows for a well-balanced electrolyte viscosity, the resulting battery's electrical capacity, and battery output.

支持塩は、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、LiSbF6、LiSiF6、LiAlF4、LiSCN、LiClO4、LiCl、LiF、LiBr、LiI、LiAlCl4などが挙げられる。このうち、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4などの無機塩、及びLiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23などの有機塩からなる群より選ばれる1種又は2種以上の塩を組み合わせて用いることが電気特性の点から見て好ましい。この支持塩は、非水電解液中の濃度が0.1mol/L以上5mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上2mol/L以下であることがより好ましい。支持塩を溶解する濃度が0.1mol/L以上では、十分な電流密度を得ることができ、5mol/L以下では、電解液をより安定させることができる。また、この非水電解液には、リン系、ハロゲン系などの難燃剤を添加してもよい。 Examples of supporting salts include LiPF6, LiBF4 , LiAsF6 , LiCF3SO3 , LiN( CF3SO2 ) 2 , LiC( CF3SO2 ) 3 , LiSbF6 , LiSiF6 , LiAlF4 , LiSCN, LiClO4 , LiCl, LiF , LiBr, LiI, and LiAlCl4 . Among these, it is preferable to use a combination of one or more salts selected from the group consisting of inorganic salts such as LiPF6 , LiBF4 , LiAsF6 , and LiClO4 , and organic salts such as LiCF3SO3 , LiN( CF3SO2 ) 2 , and LiC( CF3SO2 ) 3 , from the viewpoint of electrical properties. The concentration of this supporting salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 mol/L or more and 5 mol/L or less, more preferably 0.5 mol/L or more and 2 mol/L or less. When the concentration of the dissolving supporting salt is 0.1 mol/L or more, a sufficient current density can be obtained, and when it is 5 mol/L or less, the electrolyte can be more stable. In addition, a phosphorus-based, halogen-based, or other flame retardant may be added to the non-aqueous electrolyte.

また、液状のイオン伝導媒体の代わりに、固体のイオン伝導性ポリマーをイオン伝導媒体として用いることもできる。イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、アクリロニトリル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、メチルメタクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン、フッ化ビニリデンなどのポリマーと支持塩とで構成されるポリマーゲルを用いることができる。更に、イオン伝導性ポリマーと非水系電解液とを組み合わせて用いることもできる。また、イオン伝導媒体としては、イオン伝導性ポリマーのほか、無機固体電解質あるいは有機ポリマー電解質と無機固体電解質の混合材料、若しくは有機バインダによって結着された無機固体粉末などを利用することができる。 In place of a liquid ion-conducting medium, a solid ion-conducting polymer can also be used as the ion-conducting medium. Examples of ion-conducting polymers that can be used include polymer gels composed of a polymer, such as acrylonitrile, ethylene oxide, propylene oxide, methyl methacrylate, vinyl acetate, vinylpyrrolidone, or vinylidene fluoride, and a supporting salt. Furthermore, ion-conducting polymers can also be used in combination with nonaqueous electrolyte solutions. Furthermore, in addition to ion-conducting polymers, inorganic solid electrolytes, mixtures of organic polymer electrolytes and inorganic solid electrolytes, or inorganic solid powders bound with an organic binder can also be used as ion-conducting media.

本開示の蓄電デバイスは、負極と正極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、リチウム二次電池の使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の薄い微多孔膜が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。 The power storage device of the present disclosure may include a separator between the negative electrode and positive electrode. There are no particular limitations on the separator, as long as its composition can withstand the range of use of lithium secondary batteries. Examples include polymer nonwoven fabrics such as polypropylene nonwoven fabrics and polyphenylene sulfide nonwoven fabrics, and thin microporous membranes made of olefin resins such as polyethylene and polypropylene. These may be used alone or in combination.

この蓄電デバイスの形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。図1は、蓄電デバイス10の一例を示す模式図である。この蓄電デバイス10は、正極12と、負極15と、イオン伝導媒体19とを有する。正極12は、正極活物質層13と、集電体14とを有する。負極15は、負極活物質層16と、集電体17とを有する。イオン伝導媒体19は、キャリアイオンを伝導するものであり、電解液や固体電解質としてもよい。上述した電極は、正極12としてもよいし、負極15としてもよい。正極12が上述した電極であるときには、正極合材層13には、活物質21と、炭素繊維22と、結着材23とを含む。炭素繊維22は、繊維径Dが1μm以上20μm以下の範囲であり、繊維長さLが5μm以上500μm以下の範囲である。また、正極合材層13は、電極表面に露出している炭素繊維22に基づいて求められた電極の厚さ方向に配向した炭素繊維22の配向度が50%以上である。 The shape of this electricity storage device is not particularly limited, but examples include coin, button, sheet, laminate, cylindrical, flat, and rectangular shapes. It may also be used in large devices such as electric vehicles. Figure 1 is a schematic diagram showing an example of an electricity storage device 10. This electricity storage device 10 has a positive electrode 12, a negative electrode 15, and an ion-conducting medium 19. The positive electrode 12 has a positive electrode active material layer 13 and a current collector 14. The negative electrode 15 has a negative electrode active material layer 16 and a current collector 17. The ion-conducting medium 19 conducts carrier ions and may be an electrolyte solution or a solid electrolyte. The above-mentioned electrode may be the positive electrode 12 or the negative electrode 15. When the positive electrode 12 is the above-mentioned electrode, the positive electrode composite layer 13 includes an active material 21, carbon fibers 22, and a binder 23. The carbon fibers 22 have a fiber diameter D in the range of 1 μm to 20 μm, and a fiber length L in the range of 5 μm to 500 μm. Furthermore, the positive electrode composite layer 13 has a degree of orientation of the carbon fibers 22 oriented in the thickness direction of the electrode of 50% or more, determined based on the carbon fibers 22 exposed on the electrode surface.

(電極の製造方法)
本開示の蓄電デバイスに用いられる電極の製造方法は、上述した電極を製造する方法であるものとしてもよい。この製造方法において、上述した電極で説明した内容、例えば、各部材の材質や配合比の範囲などを適宜適用するものとして、その詳細な説明を省略するものとする。この製造方法は、塗布工程と、固定化工程とを含む。図2は、蓄電デバイス10に用いられる電極の製造方法の一例を示す説明図であり、図2Aが混合処理、図2Bが塗布処理、図2Cが固定化処理の一例を示す説明図である。
(Electrode manufacturing method)
The manufacturing method of an electrode used in the energy storage device of the present disclosure may be the method for manufacturing the electrode described above. In this manufacturing method, the contents described in the above-described electrode, such as the materials and blending ratio ranges of each component, are applied as appropriate, and detailed description thereof will be omitted. This manufacturing method includes an application step and a fixation step. Figure 2 is an explanatory diagram showing an example of a manufacturing method of an electrode used in the energy storage device 10, where Figure 2A shows an example of a mixing process, Figure 2B shows an example of a coating process, and Figure 2C shows an example of a fixation process.

塗布工程では、集電体の表面との間へ静電場を発生させ、活物質と結着材と炭素繊維とを含む原料を集電体の表面へ塗布する。炭素繊維は、繊維径Dが1μm以上20μm以下の範囲であり、繊維長さLが5μm以上500μm以下の範囲のものを用いるものとする。原料には、炭素繊維以外の炭素材料を導電材として添加するものとしてもよい。塗布工程では、溶媒を用いないことが好ましい。即ち、塗布工程は、原料に溶媒を加えない乾式処理で行うことが好ましく、静電スクリーン印刷処理としてもよい(図2B)。この塗布工程では、原料の塗布前に原料粉体を乾式で混合する混合処理を行うものとしてもよい(図2A)。混合処理は、ミキサーを用いることができる。混合処理では、粒状の活物質、結着材、必要に応じて粒状の導電材を混合したのち、炭素繊維を加えて更に混合するものとしてもよい。塗布処理では、静電場の強度が1kV/cm以上10kV/cm以下の範囲で原料を塗布することが好ましい。電場が1kV/cm以上では炭素繊維をより厚さ方向に沿って配向させることができ、好ましい。また、電場が10kV/cm以下では、処理効率がよい。この塗布工程では、静電場の強度が2kV/cm以上4kV/cm以下の範囲で原料を塗布することがより好ましい。原料は、スクリーンメッシュ上に収容し、このスクリーンメッシュから集電体へ塗布するものとしてもよい。スクリーンメッシュの目開きサイズは、原料の粒径などに応じて適宜選択する。原料の塗布時において、スクリーンメッシュ上に収容した原料をスキージなどの部材を摺動させ、原料を集電体側へ押圧してもよい。塗布時間は、例えば、電極合材層の厚さが所望の厚さになるまでこの塗布処理を実行するものとすればよい。 In the coating process, an electrostatic field is generated between the collector and the surface, and raw materials containing an active material, a binder, and carbon fiber are applied to the collector surface. The carbon fiber has a fiber diameter D of 1 μm to 20 μm and a fiber length L of 5 μm to 500 μm. A carbon material other than carbon fiber may be added to the raw materials as a conductive material. It is preferable not to use a solvent in the coating process. That is, the coating process is preferably performed as a dry process in which no solvent is added to the raw materials, and may be an electrostatic screen printing process (Figure 2B). This coating process may also involve a dry mixing process in which the raw material powder is mixed before coating (Figure 2A). A mixer can be used for the mixing process. The mixing process may involve mixing the granular active material, binder, and, if necessary, granular conductive material, followed by adding the carbon fiber and further mixing. In the coating process, the raw materials are preferably applied in an electrostatic field strength of 1 kV/cm to 10 kV/cm. An electric field of 1 kV/cm or higher is preferable because it allows the carbon fibers to be more oriented in the thickness direction. Furthermore, an electric field of 10 kV/cm or lower provides good processing efficiency. In this coating process, it is more preferable to coat the raw material with an electrostatic field strength in the range of 2 kV/cm to 4 kV/cm. The raw material may be placed on a mesh screen and applied to the current collector through the mesh screen. The mesh size of the screen is selected appropriately depending on the particle size of the raw material. During coating of the raw material, a member such as a squeegee may be slid across the raw material placed on the mesh screen to press the raw material toward the current collector. The coating time may be determined, for example, so that the coating process is continued until the electrode mixture layer reaches the desired thickness.

固定化工程では、原料が塗布された集電体を加熱し、電極合材層として固定化する処理を行う。固定化工程では、例えば、原料が形成された集電体を加熱プレスして固定化するものとしてもよい(図2C)。加熱温度は、結着材の種別に応じて適宜設定すればよいが、例えば、100℃以上や120℃以上、150℃以上としてもよいし、200℃以下や180℃以下、160℃以下などとしてもよい。また、プレス圧は、炭素繊維の配向方向が塗布処理後に変わらないように適宜調節した値を用いることが好ましい。 In the fixation process, the current collector coated with the raw material is heated to fix the material into an electrode composite layer. For example, the fixation process may involve hot-pressing the current collector on which the raw material has been formed (Figure 2C). The heating temperature may be set appropriately depending on the type of binder, but may be, for example, 100°C or higher, 120°C or higher, or 150°C or higher, or 200°C or lower, 180°C or lower, or 160°C or lower. It is also preferable to use a press pressure that is appropriately adjusted so that the orientation of the carbon fibers does not change after the coating process.

以上詳述した本実施形態の電極、蓄電デバイス及び電極の製造方法では、蓄電デバイスの電極の抵抗をより低減することができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推測される。例えば、炭素繊維は、導電材として機能し、さらに炭素繊維の長軸方向を電極の厚さ方向に配向させることによって、効率的に電子を伝導させる経路を形成することができるためである。 The electrode, electricity storage device, and electrode manufacturing method of this embodiment described in detail above can further reduce the resistance of the electrode of the electricity storage device. The reason for this effect is presumed to be as follows: For example, carbon fibers function as a conductive material, and by orienting the long axis direction of the carbon fibers in the thickness direction of the electrode, a path for efficient electron conduction can be formed.

一般的に、リチウムイオン電池やニッケル水素電池といった蓄電デバイスの電極において、活物質を含む電極合材層を厚膜化することで、集電体やセパレータの相対的な使用量を減らし、電池の体積当たりのエネルギー量であるエネルギー密度を高める試みがなされている。しかし、電極を厚膜化すると、電子の移動距離が長くなることで内部抵抗が大きくなり、電池容量が大幅に低下することが問題となる。上述した従来技術(特開2013-122883)では、カーボンナノファイバを含む電極スラリーを集電体上に塗工する際、あるいは、塗工後溶媒を乾燥させる前に、電極の膜厚方向に静電場を印加することで膜厚方向にカーボンナノファイバを配向させている。しかし、カーボンナノファイバは一般的に凝集性が高く、均一に分散させること、また、その状態を維持することが容易でなく、スラリーの管理が難しいことが課題である。また、電極スラリーを塗工して電極膜を得るスラリー成膜プロセスでは、乾燥炉を用いて高温で溶媒を揮発させる必要があるためエネルギー消費量が大きいことも課題である。特に、正極スラリーの溶媒として用いられているN-メチル-2-ピロリドン(NMP)は、回収し、処理するシステムが必要となる。さらに、溶媒の乾燥工程において、一度膜厚方向に配向したカーボンナノファイバが再び面内に配向してしまう課題もある。本開示の電極及びその製造方法では、凝集性の低い炭素繊維を用い、更に溶媒を用いずに、乾式で電極合材層を塗布するものであるため、消費エネルギーをより低減しつつ、簡便に炭素繊維を電極厚さ方向に配向させることができる。 In general, in the electrodes of energy storage devices such as lithium-ion batteries and nickel-metal hydride batteries, attempts have been made to increase the thickness of the electrode composite layer containing active material, thereby reducing the relative amounts of current collectors and separators used and increasing the energy density (the amount of energy per unit volume of the battery). However, thickening the electrode increases the distance electrons must travel, resulting in increased internal resistance and a significant decrease in battery capacity. In the aforementioned prior art (JP 2013-122883), an electrostatic field is applied in the direction of the electrode film thickness when applying electrode slurry containing carbon nanofibers to the current collector, or before drying the solvent after application, thereby aligning the carbon nanofibers in the direction of the film thickness. However, carbon nanofibers generally have a high tendency to agglomerate, making it difficult to uniformly disperse and maintain that state, making slurry management difficult. Another issue is the slurry film formation process in which electrode slurry is applied to obtain an electrode film, which requires high-temperature evaporation of the solvent using a drying oven, resulting in high energy consumption. In particular, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is used as a solvent for the positive electrode slurry, requires a system for recovering and disposing of it. Furthermore, there is a problem that carbon nanofibers that have been oriented in the film thickness direction may become oriented in-plane again during the solvent drying process. The electrode and manufacturing method disclosed herein use carbon fibers with low cohesion, and the electrode mixture layer is applied dry without the use of a solvent. This allows for easy alignment of the carbon fibers in the electrode thickness direction while further reducing energy consumption.

なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present disclosure is in no way limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms as long as they fall within the technical scope of the present disclosure.

例えば、上述した実施形態では、電極の製造方法において、原料粉体を溶媒無しで集電体上に塗布するものとしたが、特にこれに限定されず、原料粉体に溶媒を加えて集電体上に塗布してもよい。炭素繊維を電極の厚さ方向にならって配向させることができれば、特に乾式、湿式に関係せず、電極を作製することができる。 For example, in the above-described embodiment, the electrode manufacturing method involves applying the raw material powder to the current collector without a solvent, but this is not particularly limited; the raw material powder may be applied to the current collector after adding a solvent. As long as the carbon fibers can be oriented in the thickness direction of the electrode, the electrode can be manufactured regardless of whether it is a dry or wet method.

本開示は、以下の[1]~[10]のいずれかに示すものとしてもよい。
[1] 蓄電デバイスに用いられる電極であって、
集電体と、
集電体上に形成され活物質と結着材と繊維径Dが1μm以上20μm以下であり繊維長さLが5μm以上500μm以下の範囲の炭素繊維とを含む電極合材層と、を備え、
前記電極合材層は、電極表面に露出している前記炭素繊維に基づいて求められた電極の厚さ方向に配向した炭素繊維の配向度が50%以上である、電極。
[2] 前記配向度は、60%以上である、[1]に記載の電極。
[3] 前記配向度は、前記電極表面に露出している全ての前記炭素繊維の個数Nと、前記電極合材層に含まれる炭素繊維のメディアン長さLmと、前記電極表面に露出している長さが3/7×Lm以下である炭素繊維の個数nとしたとき、配向度(%)=n/N×100で求められる、[1]又は[2]に記載の電極。
[4] 前記電極は、(1)~(4)のいずれか1以上を満たす、[1]~[3]のいずれか1つに記載の電極。
(1)面積抵抗が32Ωcm2以下である。
(2)体積抵抗率が3.0×103Ωcm以下である。
(3)厚さが10μm以上500μm以下の範囲である。
(4)電極密度が2.0(g/cm3)以上3.5(g/cm3)以下の範囲である。
[5] 前記活物質は、リチウム及び遷移金属を含む複合酸化物である、[1]~[4]のいずれか1つに記載の電極。
[6] [1]~[5]のいずれか1つに記載の電極、を備えた蓄電デバイス。
[7] 蓄電デバイスに用いられる電極の製造方法であって、
集電体の表面との間へ静電場を発生させ、活物質と結着材と繊維径Dが1μm以上20μm以下であり繊維長さLが5μm以上500μm以下の範囲の炭素繊維とを含む原料を前記集電体の表面へ塗布する塗布工程と、
前記原料が塗布された集電体を加熱し電極合材層として固定化する固定化工程と、
を含む電極の製造方法。
[8] 前記塗布工程では、溶媒を用いない、[7]に記載の電極の製造方法。
[9] 前記塗布工程では、静電場の強度が1kV/cm以上10kV/cm以下の範囲で前記原料を塗布する、[7]又は[8]に記載の電極の製造方法。
[10] 前記塗布工程では、静電場の強度が2kV/cm以上4kV/cm以下の範囲で前記原料を塗布する、[7]又は[8]に記載の電極の製造方法。
The present disclosure may be any of the following [1] to [10].
[1] An electrode used in an electricity storage device,
A current collector;
an electrode mixture layer formed on a current collector and including an active material, a binder, and carbon fibers having a fiber diameter D of 1 μm or more and 20 μm or less and a fiber length L of 5 μm or more and 500 μm or less;
An electrode, wherein the electrode mixture layer has a degree of orientation of carbon fibers oriented in the thickness direction of the electrode of 50% or more, determined based on the carbon fibers exposed on the electrode surface.
[2] The electrode according to [1], wherein the degree of orientation is 60% or more.
[3] The electrode according to [1] or [2], wherein the degree of orientation is calculated by the formula: orientation (%) = n/N × 100, where N is the number of all the carbon fibers exposed on the electrode surface, Lm is the median length of the carbon fibers contained in the electrode mixture layer, and n is the number of carbon fibers exposed on the electrode surface and having a length of 3/7 × Lm or less.
[4] The electrode according to any one of [1] to [3], wherein the electrode satisfies any one or more of (1) to (4).
(1) The sheet resistance is 32 Ωcm 2 or less.
(2) The volume resistivity is 3.0×10 3 Ωcm or less.
(3) The thickness is in the range of 10 μm or more and 500 μm or less.
(4) The electrode density is in the range of 2.0 (g/cm 3 ) to 3.5 (g/cm 3 ).
[5] The electrode according to any one of [1] to [4], wherein the active material is a composite oxide containing lithium and a transition metal.
[6] An electricity storage device comprising the electrode according to any one of [1] to [5].
[7] A method for manufacturing an electrode used in an electricity storage device, comprising:
an application step of generating an electrostatic field between the surface of a current collector and the active material, a binder, and carbon fibers having a fiber diameter D of 1 μm or more and 20 μm or less and a fiber length L of 5 μm or more and 500 μm or less, and applying the raw material to the surface of the current collector;
a fixation step of heating the current collector on which the raw material has been applied to fix it as an electrode mixture layer;
A method for manufacturing an electrode comprising the steps of:
[8] The method for manufacturing an electrode according to [7], wherein the coating step does not use a solvent.
[9] The method for manufacturing an electrode according to [7] or [8], wherein in the coating step, the raw material is coated at an electrostatic field strength in the range of 1 kV/cm to 10 kV/cm.
[10] The method for manufacturing an electrode according to [7] or [8], wherein in the coating step, the raw material is coated at an electrostatic field strength in the range of 2 kV/cm to 4 kV/cm.

以下には、本開示の電極及び蓄電デバイスを具体的に作製した例を実験例として説明する。なお、実験例1が比較例に相当し、実験例2~5が実施例に相当する。 Below, specific examples of the fabrication of electrodes and electricity storage devices according to the present disclosure are described as experimental examples. Note that Experimental Example 1 corresponds to a comparative example, and Experimental Examples 2 to 5 correspond to working examples.

(電極作製)
(1)電極粉末の混合処理
活物質としてニッケルコバルトマンガン酸リチウムを91g、導電材としてアセチレンブラック(デンカ工業製HS100)を3gと、炭素繊維(三菱ケミカル製K223HM(50μ))を3g、結着材としてポリフッ化ビニリデン(アルケマ製HSV900)を3g、乾式混合して正極用の電極粉末を得た。電極粉末の混合にはラボミル(大阪ケミカル製OML-1)を用い、活物質、導電材、結着材を5分間混合したあと、炭素繊維を加え、さらに1分間混合した。
(Electrode Fabrication)
(1) Electrode Powder Mixing Treatment 91 g of lithium nickel cobalt manganese oxide as the active material, 3 g of acetylene black (HS100 manufactured by Denka Kogyo Kogyo) as the conductive material, 3 g of carbon fiber (K223HM (50 μ) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and 3 g of polyvinylidene fluoride (HSV900 manufactured by Arkema) as the binder were dry-mixed to obtain an electrode powder for a positive electrode. A lab mill (OML-1 manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.) was used to mix the active material, conductive material, and binder for 5 minutes, and then the carbon fiber was added and mixed for another 1 minute.

(炭素繊維の物性)
使用した炭素繊維の繊維径、繊維長の分布を測定した。炭素繊維の長さに関する分布は、画像式粒度分布測定装置(マイクロトラック・ベル製、CamseizerX2)を用いて、炭素繊維の繊維径D及び繊維長Lの分布を測定した。繊維径Dの分布は計測した粒子の最小径Xminを繊維径Dとして算出した。繊維長Xlengthの分布は計測した粒子の最小径Xminと最大フェレ径XFe maxを用いて次式(1)より算出した。図3は、炭素繊維の繊維径D及び繊維長Lの測定結果であり、図3Aが繊維径Dの分布図、図3Bが繊維長Lの分布図、図3Cが炭素繊維の撮像写真である。図3に示すように、用いた炭素繊維は、その繊維のメディアン径D50が12μmでありメディアン長さLmが70μmであった。
(Physical properties of carbon fiber)
The fiber diameter and fiber length distribution of the carbon fiber used were measured. The distribution of the length of the carbon fiber was measured using an image particle size distribution measuring device (Microtrac Bell, Camseizer X2) to measure the fiber diameter D and fiber length L of the carbon fiber. The distribution of the fiber diameter D was calculated using the minimum diameter Xmin of the measured particles as the fiber diameter D. The distribution of the fiber length Xlength was calculated from the following formula (1) using the minimum diameter Xmin and maximum Feret diameter XFemax of the measured particles. Figure 3 shows the measurement results of the fiber diameter D and fiber length L of the carbon fiber, where Figure 3A is a distribution diagram of the fiber diameter D, Figure 3B is a distribution diagram of the fiber length L, and Figure 3C is a photograph of the carbon fiber. As shown in Figure 3, the carbon fiber used had a median diameter D50 of 12 μm and a median length Lm of 70 μm.

(2)電極の成膜(実験例1~5)
静電スクリーン印刷装置(ベルク工業製TS-1)を用いて、集電体であるアルミニウム箔(厚さ15μm)の上に電極粉末を塗布した。150線-60μm(目開き109μm)のスクリーンメッシュを用いた。スクリーン板と塗布面の間に0、0.6、1.3、2.5、3.8kV/cmの電場を印加した。得られた電極のそれぞれを実験例1~5とした。さらに、加熱ロールプレス機(タクミ技研SA6202)により集電体上に電極粉末を固定化させ、目付量30mg/cm2、厚さ約130μmの正極合材層が集電体の上に積層されてなる正極を得た。プレス温度は200℃、ロールの送り速度は0.2m/分、線圧は286kg/cmとした。
(2) Electrode Film Formation (Experimental Examples 1 to 5)
Using an electrostatic screen printing device (TS-1 manufactured by Berg Industries), the electrode powder was applied onto an aluminum foil (thickness 15 μm) current collector. A 150-wire, 60 μm (109 μm mesh) screen mesh was used. An electric field of 0, 0.6, 1.3, 2.5, or 3.8 kV/cm was applied between the screen plate and the coating surface. The resulting electrodes were designated Experimental Examples 1 to 5. The electrode powder was then fixed onto the current collector using a heated roll press (Takumi Giken SA6202), resulting in a positive electrode having a basis weight of 30 mg/cm 2 and a thickness of approximately 130 μm laminated on the current collector. The press temperature was 200°C, the roll feed rate was 0.2 m/min, and the linear pressure was 286 kg/cm.

(電子抵抗測定)
電極の電子抵抗を四端子法により測定した。二枚の電極を、銅箔を介して対抗させて圧子とロードセルで挟み、一方の電極にプラスの電圧線と電流線、他方の電極にマイナスの電圧線と電流線を接続した。銅箔は、電極-電極間の接触抵抗の影響を低減して電極の電子抵抗を測定するために配置した。面積2cm2の圧子に50kg(25kg/cm2)の荷重を印加したときの直流抵抗の値を電子抵抗とした。また、体積抵抗率Rv[Ωcm]、電極の電子抵抗Re[Ω]、測定面積S[cm2]、電極の厚さt[cm]としたときに、式(2)から電極の体積抵抗率を算出した。ここで測定面積は圧子の面積2cm2とした。
Rv[Ωcm]=(Re[Ω]×S[cm2])/t[cm] …式(2)
(Electronic Resistance Measurement)
The electronic resistance of the electrode was measured using the four-terminal method. Two electrodes were sandwiched between an indenter and a load cell, facing each other via copper foil. A positive voltage and current wire was connected to one electrode, and a negative voltage and current wire was connected to the other electrode. The copper foil was placed to reduce the influence of electrode-to-electrode contact resistance and measure the electrode's electronic resistance. The value of DC resistance when a load of 50 kg (25 kg/cm 2 ) was applied to an indenter with an area of 2 cm 2 was taken as the electronic resistance. The volume resistivity of the electrode was calculated using equation (2) where Rv [Ωcm], Re [Ω], the measurement area S [cm 2 ], and the electrode thickness t [cm] are the indenter area. Here, the measurement area was taken as the indenter area of 2 cm 2 .
Rv[Ωcm]=(Re[Ω]×S[cm 2 ])/t[cm] …Formula (2)

(光学顕微鏡による電極表面の観察と解析)
成膜した電極の表面の光学顕微鏡像をデジタルマイクロスコープ(キーエンス製VHX-7000)を用いて取得した。画素サイズは1μm/pixelとした。画像解析ソフトImage Jを用いて、得られた観察画像の輝度値から二値化処理により電極表面に露出している炭素繊維を抽出した。さらに、Image Jの粒子解析機能により、抽出した炭素繊維の長手方向の長さ(長径)のヒストグラムを取得した。表面に露出している炭素繊維のうち、その長径が30μm以下の炭素繊維は膜厚方向に配向しているとし、表面に露出している炭素繊維の全個数に対する長径が30μm以下の炭素繊維の個数の割合を、配向した炭素繊維の割合として算出した。即ち、電極表面に露出している全ての炭素繊維の個数N[個]と、電極合材層に含まれる炭素繊維のメディアン長さLm[μm]と、電極表面に露出している長さが3/7×Lm[μm]以下である炭素繊維の個数n[個]としたとき、配向度(%)は、次式(3)により求めた値とした。
配向度[%]=n[個]/N[個]×100 …式(3)
(Observation and analysis of electrode surface using an optical microscope)
Optical microscope images of the surface of the deposited electrode were obtained using a digital microscope (Keyence VHX-7000). The pixel size was 1 μm/pixel. Using the image analysis software Image J, the carbon fibers exposed on the electrode surface were extracted by binarization processing from the brightness values of the obtained observation image. Furthermore, a histogram of the longitudinal length (major axis) of the extracted carbon fibers was obtained using the particle analysis function of Image J. Of the carbon fibers exposed on the surface, those with a major axis of 30 μm or less were considered to be oriented in the film thickness direction, and the ratio of the number of carbon fibers with a major axis of 30 μm or less to the total number of carbon fibers exposed on the surface was calculated as the proportion of oriented carbon fibers. That is, when the number of all carbon fibers exposed on the electrode surface is N [pieces], the median length of the carbon fibers contained in the electrode mixture layer is Lm [μm], and the number of carbon fibers exposed on the electrode surface with a length of 3/7 × Lm [μm] or less is n [pieces], the orientation degree (%) was determined by the following formula (3).
Orientation degree [%] = n [pieces] / N [pieces] × 100 ... Formula (3)

(X線ラミノグラフィ測定・配向解析)
電極の透過3次元像から、配向度の妥当性について検討した。X線ラミノグラフィ測定により電極の3次元像を取得した。X線ラミノグラフィ測定は、大型放射光施設SPring-8BL33XU(豊田ビームライン)にて実施した。X線のエネルギーは16keVとし、回転軸の傾斜角は30°とした。検出器は、X線CMOSカメラ(浜松ホトニクス製ORCA-flush4.0)を用い、画素サイズ0.325μm/pixelで撮影した。回転角度0.1°ごとに露光時間100msecで撮影し、360°(3601枚)の透過像を得た。JASRI提供の再構成ソフトを用い、透過像から3次元像に再構成した。X線トモグラフィ用の解析ソフト(ボリュームグラフィックス社製VGSTUDIO MAX)により得られた電極の3次元像から炭素繊維部分を抽出し、配向解析を行い、電極の膜厚方向に対する偏差角度θのヒストグラムを取得した。実験例1、5を測定した。
(X-ray laminography measurement and orientation analysis)
The appropriateness of the degree of orientation was examined from the 3D transmission image of the electrode. 3D images of the electrode were obtained by X-ray laminography measurement. X-ray laminography measurement was performed at the SPring-8BL33XU (Toyota Beamline) large synchrotron radiation facility. The X-ray energy was 16 keV, and the tilt angle of the rotation axis was 30°. An X-ray CMOS camera (ORCA-flush 4.0 manufactured by Hamamatsu Photonics) was used as the detector, and images were taken with a pixel size of 0.325 μm/pixel. Images were taken every 0.1° of rotation angle with an exposure time of 100 msec, obtaining 360° (3601 images) of transmission images. Using reconstruction software provided by JASRI, the transmission images were reconstructed into 3D images. The carbon fiber portion was extracted from a three-dimensional image of the electrode obtained using analysis software for X-ray tomography (VGSTUDIO MAX manufactured by Volume Graphics), and orientation analysis was performed to obtain a histogram of the deviation angle θ relative to the film thickness direction of the electrode.

(炭素繊維の配向評価)
図4は、実験例1、3、5の電極表面の光学顕微鏡像及び断面の概念図であり、図4Aが実験例1、図4Bが実験例3、図4Cが実験例5である。図5は、X線ラミノグラフィ測定より取得した炭素繊維の3次元像である。図6は、X線ラミノグラフィ測定より取得した実験例1、5の膜厚方向に対する偏差角度θのヒストグラムである。図4に示すように、静電スクリーン印刷において、電場を印加しなかった実験例1では、繊維の長手方向が露出した炭素繊維が多く観察されたのに対し、印加電場を1.3kV/cmとした実験例3、3.8kV/cmとした実験例5のように、印加電場を大きくするに従い、繊維の長手方向が露出した炭素繊維の数が減少し、点状に見える炭素繊維が多く観察された。また、図6に示すように、電場を印加しなかった実験例1と比較して、電場を3.8kV/cm印加して成膜した実験例5の電極では、偏差角度θが80°~90°である、面方向に沿って配向した炭素繊維が減少し、偏差角度θが80°以下である、厚さ方向に沿って配向した炭素繊維が増加した。このことより、光学顕微鏡像において、印加電場を大きくするほど長手方向が露出した炭素繊維の数が減少し、点状に見える炭素繊維が増加したのは、原料粉末を集電体へ塗布する際の電場により炭素繊維が厚さ方向に配向し、電極表面に露出する面積が減少したためであることがわかった。表面に露出している炭素繊維の長径が3/7Lm、即ち30μm以下のものは膜厚方向に配向しているものと定義し、表面に露出している炭素繊維の全個数Nに対する長さLが30μm以下の炭素繊維の個数nの割合を、配向した炭素繊維の割合として算出することとした。
(Carbon fiber orientation evaluation)
FIG. 4 shows optical microscope images and cross-sectional schematic diagrams of the electrode surfaces of Experimental Examples 1, 3, and 5, with FIG. 4A being Experimental Example 1, FIG. 4B being Experimental Example 3, and FIG. 4C being Experimental Example 5. FIG. 5 shows three-dimensional images of carbon fibers obtained by X-ray laminography measurement. FIG. 6 shows histograms of the deviation angle θ relative to the film thickness direction of Experimental Examples 1 and 5 obtained by X-ray laminography measurement. As shown in FIG. 4 , in Experimental Example 1, in which no electric field was applied during electrostatic screen printing, many carbon fibers with their longitudinal direction exposed were observed. However, as the applied electric field increased, as in Experimental Example 3, in which the applied electric field was 1.3 kV/cm, and Experimental Example 5, in which the applied electric field was 3.8 kV/cm, the number of carbon fibers with their longitudinal direction exposed decreased, and many dot-like carbon fibers were observed. Furthermore, as shown in Figure 6, compared to Experimental Example 1, in which no electric field was applied, the electrode of Experimental Example 5, in which a film was formed by applying an electric field of 3.8 kV/cm, showed a decrease in carbon fibers oriented in the plane direction where the deviation angle θ was 80° to 90°, and an increase in carbon fibers oriented in the thickness direction where the deviation angle θ was 80° or less. From this, it was found that, in the optical microscope image, as the applied electric field increased, the number of carbon fibers exposed in the longitudinal direction decreased and the number of carbon fibers appearing as dots increased. This was because the electric field used when applying the raw material powder to the current collector caused the carbon fibers to orient in the thickness direction, reducing the area exposed on the electrode surface. Carbon fibers with a major axis of 3/7Lm, i.e., 30 μm or less, were defined as being oriented in the film thickness direction, and the ratio of the number n of carbon fibers with a length L of 30 μm or less to the total number N of carbon fibers exposed on the surface was calculated as the percentage of oriented carbon fibers.

(結果と考察)
図7は、実験例1~5の静電印刷時の電場に対する面積抵抗との関係図である。図8は、実験例1~5の配向度に対する面積抵抗との関係図である。また、実験例1~5の静電印刷時の電場[kV/cm]、電極厚さ[μm]、電極合材の目付量[mg/cm2]、電極密度[g/cm3]、配向繊維の割合[%]、面積抵抗[Ωcm2]、体積抵抗率[Ωcm]をまとめて表1に示した。図7、8、表1に示すように、実験例1~5において、静電印刷時の電場が大きくなるに従い、配向度がより向上する、即ち、炭素繊維が電極厚さ方向に沿って並ぶことがわかった。また、この配向度がより高くなると、面積抵抗や体積抵抗率などがより低減することがわかった。また、この理由は、例えば、導電材としての炭素繊維が電極の厚さ方向に配向させると、電極厚さ方向に効率的に電子を伝導させる経路を形成することができるため、蓄電デバイス用の電極の電子抵抗をより低減することができるものと推察された。静電印刷時の電場は、1.0[kV/cm]以上が好ましく、2.0[kV/cm]以上がより好ましいことがわかった。また、この電場は、10[kV/cm]以下の範囲が好ましいものと推察された。また、電極表面に露出している炭素繊維に基づいて求められた電極の厚さ方向に配向した炭素繊維の配向度は、50%以上が好ましく、60%以上がより好ましく、70%以上が更に好ましいことがわかった。また、この配向度は、100%以下、90%以下でもよいものと推察された。
(Results and Discussion)
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the sheet resistance and the electric field during electrostatic printing in Experimental Examples 1 to 5. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the degree of orientation and the sheet resistance in Experimental Examples 1 to 5. Table 1 also shows the electric field [kV/cm], electrode thickness [μm], electrode composite weight [mg/cm 2 ], electrode density [g/cm 3 ], oriented fiber ratio [%], sheet resistance [Ωcm 2 ], and volume resistivity [Ωcm] during electrostatic printing in Experimental Examples 1 to 5. As shown in FIGS. 7 and 8 and Table 1, in Experimental Examples 1 to 5, the degree of orientation was found to be improved as the electric field during electrostatic printing increased, i.e., the carbon fibers aligned along the electrode thickness direction. It was also found that a higher degree of orientation resulted in a further reduction in the sheet resistance and volume resistivity. The reason for this is presumed to be that, for example, orienting the carbon fibers as a conductive material in the electrode thickness direction can form a path for efficient electron conduction in the electrode thickness direction, thereby further reducing the electronic resistance of the electrode for an electricity storage device. It was found that the electric field during electrostatic printing is preferably 1.0 kV/cm or more, and more preferably 2.0 kV/cm or more. It was also inferred that this electric field is preferably in the range of 10 kV/cm or less. It was also found that the degree of orientation of carbon fibers oriented in the thickness direction of the electrode, determined based on the carbon fibers exposed on the electrode surface, is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, and even more preferably 70% or more. It was also inferred that this degree of orientation may be 100% or less, or even 90% or less.

なお、本開示は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present disclosure is in no way limited to the above-described examples, and can be implemented in various forms as long as they fall within the technical scope of the present disclosure.

本明細書で開示した電極、蓄電デバイス及び電極の製造方法は、二次電池などの蓄電デバイスの技術分野に利用可能である。 The electrodes, electricity storage devices, and electrode manufacturing methods disclosed in this specification can be used in the technical field of electricity storage devices such as secondary batteries.

10 蓄電デバイス、12 正極、13 正極活物質層、14 集電体、15 負極、16 負極活物質層、17 集電体、18 セパレータ、19 イオン伝導媒体、21 活物質、22 炭素繊維、23 結着材。 10 Electricity storage device, 12 Positive electrode, 13 Positive electrode active material layer, 14 Current collector, 15 Negative electrode, 16 Negative electrode active material layer, 17 Current collector, 18 Separator, 19 Ion conductive medium, 21 Active material, 22 Carbon fiber, 23 Binder.

Claims (9)

蓄電デバイスに用いられる電極であって、
集電体と、
集電体上に形成され活物質と結着材と繊維径Dが1μm以上20μm以下であり繊維長さLが5μm以上500μm以下の範囲の炭素繊維とを含む電極合材層と、を備え、
前記電極合材層は、電極表面に露出している前記炭素繊維に基づいて求められた電極の厚さ方向に配向した炭素繊維の配向度が50%以上であり、
前記配向度は、前記電極表面に露出している全ての前記炭素繊維の個数Nと、前記電極合材層に含まれる炭素繊維のメディアン長さLmと、前記電極表面に露出している長さが3/7×Lm以下である炭素繊維の個数nとしたとき、配向度(%)=n/N×100で求められる、電極。
An electrode used in an electricity storage device,
A current collector;
an electrode mixture layer formed on a current collector and including an active material, a binder, and carbon fibers having a fiber diameter D of 1 μm or more and 20 μm or less and a fiber length L of 5 μm or more and 500 μm or less;
the electrode mixture layer has a degree of orientation of carbon fibers oriented in the thickness direction of the electrode, determined based on the carbon fibers exposed on the electrode surface, of 50% or more;
The degree of orientation can be calculated by the formula: orientation degree (%) = n/N × 100, where N is the number of all the carbon fibers exposed on the electrode surface, Lm is the median length of the carbon fibers contained in the electrode mixture layer, and n is the number of carbon fibers exposed on the electrode surface and having a length of 3/7 × Lm or less.
前記配向度は、60%以上である、請求項1に記載の電極。 The electrode described in claim 1, wherein the degree of orientation is 60% or more. 前記電極は、(1)~(4)のいずれか1以上を満たす、請求項1又は2に記載の電極。
(1)面積抵抗が32Ωcm2以下である。
(2)体積抵抗率が3.0×103Ωcm以下である。
(3)厚さが10μm以上500μm以下の範囲である。
(4)電極密度が2.0(g/cm3)以上3.5(g/cm3)以下の範囲である。
The electrode according to claim 1 or 2, wherein the electrode satisfies any one or more of (1) to (4).
(1) The sheet resistance is 32 Ωcm 2 or less.
(2) The volume resistivity is 3.0×10 3 Ωcm or less.
(3) The thickness is in the range of 10 μm or more and 500 μm or less.
(4) The electrode density is in the range of 2.0 (g/cm 3 ) to 3.5 (g/cm 3 ).
前記活物質は、リチウム及び遷移金属を含む複合酸化物である、請求項1又は2に記載の電極。 The electrode described in claim 1 or 2, wherein the active material is a composite oxide containing lithium and a transition metal. 請求項1又は2に記載の電極、を備えた蓄電デバイス。 An electricity storage device comprising the electrode described in claim 1 or 2. 請求項1又は2に記載の蓄電デバイスに用いられる電極の製造方法であって、
集電体の表面との間へ静電場を発生させ、活物質と結着材と繊維径Dが1μm以上20
μm以下であり繊維長さLが5μm以上500μm以下の範囲の炭素繊維とを含む原料を前記集電体の表面へ塗布する塗布工程と、
前記原料が塗布された集電体を加熱し電極合材層として固定化する固定化工程と、
を含む電極の製造方法。
A method for manufacturing an electrode used in the electricity storage device according to claim 1 or 2, comprising:
An electrostatic field is generated between the surface of the current collector, and the active material, the binder, and the fiber diameter D are 1 μm or more and 20
a coating step of coating a surface of the current collector with a raw material including carbon fibers having a fiber length L in the range of 5 μm to 500 μm;
a fixation step of heating the current collector on which the raw material has been applied to fix it as an electrode mixture layer;
A method for manufacturing an electrode comprising the steps of:
前記塗布工程では、前記原料に溶媒を加えない、請求項6に記載の電極の製造方法。 The electrode manufacturing method described in claim 6, wherein no solvent is added to the raw material during the coating process. 前記塗布工程では、静電場の強度が1kV/cm以上10kV/cm以下の範囲で前記原料を塗布する、請求項6に記載の電極の製造方法。 The method for manufacturing an electrode according to claim 6 , wherein in the coating step, the raw material is coated at an electrostatic field strength in the range of 1 kV/cm to 10 kV/cm. 前記塗布工程では、静電場の強度が2kV/cm以上4kV/cm以下の範囲で前記原料を塗布する、請求項6に記載の電極の製造方法。 The method for manufacturing an electrode according to claim 6 , wherein in the coating step, the raw material is coated at an electrostatic field strength in the range of 2 kV/cm to 4 kV/cm.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185133A (en) 1999-12-22 2001-07-06 Sanyo Electric Co Ltd Hydrogen absorbing alloy electrode
JP2002110250A (en) 2000-09-27 2002-04-12 At Battery:Kk Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2013122883A (en) 2011-12-12 2013-06-20 Toyota Industries Corp Electrode, method and apparatus for manufacturing the same, electricity storage device including electrode, and vehicle including electricity storage device
JP2016040754A (en) 2014-08-12 2016-03-24 株式会社豊田自動織機 Coating device for active material slurry
JP2018049837A (en) 2014-03-28 2018-03-29 帝人株式会社 Electrode mixture layer for non-aqueous electrolyte secondary battery containing fibrous carbon, electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery including the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185133A (en) 1999-12-22 2001-07-06 Sanyo Electric Co Ltd Hydrogen absorbing alloy electrode
JP2002110250A (en) 2000-09-27 2002-04-12 At Battery:Kk Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2013122883A (en) 2011-12-12 2013-06-20 Toyota Industries Corp Electrode, method and apparatus for manufacturing the same, electricity storage device including electrode, and vehicle including electricity storage device
JP2018049837A (en) 2014-03-28 2018-03-29 帝人株式会社 Electrode mixture layer for non-aqueous electrolyte secondary battery containing fibrous carbon, electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery including the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2016040754A (en) 2014-08-12 2016-03-24 株式会社豊田自動織機 Coating device for active material slurry

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