JP7800121B2 - Method for producing resin composition for secondary battery electrodes - Google Patents
Method for producing resin composition for secondary battery electrodesInfo
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Description
本発明は、二次電池用樹脂組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a resin composition for secondary batteries.
リチウムイオン二次電池は、電気自動車及び携帯機器等のバッテリーとして広く用いられている。電気自動車及び携帯機器等の高性能化に伴い、リチウムイオン二次電池には、高容量、高出力、及び小型軽量化といった要求が年々高まっている。 Lithium-ion secondary batteries are widely used as batteries for electric vehicles, portable devices, and other devices. As the performance of electric vehicles and portable devices improves, demand for lithium-ion secondary batteries with higher capacity, higher output, and smaller size and lighter weight is increasing year by year.
リチウムイオン二次電池の電極は、リチウムイオンを含む正極活物質と導電材と結着材などからなる電極合材を金属箔の集電体の表面に固着させた正極、及び、リチウムイオンの脱挿入可能な負極活物質と導電材と結着材などからなる電極合材を金属箔の集電体の表面に固着させた負極が使用されている。
リチウムイオン二次電池の容量は、主材料である正極活物質及び負極活物質に依存し、電極膜内の電極活物質の充填量を増加すれば、容量を増加させることができる。従って、導電性や、結着性を担保しつつも、活物質を高充填化することにより、電池を高容量化する試みがなされている。
The electrodes of a lithium-ion secondary battery are a positive electrode in which an electrode mixture consisting of a positive electrode active material containing lithium ions, a conductive material, a binder, etc. is fixed to the surface of a metal foil current collector, and a negative electrode in which an electrode mixture consisting of a negative electrode active material into which lithium ions can be inserted and removed, a conductive material, a binder, etc. is fixed to the surface of a metal foil current collector.
The capacity of a lithium-ion secondary battery depends on the cathode and anode active materials, which are the main materials, and the capacity can be increased by increasing the amount of electrode active material packed in the electrode film. Therefore, attempts have been made to increase the capacity of batteries by increasing the packing density of the active material while maintaining electrical conductivity and binding properties.
一方で、リチウムイオン二次電池においては、金属成分の負極上での還元・析出による電池性能劣化や、短絡の発生による過剰発熱や発火等も重要な問題である。金属成分による性能劣化や短絡の要因としては、(1)製造工程に由来する金属不純物の混入(例えば、輸送用配管等に使用されるステンレス由来もの)や、導電材、樹脂(分散剤、結着材)等の原料由来の金属不純物の混入、また、(2)正極、集電体、電池容器等に含まれる金属イオンが電解液中へ溶出した後に、負極上で還元・析出することや、(3)正極の劣化により、正極活物質から金属イオンが溶出し、負極上で還元・析出すること、等が挙げられる。特に自動車用途など、電池の大型化を伴う用途においては、重大な事故になり得るため、より厳重に金属微粒子の混入を防ぐ、または排除する必要性が増していく。 On the other hand, lithium-ion secondary batteries also face serious problems, such as battery performance degradation due to the reduction and precipitation of metal components on the negative electrode, as well as excessive heat generation and fires due to short circuits. Causes of performance degradation and short circuits due to metal components include (1) the inclusion of metal impurities from the manufacturing process (e.g., those derived from stainless steel used in transportation piping) and from raw materials such as conductive materials and resins (dispersants and binders); (2) metal ions contained in the positive electrode, current collector, battery container, etc., leaching into the electrolyte and then being reduced and precipitated on the negative electrode; and (3) metal ions leaching from the positive electrode active material due to positive electrode deterioration, which are then reduced and precipitated on the negative electrode. This can lead to serious accidents, particularly in applications involving larger batteries, such as automotive applications, so there is an increasing need to strictly prevent or eliminate the inclusion of metal particles.
特許文献1では、目的は異なるが、磁力により、二次電池用樹脂組成物中の粒子状金属成分を除去する方法が提案されている。しかしながら、この発明方法によれば、鉄のような磁性を有する金属に関しては、混入しても磁力により回収が可能である一方で、銅のような磁性を有しない金属に関しては、混入後の除去が難しいという問題がある。 Patent Document 1 proposes a method for removing particulate metal components from resin compositions for secondary batteries using magnetic force, although the purpose is different. However, while this method makes it possible to recover magnetic metals such as iron even if they are mixed in, it is problematic in that non-magnetic metals such as copper are difficult to remove after being mixed in.
銅のような磁性を有しない金属不純物が混入したとき、その金属イオンの電解液への溶出、そして負極への異物析出を抑制するため、様々な添加剤が検討されている。特許文献2では、アルカリ電池の正極合剤にEDTAなどのキレート剤を配合したアルカリ電池を提案している。この発明では、正極合材に対し、キレート剤を添加することにより、正極合材中の金属不純物である銅がイオン化した場合であっても、銅イオンを錯体化することで溶出を防止する試みがなされている。しかしながら、電解液を通じてキレート剤が拡散し、イオン化した活物質をキレート形成により捕捉するため、活物質の容量低下と、それに伴う放電容量が低下などの問題があり、この発明では不十分である。 When non-magnetic metal impurities such as copper are present, various additives have been investigated to prevent the elution of metal ions into the electrolyte and the deposition of foreign matter on the negative electrode. Patent Document 2 proposes an alkaline battery in which a chelating agent such as EDTA is blended into the positive electrode mixture. This invention attempts to prevent elution by adding a chelating agent to the positive electrode mixture, even if the copper, a metal impurity in the positive electrode mixture, is ionized, by complexing the copper ions. However, because the chelating agent diffuses through the electrolyte and captures the ionized active material by forming a chelate, problems arise such as a decrease in the capacity of the active material and an accompanying decrease in discharge capacity, making this invention insufficient.
以上の状況を鑑み、本発明では、銅などの金属異物が混入しても短絡等により電池性能が低下せず、優れた電池特性を達成することができる二次電池用樹脂組成物を製造することが課題である。 In light of the above, the objective of the present invention is to produce a resin composition for secondary batteries that can achieve excellent battery characteristics without degrading battery performance due to short circuits or the like even when metallic foreign matter such as copper is mixed in.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、二次電池用樹脂組成物中の金属異物を酸化することで、金属異物が混入しても短絡等による性能低下しない電池性能に優れた電池を実現できることを見出し、本発明をなすに至ったものである。 As a result of extensive research to solve the above-mentioned problems, the inventors discovered that by oxidizing metallic foreign matter in a resin composition for secondary batteries, it is possible to realize a battery with excellent battery performance that does not suffer from performance degradation due to short circuits or the like even when metallic foreign matter is mixed in, leading to the creation of the present invention.
本発明は、重合体と分散媒とを含む二次電池用樹脂組成物の製造方法であって、
該二次電池用樹脂組成物中に含まれる金属成分を酸化する工程を含む二次電池用樹脂組成物の製造方法に関する。
The present invention provides a method for producing a resin composition for a secondary battery, comprising:
The present invention relates to a method for producing a resin composition for a secondary battery, which comprises a step of oxidizing a metal component contained in the resin composition for a secondary battery.
本発明は、前記金属成分を酸化する工程が、前記二次電池用樹脂組成物に酸素ガスを接触させる工程である前記二次電池用樹脂組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a resin composition for secondary batteries, in which the step of oxidizing the metal component is a step of contacting the resin composition for secondary batteries with oxygen gas.
本発明は、前記酸素ガスの吹き込み流量が、前記二次電池用樹脂組成物1m3あたり、20NL/h以上である前記二次電池用樹脂組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to the method for producing a resin composition for a secondary battery, wherein the flow rate of the oxygen gas blown in is 20 NL/h or more per 1 m 3 of the resin composition for a secondary battery.
本発明は、さらに導電材を含む、前記二次電池用樹脂組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing the resin composition for secondary batteries, which further contains a conductive material.
本発明は、さらに無機酸及び/又は無機塩基を含む、前記二次電池用樹脂組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing the resin composition for secondary batteries, which further contains an inorganic acid and/or an inorganic base.
本発明は、前記製造方法により得られた二次電池用樹脂組成物と電極活物質とを含有する二次電池電極用スラリー組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a slurry composition for secondary battery electrodes, which contains a resin composition for secondary batteries obtained by the above-mentioned production method and an electrode active material.
本発明は、前記製造方法により得られた二次電池電極用スラリー組成物を塗工する電極膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an electrode film by applying a slurry composition for secondary battery electrodes obtained by the above-mentioned production method.
本発明は、前記製造方法により得られた電極膜を電極基材上に形成する電池用電極の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a battery electrode, in which the electrode film obtained by the above manufacturing method is formed on an electrode substrate.
本発明は、前記製造方法により得られた電池用電極を用いたリチウムイオン二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a lithium-ion secondary battery using a battery electrode obtained by the above-mentioned manufacturing method.
本発明によれば、銅などの金属異物が混入しても短絡等により電池性能が低下せず、優れた電池特性を達成することができる二次電池用樹脂組成物を提供することができる。 The present invention provides a resin composition for secondary batteries that can achieve excellent battery characteristics without degrading battery performance due to short circuits or the like even when metallic foreign matter such as copper is mixed in.
以下、本発明の詳細を説明する。尚、本明細書では、「N-メチル-2-ピロリドン」を「NMP」、「正極活物質または負極活物質」を「電極活物質」または「活物質」、「活物質及び樹脂を含む電池用組成物」を「電池用合材スラリー」、「合材スラリー」または「合材組成物」と略記することがある。 The present invention will be described in detail below. In this specification, "N-methyl-2-pyrrolidone" may be abbreviated as "NMP," "positive electrode active material or negative electrode active material" may be abbreviated as "electrode active material" or "active material," and "battery composition containing active material and resin" may be abbreviated as "battery composite slurry," "composite slurry," or "composite composition."
<二次電池用樹脂組成物>
本発明における二次電池用樹脂組成物は、重合体と分散媒(溶媒)とを含有する。すなわち、二次電池用樹脂組成物は、重合体と、分散媒(溶媒)とを少なくとも含有し、導電材、塩基、酸等の二次電池電極に配合され得る任意の成分を更に含有してもよい。
<Resin composition for secondary batteries>
The resin composition for a secondary battery in the present invention contains a polymer and a dispersion medium (solvent). That is, the resin composition for a secondary battery contains at least a polymer and a dispersion medium (solvent), and may further contain any component that can be blended into a secondary battery electrode, such as a conductive material, a base, or an acid.
<重合体>
本発明における重合体については特に制限はなく、市販品、合成品に関わらず、単独もしくは2種類以上併せて使用することができる。重合体は主に、導電材や電極活物質を好適に分散処理するための分散剤として含まれることが好ましい。
特に限定されるものではないが、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶剤中で好適に機能する重合体としては、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセタールやポリビニルアルコール、水素化ニトリルゴム、を用いることができる。また、水中で好適に機能する重合体としては、カルボキシメチルセルロース、アクリル酸等を用いることができる。
<Polymer>
The polymer in the present invention is not particularly limited, and may be a commercially available product or a synthetic product, and may be used alone or in combination of two or more kinds. The polymer is preferably contained mainly as a dispersant for suitably dispersing the conductive material or electrode active material.
Although not particularly limited, examples of polymers that function favorably in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solvent include polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetal, polyvinyl alcohol, and hydrogenated nitrile rubber. Examples of polymers that function favorably in water include carboxymethyl cellulose and acrylic acid.
重合体を使用して炭素系導電材を分散処理する場合、炭素系導電材に対し、十分な量の重合体を添加することによって、分散媒(溶媒)中に均質に分散させることが可能となる。二次電池用樹脂組成物中に含まれる炭素系導電材の量を100質量%としたとき、炭素系導電材の分散処理に用いる重合体の合計量は、1質量%以上200質量%以下であることが好ましい。この量比で重合体を配合することで、二次電池用樹脂組成物として良好な導電性を発現させることが可能となる。重合体は、非導電性成分であり、リチウムイオン二次電池での使用を考えた場合、電気化学的な安定性や非水電解液に対する耐性が低いことが一般的である。そのため、重合体の配合比が200質量%以上の場合、初期の特性は良好だったとしても、経時で特性が劣化する場合がある。重合体の配合比は、炭素系導電材を好適に分散することができる範囲内で、できるだけ少量であることが望ましい。 When dispersing a carbon-based conductive material using a polymer, adding a sufficient amount of polymer to the carbon-based conductive material enables it to be uniformly dispersed in the dispersion medium (solvent). When the amount of carbon-based conductive material contained in the resin composition for secondary batteries is taken as 100% by mass, the total amount of polymer used to disperse the carbon-based conductive material is preferably 1% by mass or more and 200% by mass or less. Blending polymers at this ratio enables the resin composition for secondary batteries to exhibit good conductivity. Polymers are non-conductive components, and when considering their use in lithium-ion secondary batteries, they generally have low electrochemical stability and low resistance to non-aqueous electrolytes. Therefore, if the blending ratio of polymer is 200% by mass or more, even if initial properties are good, these properties may deteriorate over time. It is desirable to blend the polymer in as small an amount as possible within the range that allows for favorable dispersion of the carbon-based conductive material.
二次電池用樹脂組成物に含まれる重合体の含有量は、二次電池用樹脂組成物の質量を基準として(二次電池用樹脂組成物の質量を100質量%として)、0.05質量%以上が好ましく、0.1質量%以上がより好ましい。また、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましい。二次電池用樹脂組成物に含まれる重合体の含有量を上記範囲にすることで、沈降やゲル化を防止でき、貯蔵安定性の観点から有用である。また、重合体の含有量は、分散媒への親和性や導電材の分散処理工程の作業性等を考慮して、適当な粘性を示す二次電池用樹脂組成物が得られるよう適宜調整することが好ましい。 The content of the polymer contained in the resin composition for secondary batteries is preferably 0.05% by mass or more, and more preferably 0.1% by mass or more, based on the mass of the resin composition for secondary batteries (the mass of the resin composition for secondary batteries being 100% by mass). It is also preferably 30% by mass or less, and more preferably 20% by mass or less. By keeping the content of the polymer contained in the resin composition for secondary batteries within the above range, sedimentation and gelation can be prevented, which is useful from the perspective of storage stability. It is also preferable to appropriately adjust the content of the polymer so as to obtain a resin composition for secondary batteries that exhibits appropriate viscosity, taking into account factors such as affinity to the dispersion medium and the ease of use in the dispersion treatment process for the conductive material.
二次電池用樹脂組成物の粘度は、特に限定されないが、B形粘度計における60rpm時の粘度が5~10000mPa・sの範囲であることが好ましい。二次電池用樹脂組成物の粘度を上記範囲にすることで、製造における作業性が良好となる。また、製造ラインの閉塞等も防止することができる。 The viscosity of the resin composition for secondary batteries is not particularly limited, but it is preferable that the viscosity at 60 rpm using a Brookfield viscometer be in the range of 5 to 10,000 mPa·s. By keeping the viscosity of the resin composition for secondary batteries within this range, workability during production is improved. It also helps prevent blockages in the production line.
また、重合体は、上記した分散剤としての成分以外をさらに含んでいてもよく、主に結着剤として機能する成分が挙げられる。結着材とは、電極膜中において電極活物質、導電材等の物質間を結合することができる樹脂であり、例えば、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、ビニルアルコール、マレイン酸、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、アクリロニトリル、スチレン、ビニルブチラール、ビニルアセタール、ビニルピロリドン等を構造単位として含む重合体又は共重合体;ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、アクリル樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂;カルボキシメチルセルロースのようなセルロース樹脂;スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴムのようなゴム類;ポリアニリン、ポリアセチレンのような導電性樹脂等が挙げられる。また、これらの変性体、混合物、又は共重合体でもよい。これらの中でも、正極膜の結着材として使用する場合は、耐性面から分子内にフッ素原子を有する重合体又は共重合体、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、テトラフルオロエチレン等が好ましい。また、負極膜の結着材として使用する場合は、密着性が良好なスチレンブタジエンゴム、ポリアクリル酸等が好ましい。 The polymer may also contain components other than the dispersant components described above, primarily components that function as binders. Binders are resins that can bond together substances such as electrode active materials and conductive materials in the electrode film. Examples include polymers or copolymers containing structural units such as ethylene, propylene, vinyl chloride, vinyl acetate, vinyl alcohol, maleic acid, acrylic acid, acrylic acid esters, methacrylic acid, methacrylic acid esters, acrylonitrile, styrene, vinyl butyral, vinyl acetal, and vinyl pyrrolidone; resins such as polyurethane resins, polyester resins, phenolic resins, epoxy resins, phenoxy resins, urea resins, melamine resins, alkyd resins, acrylic resins, formaldehyde resins, silicone resins, and fluororesins; cellulose resins such as carboxymethyl cellulose; rubbers such as styrene-butadiene rubber and fluororubber; and conductive resins such as polyaniline and polyacetylene. Modified versions, mixtures, or copolymers of these materials are also acceptable. Among these, when used as a binder for a positive electrode film, polymers or copolymers containing fluorine atoms in the molecule, such as polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, and tetrafluoroethylene, are preferred in terms of durability. When used as a binder for a negative electrode film, styrene butadiene rubber and polyacrylic acid, which have good adhesion, are preferred.
結着材の重量平均分子量は、10,000~2,000,000が好ましく、100,000~1,000,000がより好ましく、200,000~1,000,000が更に好ましい。 The weight-average molecular weight of the binder is preferably 10,000 to 2,000,000, more preferably 100,000 to 1,000,000, and even more preferably 200,000 to 1,000,000.
<分散媒(溶媒)>
本発明における分散媒(溶媒)は、特に限定されないが、例えば、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類、水等が挙げられる。また、これらの二種以上からなる混合溶媒を用いても良い。中でも、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)や水はリチウムイオン二次電池の電極製造に用いられていることが多い。
<Dispersion medium (solvent)>
The dispersion medium (solvent) in the present invention is not particularly limited, but examples thereof include alcohols, glycols, cellosolves, aminoalcohols, amines, ketones, carboxylic acid amides, phosphoric acid amides, sulfoxides, carboxylic acid esters, phosphoric acid esters, ethers, nitriles, and water. A mixed solvent consisting of two or more of these may also be used. Among these, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and water are often used in the production of electrodes for lithium-ion secondary batteries.
<金属成分(金属異物)>
本発明における金属成分(金属異物)について説明する。金属成分の存在状態としては特に限定されず、金属やその酸化物、真鍮や青銅のような合金であっても良い。代表的な金属成分として銅が挙げられる。また、金属成分の混入経路も特に限定されない。例えば、二次電池用樹脂組成物を構成する原料(導電材や重合体)由来の混入、仕込みや混合等の組成物調製工程での混入が挙げられる。カーボンブラック及び、カーボンナノチューブ等の炭素系導電材には、それらの製造工程由来(製造設備や触媒として)の金属成分が多く含まれている場合がある。本発明は、二次電池用樹脂組成物の質量を基準にして、10ppb以上の金属成分を含む場合に好ましく適用できる。金属成分の含有量は、効果の差はあるが、如何なる量であっても本発明の効果を享受できる。
<Metallic components (metallic foreign matter)>
The metal component (metal foreign matter) in the present invention will be described. The state of the metal component is not particularly limited, and may be a metal, its oxide, or an alloy such as brass or bronze. A typical metal component is copper. The route of contamination of the metal component is also not particularly limited. Examples include contamination from raw materials (conductive materials or polymers) constituting the resin composition for secondary batteries, and contamination during the composition preparation process, such as charging or mixing. Carbon-based conductive materials such as carbon black and carbon nanotubes may contain large amounts of metal components derived from their manufacturing process (as manufacturing equipment or catalysts). The present invention is preferably applicable when the resin composition for secondary batteries contains 10 ppb or more of a metal component based on its mass. The effects of the present invention can be enjoyed regardless of the amount of metal component contained, although the effects vary.
<金属成分を酸化する工程>
本発明は二次電池用樹脂組成物に含まれる金属成分を酸化する工程を含む。金属成分を酸化する工程は特に限定されない。例えば、電気化学的な方法や、酸、塩基等の添加物による化学処理の方法等が挙げられる。中でも、酸素ガスを接触させる方法が好ましく、二次電池用樹脂組成物を攪拌しつつ、酸素ガスを吹き込み、気-液混合させる方法が好ましい。
<Step of oxidizing metal components>
The present invention includes a step of oxidizing a metal component contained in a resin composition for a secondary battery. The step of oxidizing the metal component is not particularly limited. Examples include electrochemical methods and chemical treatment methods using additives such as acids and bases. Among these, a method of contacting with oxygen gas is preferred, and a method of blowing oxygen gas into a resin composition for a secondary battery while stirring the resin composition to cause gas-liquid mixing is preferred.
二次電池用樹脂組成物を攪拌する方法は特に限定されないが、一般的には、ディスパー(攪拌羽根)等が用いられる。その形状としては、プロペラ型、タービン型など様々なタイプがあるが、二次電池用樹脂組成物を均質に攪拌できるものであれば、特に限定されない。攪拌速度は0.5m/s以上とすることが好ましく、撹拌羽根のサイズや回転数を適宜調整して決定する。攪拌速度が0.5m/s以上であると、二次電池用樹脂組成物と酸素ガスが十分に気-液混合できるため好ましい。攪拌速度の上限は特に限定されず、実操業のプロセスで許容される範囲内で適宜設定すればよい。二次電池用樹脂組成物と酸素ガスが十分に気-液混合されている条件とは、一意的に決定することはできないが、二次電池用樹脂組成物の粘度や生産スケール、タンク内容量に加え、撹拌羽根サイズや回転数、撹拌羽根の形状やタンク底面からの距離等を適宜調整し、ひいては、本発明の目的が達成されるように設定する。 While there are no particular limitations on the method for stirring the resin composition for secondary batteries, a disperser (stirring blade) or similar is typically used. Various types of stirrers, including propeller and turbine types, are available, provided they can uniformly stir the resin composition for secondary batteries. The stirring speed is preferably 0.5 m/s or higher, and is determined by appropriately adjusting the size and rotation speed of the stirring blade. A stirring speed of 0.5 m/s or higher is preferred because it ensures sufficient gas-liquid mixing of the resin composition for secondary batteries and oxygen gas. The upper limit of the stirring speed is not particularly limited and may be set appropriately within the range permitted by the actual operating process. The conditions for sufficient gas-liquid mixing of the resin composition for secondary batteries and oxygen gas cannot be uniquely determined, but they can be set by appropriately adjusting the viscosity of the resin composition for secondary batteries, production scale, and tank volume, as well as the size and rotation speed of the stirring blade, the shape of the stirring blade, and the distance from the tank bottom, so as to achieve the objectives of the present invention.
酸素(空気)ガスを吹き込む方法は特に限定されないが、例えば、図1~3に示したような製造ラインが考えられる。図1は、二次電池用樹脂組成物を内包するタンクの上部より酸素(空気)ガスを直接的に吹き込む場合を示している。図2は、タンクに、配管を介してスタティックミキサーが取り付けられ、タンク内の二次電池用樹脂組成物をポンプにて循環しつつ、酸素(空気)ガスを直接組成物中に吹き込む場合を示している。図3は、タンク内下部にバブラーを設置し、タンク内の二次電池用樹脂組成物に酸素(空気)ガスを直接組成物中に吹き込む場合を示している。ガス導入配管のサイズや長さ、口径等は二次電池用樹脂組成物の生産スケール、タンク内容量を加味し、本発明の目的が達成されるように設定すればよい。 The method for injecting oxygen (air) gas is not particularly limited, but production lines such as those shown in Figures 1 to 3 are possible. Figure 1 shows a case in which oxygen (air) gas is directly injected from the top of a tank containing a resin composition for secondary batteries. Figure 2 shows a case in which a static mixer is attached to the tank via piping, and oxygen (air) gas is directly injected into the resin composition for secondary batteries in the tank while the resin composition for secondary batteries in the tank is circulated by a pump. Figure 3 shows a case in which a bubbler is installed at the bottom of the tank, and oxygen (air) gas is directly injected into the resin composition for secondary batteries in the tank. The size, length, diameter, etc. of the gas inlet piping can be set so as to achieve the objectives of the present invention, taking into account the production scale of the resin composition for secondary batteries and the capacity of the tank.
スタティックミキサーとは、駆動手段を有さない静止型のミキサーであって、内部に6~10枚程度のエレメントと呼ばれるガイド(ジャマ板)が螺旋上に配置されており、内部を流れる流体がエレメントのねじれ面に沿って流れることにより乱流が発生し、酸素(空気)ガスが高速で分散されて小気泡化され、分散媒への分散・溶解を促進する。例えば、ノリタケカンパニーリミテド社より気-液混合タイプとして種々販売されており、配管径や循環ガス流量、スケール等に応じて選定し、使用することができる。 A static mixer is a stationary mixer with no driving means. It contains around 6 to 10 guides (baffle plates) called elements arranged in a spiral. The fluid flowing inside flows along the twisted surfaces of the elements, creating turbulence, which disperses oxygen (air) gas at high speed and breaks it into small bubbles, facilitating its dispersion and dissolution into the dispersion medium. For example, Noritake Company Limited sells a variety of gas-liquid mixing types, which can be selected and used depending on the pipe diameter, circulating gas flow rate, scale, etc.
本発明において、酸素ガスの吹き込み流量は、二次電池用樹脂組成物1m3あたりに20NL/hour(以後hと表記)以上が好ましい。好ましくは100NL/h以上、さらに好ましくは300NL/h以上である。酸素ガスの代替として圧縮空気を使用する場合は、空気中における酸素量の割合(約20%)から計算され、1m3あたりに100NL/h以上が好ましい。好ましい範囲としては、同様に、500NL/h以上、さらに好ましくは1500NL/h以上となる。 In the present invention, the flow rate of oxygen gas blown in is preferably 20 NL/hour (hereinafter referred to as "h") or more per 1 m3 of resin composition for secondary batteries. It is preferably 100 NL/h or more, and more preferably 300 NL/h or more. When compressed air is used as a substitute for oxygen gas, it is calculated from the proportion of oxygen in air (about 20%) and is preferably 100 NL/h or more per 1 m3 . Similarly, the preferred range is 500 NL/h or more, and more preferably 1500 NL/h or more.
NL(ノルマルリットル)とは、大気圧0.1013MPa(1気圧)、温度0℃、相対湿度0%の条件下で測定された学術的な気体の体積を表す。実使用(生産)条件下での体積を算出する場合は、理想気体の状態方程式より近似的に計算することが可能である。例えば、大気圧0.1013MPa(1気圧)、温度25℃における気体の体積は約1.080Lとなる。 NL (normal liter) refers to the academic volume of a gas measured under conditions of atmospheric pressure 0.1013 MPa (1 atmosphere), temperature 0°C, and relative humidity 0%. When calculating the volume under actual use (production) conditions, it is possible to make an approximate calculation using the ideal gas equation of state. For example, the volume of a gas at atmospheric pressure 0.1013 MPa (1 atmosphere) and temperature 25°C is approximately 1.080 L.
<導電材(炭素系導電材)>
二次電池用樹脂組成物は、導電材を更に含んでいてもよい。本発明における導電材は炭素系導電材である。炭素系導電材としては、導電性を有する炭素材料であれば特に限定されるものではないが、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバー、フラーレン等を単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。導電材は、後述する電極活物質とは異なる物質(材料)である。
<Conductive material (carbon-based conductive material)>
The resin composition for a secondary battery may further contain a conductive material. The conductive material in the present invention is a carbon-based conductive material. The carbon-based conductive material is not particularly limited as long as it is a carbon material having conductivity, and graphite, carbon black, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon fibers, fullerenes, etc. can be used alone or in combination of two or more types. The conductive material is a substance (material) different from the electrode active material described below.
カーボンブラックとしては、市販のアセチレンブラック、ファーネスブラック、中空カーボンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラックなど各種のものを用いることができる。また、カーボンブラックは、中性、酸性、塩基性のいずれでもよく、酸化処理されたカーボンブラックや、黒鉛化処理されたカーボンブラックを使用してもよい。 Various types of carbon black can be used, including commercially available acetylene black, furnace black, hollow carbon black, channel black, thermal black, and ketjen black. Furthermore, carbon black may be neutral, acidic, or basic, and oxidation-treated carbon black or graphitized carbon black may also be used.
カーボンナノチューブ(CNT)は、平面的なグラファイトを円筒状に巻いた形状、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブを含み、これらが混在してもよい。単層カーボンナノチューブは一層のグラファイトが巻かれた構造を有する。多層カーボンナノチューブは、二又は三以上の層のグラファイトが巻かれた構造を有する。また、カーボンナノチューブの側壁はグラファイト構造でなくともよい。また、例えば、アモルファス構造を有する側壁を備えるカーボンナノチューブも本明細書ではカーボンナノチューブである。 Carbon nanotubes (CNTs) include single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, and nanotubes in the form of planar graphite rolled into a cylinder, and these may be mixed. Single-walled carbon nanotubes have a structure in which one layer of graphite is rolled up. Multi-walled carbon nanotubes have a structure in which two or more layers of graphite are rolled up. Furthermore, the sidewalls of carbon nanotubes do not have to have a graphite structure. For example, carbon nanotubes with sidewalls having an amorphous structure are also considered carbon nanotubes in this specification.
カーボンナノチューブの形状は限定されない。かかる形状としては、針状、円筒チューブ状、魚骨状(フィッシュボーン又はカップ積層型)、トランプ状(プレートレット)及びコイル状を含む様々な形状が挙げられる。本実施形態においてカーボンナノチューブの形状は、中でも、針状、又は、円筒チューブ状であることが好ましい。カーボンナノチューブは、単独の形状、または2種以上の形状の組合せであってもよい。 The shape of the carbon nanotubes is not limited. Examples of such shapes include needles, cylindrical tubes, fishbone shapes (fishbone or cup stacked shapes), playing cards (platelets), and coil shapes. In this embodiment, the shape of the carbon nanotubes is preferably needles or cylindrical tubes. The carbon nanotubes may have a single shape or a combination of two or more shapes.
カーボンナノチューブの形態は、例えば、グラファイトウィスカー、フィラメンタスカーボン、グラファイトファイバー、極細炭素チューブ、カーボンチューブ、カーボンフィブリル、カーボンマイクロチューブ及びカーボンナノファイバー等が挙げられる。カーボンナノチューブは、これらの単独の形態又は二種以上を組み合わせられた形態を有していてもよい。 Examples of carbon nanotube forms include graphite whiskers, filamentous carbon, graphite fibers, ultrafine carbon tubes, carbon tubes, carbon fibrils, carbon microtubes, and carbon nanofibers. Carbon nanotubes may have any of these forms alone or a combination of two or more of them.
炭素系導電材の炭素純度は一般的なCHN元素分析により求めることができ、炭素系導電材中の炭素原子の含有率(質量%)で表される。炭素純度は、炭素系導電材の質量を基準として(炭素系導電材の質量を100質量%として)、90質量%以上が好ましく、95質量%以上がより好ましく、98質量%以上が更に好ましい。炭素純度を上記範囲にすることにより、二次電池に用いる際に不純物によってデンドライトが形成されショートが起こる等の不具合を防ぐことができる。 The carbon purity of the carbon-based conductive material can be determined by standard CHN elemental analysis and is expressed as the carbon atom content (mass %) in the carbon-based conductive material. Based on the mass of the carbon-based conductive material (taking the mass of the carbon-based conductive material as 100 mass %), the carbon purity is preferably 90 mass % or more, more preferably 95 mass % or more, and even more preferably 98 mass % or more. By keeping the carbon purity within the above range, problems such as the formation of dendrites due to impurities and short circuits can be prevented when the material is used in a secondary battery.
前記炭素系導電材中に含まれる金属量は、炭素系導電材100質量%に対して、10質量%未満が好ましく、5質量%未満がより好ましく、2質量%未満がさらに好ましい。特に、カーボンナノチューブに含まれる金属としては、カーボンナノチューブを合成する際に触媒として使用される金属や金属酸化物が挙げられる。具体的には、鉄、コバルト、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、シリカ、マンガンやモリブデン等の金属、金属酸化物やこれらの複合酸化物が挙げられる。 The amount of metal contained in the carbon-based conductive material is preferably less than 10% by mass, more preferably less than 5% by mass, and even more preferably less than 2% by mass, based on 100% by mass of the carbon-based conductive material. In particular, metals contained in carbon nanotubes include metals and metal oxides used as catalysts when synthesizing carbon nanotubes. Specific examples include metals such as iron, cobalt, nickel, aluminum, magnesium, silica, manganese, and molybdenum, as well as metal oxides and composite oxides of these.
また、前記炭素系導電材は、製造過程で使用される触媒のうち鉄金属元素を50ppm以下、より具体的には、20ppm以下の含有量で含んでもよい。このように、炭素系導電材内に残留する不純物としての鉄含有量を著しく減少させることで、電極内の副反応の恐れなしに、より優れた導電性を示すことができる。導電材内に残留する金属不純物の含有量は、高周波誘導結合プラズマ(inductively coupled plasma、ICP)を用いて分析することができる。また、前記炭素系導電材は、鉄金属元素を含まなくてもよい。 Furthermore, the carbon-based conductive material may contain 50 ppm or less, more specifically 20 ppm or less, of iron metal element in the catalyst used in the manufacturing process. By significantly reducing the iron content as an impurity remaining in the carbon-based conductive material in this way, superior conductivity can be exhibited without the risk of side reactions in the electrode. The content of metal impurities remaining in the conductive material can be analyzed using inductively coupled plasma (ICP). Furthermore, the carbon-based conductive material does not necessarily need to contain iron metal element.
炭素系導電材のBET比表面積は、20~1,000m2/gであることが好ましく、30~500m2/gであることがより好ましい。 The BET specific surface area of the carbonaceous conductive material is preferably 20 to 1,000 m 2 /g, and more preferably 30 to 500 m 2 /g.
二次電池用樹脂組成物に含まれる炭素系導電材の含有量は、二次電池用樹脂組成物の質量を基準として(二次電池用樹脂組成物の質量を100質量%として)、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましい。また、30質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましい。二次電池用樹脂組成物に含まれる導電材の含有量を上記範囲にすることで、沈降やゲル化を起こすことなく、導電材を良好に、かつ安定に存在させることができる。また、導電材の含有量は、導電材の比表面積や分散媒への親和性等を考慮して、適当な粘性を示す二次電池用樹脂組成物が得られるよう適宜調整することが好ましい。 The content of the carbon-based conductive material contained in the resin composition for secondary batteries is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more, based on the mass of the resin composition for secondary batteries (the mass of the resin composition for secondary batteries being 100% by mass). It is also preferably 30% by mass or less, and more preferably 25% by mass or less. By keeping the content of the conductive material contained in the resin composition for secondary batteries within the above range, the conductive material can be maintained in a good and stable state without sedimentation or gelation. It is also preferable to appropriately adjust the content of the conductive material so as to obtain a resin composition for secondary batteries that exhibits an appropriate viscosity, taking into account the specific surface area of the conductive material, its affinity for the dispersion medium, etc.
炭素系導電材の分散方法は特に限定されないが、ディスパー、ホモジナイザー、シルバーソンミキサー、ニーダー、2本ロールミル、3本ロールミル、ボールミル、横型サンドミル、縦型サンドミル、アニュラー型ビーズミル、アトライター、プラネタリーミキサー、又は高圧ホモジナイザー等の各種の分散手段を用いる方法が挙げられる。 The method for dispersing the carbon-based conductive material is not particularly limited, but examples include methods using various dispersing means such as a disperser, homogenizer, Silverson mixer, kneader, two-roll mill, three-roll mill, ball mill, horizontal sand mill, vertical sand mill, annular bead mill, attritor, planetary mixer, or high-pressure homogenizer.
<無機酸及び無機塩基>
二次電池用樹脂組成物は、無機酸及び/又は無機塩基を更に含んでいてもよい。本発明における無機酸としては、無機化合物による酸を指し、特に限定されないが、例えば、硝酸、リン酸、硫酸、ホウ酸などのオキソ酸や塩酸、シアン化水素酸、ヘキサフルオロリン酸などの水素酸が挙げられる。無機塩基としては、例えば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の、塩化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、タングステン酸塩、バナジウム酸塩、モリブデン酸塩、ニオブ酸塩、又はホウ酸塩;及び、水酸化アンモニウム等が挙げられる。なお、無機塩基が有する金属は、遷移金属であってもよい。
<Inorganic Acids and Inorganic Bases>
The resin composition for a secondary battery may further contain an inorganic acid and/or an inorganic base. The inorganic acid in the present invention refers to an acid derived from an inorganic compound, and is not particularly limited, but examples thereof include oxo acids such as nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, and boric acid, and hydroacids such as hydrochloric acid, hydrocyanic acid, and hexafluorophosphoric acid. Examples of inorganic bases include chlorides, hydroxides, carbonates, nitrates, sulfates, phosphates, tungstates, vanadates, molybdates, niobates, and borates of alkali metals or alkaline earth metals; and ammonium hydroxide. The metal contained in the inorganic base may be a transition metal.
無機酸及び無機塩基の使用量は、二次電池用樹脂組成物の質量を基準として0.001質量%以上であることが好ましく、0.005質量%以上であることがより好ましい。また、無機酸及び無機塩基の使用量は、二次電池用樹脂組成物の質量を基準として20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましい。 The amount of inorganic acid and inorganic base used is preferably 0.001% by mass or more, and more preferably 0.005% by mass or more, based on the mass of the resin composition for secondary batteries. Furthermore, the amount of inorganic acid and inorganic base used is preferably 20% by mass or less, and more preferably 15% by mass or less, based on the mass of the resin composition for secondary batteries.
<二次電池電極用スラリー組成物>
二次電池電極用スラリー組成物は、前記二次電池樹脂組成物と、電極活物質とを少なくとも含有する。更に換言すると、二次電池電極用スラリー組成物は、重合体と分散媒と、電極活物質とを少なくとも含有し、導電材、塩基、酸、結着材等の任意の成分を更に含有してもよい。本明細書において、「二次電池電極用スラリー組成物」を「合材スラリー」もしくは「電極膜用スラリー」という場合がある。
<Slurry composition for secondary battery electrode>
The slurry composition for a secondary battery electrode contains at least the secondary battery resin composition and an electrode active material. In other words, the slurry composition for a secondary battery electrode contains at least a polymer, a dispersion medium, and an electrode active material, and may further contain optional components such as a conductive material, a base, an acid, and a binder. In this specification, the "slurry composition for a secondary battery electrode" may also be referred to as a "composite slurry" or "slurry for an electrode film."
電極活物質とは、電池反応の基となる材料のことである。電極活物質は、起電力から正極活物質と負極活物質に分けられる。 Electrode active materials are materials that form the basis of battery reactions. Electrode active materials are divided into positive electrode active materials and negative electrode active materials based on their electromotive force.
正極活物質としては、特に限定はされないが、リチウムイオンを可逆的にドーピング又はインターカレーション可能な材料を用いることができる。例えば、金属酸化物、金属硫化物等の金属化合物等が挙げられる。具体的には、Fe、Co、Ni、Mn等の遷移金属の酸化物、リチウムとの複合酸化物、遷移金属硫化物等の無機化合物等が挙げられる。具体的には、MnO、V2O5、V6O13、TiO2等の遷移金属酸化物粉末;層状構造のニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、スピネル構造のマンガン酸リチウムなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物粉末;オリビン構造のリン酸化合物であるリン酸鉄リチウム系材料;TiS2、FeSなどの遷移金属硫化物粉末等が挙げられる。正極活物質は、少なくともNiを含有する物質であることが好ましい。正極活物質は、1種又は複数を組み合わせて使用することもできる。 The positive electrode active material is not particularly limited, but may be a material capable of reversibly doping or intercalating lithium ions. Examples include metal compounds such as metal oxides and metal sulfides. Specifically, examples include inorganic compounds such as oxides of transition metals such as Fe, Co, Ni, and Mn, composite oxides with lithium, and transition metal sulfides. Specifically, examples include transition metal oxide powders such as MnO, V 2 O 5 , V 6 O 13 , and TiO 2 ; composite oxide powders of lithium and transition metals such as layered lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, lithium manganate, and spinel-structured lithium manganate; lithium iron phosphate-based materials, which are phosphate compounds with an olivine structure; and transition metal sulfide powders such as TiS 2 and FeS. The positive electrode active material is preferably a material containing at least Ni. One or more positive electrode active materials can be used in combination.
負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的にドーピング又はインターカレーション可能な材料を用いることができる。例えば、金属Li、その合金であるスズ合金、シリコン合金、鉛合金等の合金系;LiXFe2O3、LiXFe3O4、LiXWO2(xは0<x<1の数である。)、チタン酸リチウム、バナジウム酸リチウム、ケイ素酸リチウム等の金属酸化物系;ポリアセチレン、ポリ-p-フェニレン等の導電性高分子系;高黒鉛化炭素材料等の人造黒鉛、天然黒鉛等の炭素質粉末;樹脂焼成炭素材料などの炭素系材料が挙げられる。負極活物質は、1種又は複数を組み合わせて使用することもできる。 The negative electrode active material may be a material capable of reversibly doping or intercalating lithium ions. Examples include alloys such as metal Li and its alloys, such as tin alloys, silicon alloys, and lead alloys; metal oxides such as LiXFe2O3 , LiXFe3O4 , and LiXWO2 (where x is a number in the range of 0<x< 1 ), lithium titanate, lithium vanadate, and lithium silicate; conductive polymers such as polyacetylene and poly-p-phenylene; carbonaceous powders such as artificial graphite and natural graphite, including highly graphitized carbon materials; and carbon materials such as resin-baked carbon materials. The negative electrode active material may be used alone or in combination.
二次電池電極用スラリー組成物中の重合体の含有量は、電極活物質の質量を基準として(電極活物質の質量を100質量%として)、0.01~10質量%であることが好ましく、0.05~5質量%であることがより好ましい。 The polymer content in the slurry composition for secondary battery electrodes is preferably 0.01 to 10 mass% and more preferably 0.05 to 5 mass% based on the mass of the electrode active material (the mass of the electrode active material being 100 mass%).
二次電池電極用スラリー組成物中の導電材の含有量は、電極活物質の質量を基準として(電極活物質の質量を100質量%として)、0.01~10質量%であることが好ましく、0.02~5質量%であることがより好ましく0.03~3質量%であることが更に好ましい。 The content of the conductive material in the slurry composition for secondary battery electrodes is preferably 0.01 to 10 mass%, more preferably 0.02 to 5 mass%, and even more preferably 0.03 to 3 mass%, based on the mass of the electrode active material (the mass of the electrode active material being 100 mass%).
二次電池電極用スラリー組成物が結着材を含有する場合、二次電池電極用スラリー組成物中の結着材の含有量は、電極活物質の質量を基準として(電極活物質の質量を100質量%として)、0.1~30質量%であることが好ましく、0.5~20質量%であることがより好ましく、1~10質量%であることが更に好ましい。 When the slurry composition for secondary battery electrodes contains a binder, the content of the binder in the slurry composition for secondary battery electrodes is preferably 0.1 to 30 mass%, more preferably 0.5 to 20 mass%, and even more preferably 1 to 10 mass%, based on the mass of the electrode active material (the mass of the electrode active material being 100 mass%).
本発明の二次電池電極用スラリー組成物中の固形分量は、二次電池電極用スラリー組成物の質量を基準として(二次電池電極用スラリー組成物の質量を100質量%として)、30~90質量%であることが好ましく、30~80質量%であることがより好ましく、40~75質量%であることが更に好ましい。 The solid content in the slurry composition for secondary battery electrodes of the present invention is preferably 30 to 90 mass%, more preferably 30 to 80 mass%, and even more preferably 40 to 75 mass%, based on the mass of the slurry composition for secondary battery electrodes (the mass of the slurry composition for secondary battery electrodes being 100 mass%).
二次電池電極用スラリー組成物は、従来公知の様々な方法で作製することができる。例えば、二次電池用樹脂組成物に電極活物質を添加して作製する方法(重合体は結着材としての機能も有するため、結着材を加えなくとも二次電池電極用スラリー組成物を得ることができる。);二次電池用樹脂組成物に結着材を添加した後、電極活物質を添加して作製する方法;二次電池用樹脂組成物に電極活物質を添加した後、結着材を添加して作製する方法などが挙げられる。 Slurry compositions for secondary battery electrodes can be prepared by a variety of conventional methods. Examples include a method in which an electrode active material is added to a resin composition for secondary batteries (since the polymer also functions as a binder, a slurry composition for secondary battery electrodes can be obtained without adding a binder); a method in which a binder is added to a resin composition for secondary batteries, and then an electrode active material is added; and a method in which an electrode active material is added to a resin composition for secondary batteries, and then a binder is added.
二次電池電極用スラリー組成物を作製する方法としては、二次電池用樹脂組成物に結着材を添加した後、電極活物質を更に加えて分散処理を行う方法が好ましい。分散に使用される分散装置は特に限定されない。炭素系導電材の分散方法の説明において挙げた分散手段を用いて、二次電池電極用スラリー組成物を得ることができる。また、二次電池用樹脂組成物に結着材を添加することなく、電極活物質を加えて分散処理を行ってもよい。 A preferred method for preparing a slurry composition for secondary battery electrodes is to add a binder to a resin composition for secondary batteries, then add an electrode active material and perform a dispersion treatment. The dispersion device used for dispersion is not particularly limited. The dispersion means mentioned in the description of the dispersion method for carbon-based conductive materials can be used to obtain a slurry composition for secondary battery electrodes. Alternatively, an electrode active material may be added to a resin composition for secondary batteries without adding a binder, and then a dispersion treatment may be performed.
<電極膜>
電極膜は、前記二次電池電極膜用スラリー組成物を用いて形成した膜を含み、更に、集電体を含んでもよい。例えば、電極膜は、集電体上に二次電池電極膜用スラリー組成物を塗工し、乾燥させることで得ることができ、集電体と膜とを含む。本明細書において、「二次電池電極膜用スラリー組成物を用いて形成した膜」を「電極合材層」という場合がある。
<Electrode film>
The electrode film includes a film formed using the slurry composition for a secondary battery electrode film, and may further include a current collector. For example, the electrode film can be obtained by applying the slurry composition for a secondary battery electrode film onto a current collector and drying it, and includes the current collector and a film. In this specification, the "film formed using the slurry composition for a secondary battery electrode film" may be referred to as an "electrode mixture layer."
電極膜の形成に用いられる集電体の材質及び形状は特に限定されず、各種二次電池にあったものを適宜選択することができる。例えば、集電体の材質としては、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、又はステンレス等の金属又は合金が挙げられる。また、形状としては、一般的には平板上の箔が用いられるが、表面を粗面化した集電体、穴あき箔状の集電体、又はメッシュ状の集電体も使用できる。 The material and shape of the current collector used to form the electrode film are not particularly limited, and can be selected appropriately to suit various types of secondary batteries. Examples of current collector materials include metals or alloys such as aluminum, copper, nickel, titanium, and stainless steel. Furthermore, while flat foil is generally used as the shape, current collectors with a roughened surface, perforated foil current collectors, and mesh-shaped current collectors can also be used.
集電体上に二次電池用電極スラリー組成物を塗工する方法としては、特に制限はなく公知の方法を用いることができる。具体的には、ダイコーティング法、ディップコーティング法、ロールコーティング法、ドクターコーティング法、ナイフコーティング法、スプレーコティング法、グラビアコーティング法、スクリーン印刷法又は静電塗装法等を挙げることができる。乾燥方法としては、放置乾燥、又は、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、若しくは遠赤外線加熱機等を用いる乾燥を挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。 The method for applying the secondary battery electrode slurry composition to the current collector is not particularly limited, and any known method can be used. Specific examples include die coating, dip coating, roll coating, doctor coating, knife coating, spray coating, gravure coating, screen printing, and electrostatic painting. Drying methods include, but are not limited to, leaving the composition to dry, or drying using a blower dryer, warm air dryer, infrared heater, or far-infrared heater.
塗工後に、平版プレス、カレンダーロール等による圧延処理を行ってもよい。形成された膜の厚みは、例えば、1μm以上500μm以下であり、好ましくは10μm以上300μm以下である。 After coating, a rolling process using a lithographic press, calendar roll, or the like may be performed. The thickness of the formed film is, for example, from 1 μm to 500 μm, and preferably from 10 μm to 300 μm.
<非水電解質二次電池>
非水電解質二次電池は、正極と、負極と、電解質とを含み、正極及び負極からなる群から選択される少なくとも1つが、前記電極膜を含む。
<Nonaqueous electrolyte secondary battery>
The nonaqueous electrolyte secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and at least one selected from the group consisting of the positive electrode and the negative electrode includes the electrode film.
正極としては、例えば、集電体上に正極活物質を含む二次電池用電極スラリー組成物を塗工し、乾燥させて作製した電極膜を使用することができる。 For example, an electrode film can be used as the positive electrode, which is prepared by applying an electrode slurry composition for secondary batteries containing a positive electrode active material onto a current collector and then drying it.
負極としては、例えば、集電体上に負極活物質を含む二次電池用電極スラリー組成物を塗工し、乾燥させて作製した電極膜を使用することができる。 For example, an electrode film can be used as the negative electrode, which is prepared by applying an electrode slurry composition for secondary batteries containing a negative electrode active material onto a current collector and then drying it.
電解質としては、イオンが移動可能な従来公知の様々なものを使用することができる。例えば、LiBF4、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、Li(CF3SO2)3C、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF2、LiSCN、又はLiBPh4(ただし、Phはフェニル基である)等リチウム塩を含むものが挙げられるが、これらに限定されない。電解質は非水系の溶媒に溶解して、電解液として使用することが好ましい。 The electrolyte may be any of various conventionally known electrolytes capable of transferring ions. Examples include, but are not limited to, lithium salts such as LiBF4, LiClO4, LiPF6, LiAsF6, LiSbF6, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, Li(CF3SO2)3C , LiI , LiBr , LiCl , LiAlCl , LiHF2 , LiSCN , or LiBPh4 (wherein Ph is a phenyl group). The electrolyte is preferably dissolved in a non-aqueous solvent and used as an electrolytic solution.
非水系の溶媒としては、特に限定はされないが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネート等のカーボネート類;γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、及びγ-オクタノイックラクトン等のラクトン類;テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラン、4-メチル-1,3-ジオキソラン、1,2-メトキシエタン、1,2-エトキシエタン、及び1,2-ジブトキシエタン等のグライム類;メチルフォルメート、メチルアセテート、及びメチルプロピオネート等のエステル類;ジメチルスルホキシド、及びスルホラン等のスルホキシド類;並びに、アセトニトリル等のニトリル類等が挙げられる。これらの溶媒は、それぞれ単独で使用してもよいが、2種以上を混合して使用してもよい。 Non-aqueous solvents include, but are not limited to, carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate; lactones such as gamma-butyrolactone, gamma-valerolactone, and gamma-octanoic lactone; glymes such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,2-methoxyethane, 1,2-ethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane; esters such as methyl formate, methyl acetate, and methyl propionate; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; and nitriles such as acetonitrile. These solvents may be used alone or in combination.
非水電解質二次電池は、セパレーターを含むことが好ましい。セパレーターとしては、例えば、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織布、ポリアミド不織布及びこれらに親水性処理を施した不織布が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries preferably include a separator. Examples of separators include, but are not limited to, polyethylene nonwoven fabric, polypropylene nonwoven fabric, polyamide nonwoven fabric, and nonwoven fabrics that have been hydrophilically treated.
本実施形態の非水電解質二次電池の構造は特に限定されないが、通常、正極及び負極と、必要に応じて設けられるセパレーターとを備え、ペーパー型、円筒型、ボタン型、積層型等、使用する目的に応じた種々の形状とすることができる。 The structure of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this embodiment is not particularly limited, but typically comprises a positive electrode, a negative electrode, and a separator, if necessary, and can be in a variety of shapes depending on the intended use, such as a paper type, a cylindrical type, a button type, or a laminated type.
以下に実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断らない限り、「部」は「質量部」、「%」は「質量%」を表す。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples. The present invention is not limited to the following examples, provided that the gist of the invention is not exceeded. Unless otherwise specified, "parts" means "parts by mass" and "%" means "% by mass."
<導電材>
・カーボンブラック:アセチレンブラック HS-100(デンカ社製)窒素吸着量からS-BET式で求めた比表面積39m2/g、以下「CB」と略記する。
・カーボンナノチューブ:多層カーボンナノチューブ 100T(Kumho Petrochemical社製)、繊維径10~15μm、以下「CNT」と略記する。
<Conductive material>
Carbon black: Acetylene black HS-100 (manufactured by Denka Co., Ltd.) with a specific surface area of 39 m 2 /g calculated from the nitrogen adsorption amount using the S-BET equation, hereinafter abbreviated as "CB".
Carbon nanotubes: Multi-walled carbon nanotubes 100T (manufactured by Kumho Petrochemical Co., Ltd.), fiber diameter 10 to 15 μm, hereinafter abbreviated as "CNT."
<重合体>
・ポリビニルピロリドン:K30(日本触媒社製)。以下、PVPと略記する。
・水添ニトリルゴム:Zpole(R) 2000L(日本ゼオン社製)。以下、HNBRと略記する。
・カルボキシメチルセルロース:サンローズ(R) 0F01MC(日本製紙社製)。以下、CMCと略記する。
<Polymer>
Polyvinylpyrrolidone: K30 (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.), hereinafter abbreviated as PVP.
Hydrogenated nitrile rubber: Zpole® 2000L (manufactured by Zeon Corporation), hereinafter abbreviated as HNBR.
Carboxymethyl cellulose: Sunrose (R) 0F01MC (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.), hereinafter abbreviated as CMC.
<無機酸及び無機塩基>
・水酸化ナトリウム、顆粒状(富士フィルム和光純薬社製)。以下、NaOHと略記する。
・塩酸(富士フィルム和光純薬社製)。以下、HClと略記する。
<Inorganic Acids and Inorganic Bases>
Sodium hydroxide, granular (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), hereinafter abbreviated as NaOH.
Hydrochloric acid (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Hereinafter abbreviated as HCl.
<結着材>
・ポリフッ化ビニリデン:KFポリマーW7300(クレハ社製)、重量平均分子量約100万。以下、PVDFと略記する。
・スチレンブタジエンラバー(以下、SBRと略記する)エマルション溶液:TRD2001(JSR株式会社製)、固形分48%
<Binder>
Polyvinylidene fluoride: KF Polymer W7300 (manufactured by Kureha Corporation), weight-average molecular weight of approximately 1,000,000. Hereinafter abbreviated as PVDF.
Styrene butadiene rubber (hereinafter abbreviated as SBR) emulsion solution: TRD2001 (manufactured by JSR Corporation), solid content 48%
<その他>
・銅粉末:富士フイルム和光純薬(株)、D50 75μm、純度99.9%
・酸化銅:キシダ化学(株)、D50 150μm(100mesh)
<Others>
Copper powder: Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., D50 75 μm, purity 99.9%
Copper oxide: Kishida Chemical Co., Ltd., D50 150 μm (100 mesh)
<電極活物質>
・LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2:正極活物質、ニッケルマンガンコバルト酸リチウム。電子顕微鏡で観察して求めた平均一次粒子径が5.5μm、窒素吸着量からS-BET式で求めた比表面積0.62m2/g、以下、「NCM」と略記する。
・人造黒鉛:負極活物質、CGB-20(日本黒鉛工業株式会社製)、平均粒子径12μm、以下、「黒鉛」と略記する。
<Electrode active material>
LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 : Positive electrode active material, lithium nickel manganese cobalt oxide. Average primary particle diameter determined by observation with an electron microscope was 5.5 μm, and specific surface area determined by the S-BET equation from the nitrogen adsorption amount was 0.62 m 2 /g. hereinafter abbreviated as “NCM.”
Artificial graphite: negative electrode active material, CGB-20 (manufactured by Nippon Graphite Industries Co., Ltd.), average particle size 12 μm, hereinafter abbreviated as "graphite".
<原料中の金属イオン・原子含有量測定方法>
実施例に使用する導電材、重合体及び結着材を、日本工業規格JIS K 0116;2014に従い酸分解法にて前処理し、ICP発光分析法にて鉄及び銅のイオン・原子の含有量測定を行った。これらを原料として使用することで組成物中に金属異物が混入することが考えられる。
・CB:鉄 0ppm(検出下限以下)、銅 0ppm(検出下限以下)
・CNT:鉄 9976ppm、銅 1.6ppm
・PVP:鉄 13ppm、銅 0ppm(検出下限以下)
・CMC:鉄 0.9ppm、銅 0ppm(検出下限以下)
・HNBR:鉄 28ppm、銅 0ppm(検出下限以下)
・PVDF:鉄 32ppm、銅 0.9ppm
<Method for measuring metal ion and atom content in raw materials>
The conductive material, polymer, and binder used in the examples were pretreated by acid decomposition in accordance with Japanese Industrial Standard JIS K 0116; 2014, and the contents of iron and copper ions and atoms were measured by ICP atomic emission spectrometry. It is thought that using these as raw materials may result in the inclusion of metal foreign matter in the composition.
CB: Iron 0 ppm (below detection limit), Copper 0 ppm (below detection limit)
CNT: Iron 9976 ppm, Copper 1.6 ppm
PVP: Iron 13 ppm, Copper 0 ppm (below detection limit)
CMC: Iron 0.9 ppm, Copper 0 ppm (below detection limit)
・HNBR: Iron 28 ppm, Copper 0 ppm (below detection limit)
PVDF: Iron 32 ppm, Copper 0.9 ppm
以下に、本発明の二次電池用樹脂組成物の製造ラインの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、タンク上部より酸素(空気)ガスを導入し、ディスパー攪拌により、タンク内の二次電池用樹脂組成物と酸素(空気)ガスを気-液混合する場合の製造ラインの一例を示している。
図2は、タンクに、配管を介してスタティックミキサーが取り付けられ、タンク内の二次電池用樹脂組成物をポンプにて循環しつつ、酸素(空気)ガスを直接組成物中に導入することで気-液混合する場合の製造ラインの一例を示している。
図3は、タンク内下部にバブラーを設置し、タンク内の二次電池用樹脂組成物に酸素(空気)ガスを直接組成物中に導入しつつ、ディスパー攪拌することで気-液混合する場合の製造ラインの一例を示している。
なお、各製造ラインを構成するタンク、配管等の構成部材のサイズは製造スケールに応じて調整して使用する。
Hereinafter, one embodiment of a production line for a resin composition for a secondary battery of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of a production line in which oxygen (air) gas is introduced from the top of a tank and the resin composition for secondary batteries and the oxygen (air) gas in the tank are mixed into a gas-liquid mixture by dispersing.
FIG. 2 shows an example of a production line in which a static mixer is attached to a tank via piping, and oxygen (air) gas is directly introduced into the composition while circulating the resin composition for a secondary battery in the tank with a pump, thereby performing gas-liquid mixing.
FIG. 3 shows an example of a production line in which a bubbler is installed at the bottom of a tank, and oxygen (air) gas is directly introduced into the resin composition for a secondary battery in the tank while being stirred with a disperser to mix the gas and liquid.
The sizes of the components such as tanks and pipes that make up each production line are adjusted according to the scale of production.
<二次電池用樹脂組成物の製造ライン(A)>
図1の二次電池用樹脂組成物の製造ライン(A)について、詳細に説明する。
製造ライン(A)は、1Aに示す二次電池用樹脂組成物を溶解/貯蔵/調製するためのタンクと、タンク内の二次電池用樹脂組成物を攪拌するためのディスパー(攪拌羽根)2Aを備えている。タンク上部からは、酸素(空気)ガス導入用の配管31Aが繋がれており、タンク内の二次電池用樹脂組成物を攪拌しながら、酸素(空気)ガスを導入することにより、気-液混合することが可能となる。
<Production line (A) of resin composition for secondary batteries>
The production line (A) for producing a resin composition for a secondary battery shown in FIG. 1 will be described in detail.
The production line (A) includes a tank for dissolving/storing/preparing the resin composition for secondary batteries shown in 1A, and a disper (stirring blade) 2A for stirring the resin composition for secondary batteries in the tank. A pipe 31A for introducing oxygen (air) gas is connected to the top of the tank, and by introducing oxygen (air) gas while stirring the resin composition for secondary batteries in the tank, gas-liquid mixing becomes possible.
<二次電池用樹脂組成物の製造ライン(B)>
図2の二次電池用樹脂組成物の製造ライン(B)について、詳細に説明する。
製造ライン(B)は、1Bに示す二次電池用樹脂組成物を溶解/貯蔵/調製するためのタンクと、タンク内の二次電池用樹脂組成物を攪拌するためのディスパー(攪拌羽根)2Bを備え、タンク下部からは、弁5を介して、配管31Bにつながっている。配管31Bは循環用ポンプ6に繋がれており、ポンプ出側配管32Bの先は酸素(空気)ガス導入口7を経て、スタティックミキサー8が取り付けられ、スタティックミキサー8の先の配管33Bは、タンク1Bの上部に繋がれている。これらにより、二次電池用樹脂組成物中に直接的に酸素(空気)ガスを導入しながら、循環・攪拌することで、気-液混合することが可能となる。
<Production line (B) of resin composition for secondary batteries>
The production line (B) for the resin composition for secondary batteries shown in FIG. 2 will be described in detail.
The production line (B) includes a tank for dissolving/storing/preparing the resin composition for secondary batteries shown in 1B, and a disper (stirring blade) 2B for stirring the resin composition for secondary batteries in the tank, and is connected from the bottom of the tank to a pipe 31B via a valve 5. The pipe 31B is connected to a circulation pump 6, and the end of the pump outlet pipe 32B is connected to an oxygen (air) gas inlet 7 and a static mixer 8, and the end of the static mixer 8 is connected to a pipe 33B at the top of the tank 1B. This allows oxygen (air) gas to be directly introduced into the resin composition for secondary batteries while circulating and stirring, thereby enabling gas-liquid mixing.
<二次電池用樹脂組成物の製造ライン(C)>
図3の二次電池用樹脂組成物の製造ライン(C)について、詳細に説明する。
製造ライン(C)は、1Cに示す二次電池用樹脂組成物を溶解/貯蔵/調製するためのタンクと、タンク内の二次電池用樹脂組成物を攪拌するためのディスパー(攪拌羽根)2Cを、また、タンク内下部にバブラーが備え付けられている。これらにより、二次電池用樹脂組成物中に直接的に酸素(空気)ガスをバブリング導入しながら、循環・攪拌することで、気-液混合することが可能となる。
<Production line (C) of resin composition for secondary battery>
The production line (C) for the resin composition for secondary batteries shown in FIG. 3 will be described in detail.
The production line (C) is equipped with a tank for dissolving/storing/preparing the resin composition for secondary batteries shown in 1C, a disper (stirring blade) 2C for stirring the resin composition for secondary batteries in the tank, and a bubbler at the bottom of the tank. These enable gas-liquid mixing by circulating and stirring while bubbling oxygen (air) gas directly into the resin composition for secondary batteries.
<二次電池用樹脂組成物中の金属不純物の酸化効果の評価>
二次電池用樹脂組成物への酸素(空気)ガス導入、気-液混合による酸化効果については、
(1)二次電池用樹脂組成物の磁着物量
(2)意図的に銅粉末を添加した二次電池用樹脂組成物のリニアスイープボルタンメトリー測定(以下、LSV測定)
(3)二次電池用樹脂組成物のろ過残渣を使用したLSV測定
により評価した。
(1)の評価では、二次電池用樹脂組成物を磁気フィルターによりろ過後、その磁着物を回収、秤量することで、組成物中の磁着物量を確認することができる。組成物中の磁性金属(鉄など)が酸化されていれば、磁性を失い、磁着物量が低減する。一方で、銅のように元々磁性を有さない金属には、その酸化の効果を確認することはできない。(2)の評価では、上述したような磁性を有さない金属の代表例である銅を、意図的に二次電池用樹脂組成物中に添加した場合に、添加した銅に対する酸化の効果を確認する。(3)の評価では、二次電池用樹脂組成物中の導電材や重合体、結着材由来の非磁性金属に対する酸化の効果を確認する。
<Evaluation of the Oxidation Effect of Metal Impurities in Resin Compositions for Secondary Batteries>
Regarding the oxidation effect of introducing oxygen (air) gas into the resin composition for secondary batteries and mixing the gas and liquid,
(1) Amount of magnetically attracted material in a resin composition for a secondary battery (2) Linear sweep voltammetry measurement (hereinafter referred to as LSV measurement) of a resin composition for a secondary battery to which copper powder has been intentionally added
(3) Evaluation was performed by LSV measurement using the filtration residue of the resin composition for secondary batteries.
In the evaluation of (1), the amount of magnetic material in the composition can be confirmed by filtering the resin composition for secondary batteries with a magnetic filter, recovering and weighing the magnetic material. If the magnetic metal (such as iron) in the composition is oxidized, it loses its magnetism, and the amount of magnetic material decreases. On the other hand, the effect of oxidation cannot be confirmed for metals that are not inherently magnetic, such as copper. In the evaluation of (2), when copper, a typical example of a metal that is not magnetic as described above, is intentionally added to the resin composition for secondary batteries, the effect of oxidation on the added copper is confirmed. In the evaluation of (3), the effect of oxidation on non-magnetic metals derived from conductive materials, polymers, and binders in the resin composition for secondary batteries is confirmed.
LSV測定とは、電極の電位を特定の範囲で掃引させ、それに応じて流れる反応電流を測定し電気化学的な各情報を解析する手法であり、この測定において、電流量より反応量を、傾きより反応速度をそれぞれ定量的に確認することができる。例えば、正極に銅が存在し、負極をリチウム箔としたときに、銅の酸化還元電位は、標準電極電位から考えると約3.4Vとなる。これは、約3.4V以上の電圧において銅の溶出反応に伴う電子移動が起こることを意味する。LSV測定での反応電流の立ち上がりは反応開始電位を表し、反応電流量と傾きは銅の溶出しやすさを表す。酸化により、銅粒子の表面が酸化銅に化学変化した場合は、銅イオンの溶出が抑制されるため、LSV測定での反応開始電位は高電圧側にシフトする。 LSV measurement is a technique in which the electrode potential is swept over a specific range, the corresponding reaction current is measured, and various electrochemical information is analyzed. This measurement allows quantitative confirmation of the reaction volume from the current amount, and the reaction rate from the slope. For example, when copper is present in the positive electrode and lithium foil is used as the negative electrode, the oxidation-reduction potential of copper is approximately 3.4 V based on the standard electrode potential. This means that electron transfer associated with the copper dissolution reaction occurs at voltages of approximately 3.4 V or higher. The rise of the reaction current in LSV measurement indicates the reaction onset potential, while the reaction current amount and slope indicate the ease of copper dissolution. If the surface of a copper particle is chemically converted to copper oxide due to oxidation, the dissolution of copper ions is suppressed, and the reaction onset potential in LSV measurement shifts to a higher voltage.
<(1)二次電池用樹脂組成物中の磁着物量の評価>
[実施例1]
製造ライン(A)により二次電池用樹脂組成物の製造を実施した。タンクへNMP540kgを投入し、ディスパーを攪拌しながら、タンク内NMPの温度が60℃となるよう加温した。その後、重合体として、PVP60kgを添加し、完全に溶解するまでディスパー攪拌を続け、濃度10%のPVP-NMP溶液を得た。
続いて、タンク上部の配管より、酸素を20%含むドライエアー(乾燥空気)を流量1500NL/h(酸素分として、300NL/h)にて導入しつつ、タンク内の10%PVP-NMP溶液を追加で8時間ディスパー攪拌し、気-液混合を行うことで、二次電池用樹脂組成物(組成物1)を得た。
得られた二次電池用樹脂組成物は、磁気フィルター(トックエンジニアリング製)を介し、室温、磁束密度12,000ガウスの条件で濾過を実施した。濾過後の磁気フィルターには若干量の磁性を有する粒状の金属片の付着が見られた。これらの金属片を回収し、重量を測定したところ、3.4mgであった。
<(1) Evaluation of the amount of magnetic particles in a resin composition for a secondary battery>
[Example 1]
A resin composition for a secondary battery was produced using production line (A). 540 kg of NMP was charged into a tank, and while stirring with a disperser, the NMP in the tank was heated to a temperature of 60°C. 60 kg of PVP was then added as a polymer, and stirring with a disperser was continued until the polymer was completely dissolved, yielding a 10% PVP-NMP solution.
Subsequently, dry air containing 20% oxygen was introduced from the piping at the top of the tank at a flow rate of 1500 NL/h (300 NL/h as oxygen content) while the 10% PVP-NMP solution in the tank was stirred with a disperser for an additional 8 hours to perform gas-liquid mixing, thereby obtaining a resin composition for a secondary battery (composition 1).
The obtained resin composition for secondary batteries was filtered through a magnetic filter (manufactured by Tok Engineering) at room temperature and a magnetic flux density of 12,000 gauss. After filtration, a small amount of magnetic granular metal particles was observed adhering to the magnetic filter. These metal particles were recovered and weighed to be 3.4 mg.
[実施例2~7]
重合体量、濃度、溶剤量、ドライエアー流量、タンク内温度を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして二次電池用樹脂組成物を製造した。その後、実施例1と同様にして磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収と重量測定を実施した。結果を表1に記載した。
[Examples 2 to 7]
Resin compositions for secondary batteries were produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of polymer, concentration, amount of solvent, dry air flow rate, and temperature inside the tank were changed as shown in Table 1. Thereafter, magnetic filtration was carried out in the same manner as in Example 1, and the magnetic deposits were recovered and weighed. The results are shown in Table 1.
[実施例8]
製造ライン(B)により二次電池用樹脂組成物の製造を実施した。タンクへNMP540kgを投入し、ディスパーを攪拌しながら、タンク内NMPの温度が60℃となるよう加温した。その後、重合体としてPVP60kgを添加し、完全に溶解するまでディスパー攪拌を続け、濃度10%のPVP-NMP溶液を得た。
続いて、タンク下部の弁を開き、循環ポンプを駆動させることにより、タンク、ポンプ、スタティックミキサー、タンク(戻り)の順に溶液を循環させ、さらに、酸素(空気)ガス導入口より、酸素を20%含むドライエアー(乾燥空気)を流量1500NL/h(酸素分として、300NL/h)にて導入した。導入したドライエアーは、溶液と共にフローし、スタティックミキサーにて気-液混合がなされた後、タンク内にてさらにディスパー攪拌による気-液混合がなされる。
上記の循環攪拌を8時間実施し、二次電池用樹脂組成物(組成物8)を得た。得られた二次電池用樹脂組成物は、磁気フィルターを介し、実施例1と同様にして、磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収と重量測定を実施したところ、1.6mgであった。結果を表1に記載した。
[Example 8]
A resin composition for a secondary battery was produced using production line (B). 540 kg of NMP was charged into a tank, and while stirring with a disperser, the NMP in the tank was heated to a temperature of 60°C. 60 kg of PVP was then added as a polymer, and stirring with a disperser was continued until it was completely dissolved, yielding a 10% PVP-NMP solution.
Next, the valve at the bottom of the tank was opened and the circulation pump was driven to circulate the solution through the tank, pump, static mixer, and tank (return) in that order, and then dry air containing 20% oxygen was introduced through the oxygen (air) gas inlet at a flow rate of 1500 NL/h (300 NL/h as oxygen content). The introduced dry air flows together with the solution, and after gas-liquid mixing is performed in the static mixer, gas-liquid mixing is further performed in the tank by disper stirring.
The above circulation stirring was carried out for 8 hours to obtain a resin composition for secondary batteries (composition 8). The obtained resin composition for secondary batteries was passed through a magnetic filter and subjected to magnetic filter filtration in the same manner as in Example 1. The magnetic deposits were recovered and weighed, which was 1.6 mg. The results are shown in Table 1.
[実施例9]
製造ライン(C)により二次電池用樹脂組成物の製造を実施した。タンクへNMP540kgを投入し、ディスパーを攪拌しながら、タンク内NMPの温度が60℃となるよう加温した。その後、重合体としてPVP60kgを添加し、完全に溶解するまでディスパー攪拌を続け、濃度10%のPVP-NMP溶液を得た。続いて、タンク内下部のバブラーより、酸素を20%含むドライエアー(乾燥空気)を流量1500NL/h(酸素分として、300NL/h)にて導入しつつ、さらに追加で8時間ディスパー攪拌し、気-液混合を行うことで、二次電池用樹脂組成物(組成物9)を得た。
得られた二次電池用樹脂組成物は、磁気フィルターを介し、実施例1と同様にして、磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収と重量測定を実施したところ、2.3mgであった。結果を表1に記載した。
[Example 9]
A resin composition for secondary batteries was produced using production line (C). 540 kg of NMP was added to a tank, and while stirring with a disperser, the temperature of the NMP in the tank was heated to 60 ° C. Thereafter, 60 kg of PVP was added as a polymer, and stirring with a disperser was continued until completely dissolved, resulting in a 10% PVP-NMP solution. Subsequently, dry air containing 20% oxygen was introduced from a bubbler at the bottom of the tank at a flow rate of 1500 NL / h (oxygen content: 300 NL / h), while stirring with a disperser for an additional 8 hours, and gas-liquid mixing was performed to obtain a resin composition for secondary batteries (composition 9).
The obtained resin composition for a secondary battery was subjected to magnetic filter filtration in the same manner as in Example 1, and the magnetic deposit was recovered and weighed to be 2.3 mg. The results are shown in Table 1.
[実施例10]
重合体種をHNBRとした以外は、実施例9と同様にして二次電池用樹脂組成物(組成物10)を製造した。その後、実施例1と同様にして磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収と重量測定を実施したところ、3.1mgであった。結果を表1に記載した。
[Example 10]
A resin composition for a secondary battery (composition 10) was produced in the same manner as in Example 9, except that the polymer type was changed to HNBR. Thereafter, magnetic filtration was carried out in the same manner as in Example 1, and the magnetic deposit was recovered and weighed, yielding 3.1 mg. The results are shown in Table 1.
[実施例11]
重合体種をCMC、溶剤を水とし、重合体濃度を5%、タンク内温度を40℃に変更した以外は、実施例9と同様にして二次電池用樹脂組成物(組成物10)を製造した。その後、実施例1と同様にして磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収と重量測定を実施したところ、0.7mgであった。結果を表1に記載した。
[Example 11]
A resin composition for a secondary battery (composition 10) was produced in the same manner as in Example 9, except that the polymer type was changed to CMC, the solvent was changed to water, the polymer concentration was changed to 5%, and the temperature in the tank was changed to 40°C. Thereafter, magnetic filtration was carried out in the same manner as in Example 1, and the magnetic deposit was recovered and weighed, which was 0.7 mg. The results are shown in Table 1.
[比較例1~3]
酸素ガスの導入を実施しなかった以外は、表1の記載のとおり、二次電池用樹脂組成物を製造した。その後、磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収と重量測定を実施した。結果を表1に記載した。
[Comparative Examples 1 to 3]
Except for not introducing oxygen gas, a resin composition for a secondary battery was produced as described in Table 1. Thereafter, magnetic filtration was performed, and the magnetic deposits were recovered and weighed. The results are shown in Table 1.
[実施例12]
製造ライン(C)により二次電池用樹脂組成物の製造を実施した。タンクへNMP534kgを投入し、ディスパーを攪拌しながら、タンク内NMPの温度が60℃となるよう加温した。その後、重合体としてHNBR60kgを添加し、完全に溶解するまでディスパー攪拌を続け、濃度10%のHNBR-NMP溶液を得た。続いて、ディスパーを攪拌しながら、無機塩基としてNaOH6kgをゆっくりと加えた後、タンク内下部のバブラーより、酸素を20%含むドライエアー(乾燥空気)を流量1500NL/h(酸素分として、300NL/h)にて導入しつつ、さらに追加で8時間ディスパー攪拌し、気-液混合を行うことで、無機塩基を含む二次電池用樹脂組成物(組成物12)を得た。
得られた二次電池用樹脂組成物は、磁気フィルターを介し、実施例1と同様にして、磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収と重量測定を実施したところ、1.2mgであった。結果を表1に記載した。
[Example 12]
The production of a resin composition for secondary batteries was carried out using the production line (C). 534 kg of NMP was added to the tank, and while stirring with a disperser, the temperature of the NMP in the tank was heated to 60 ° C. Thereafter, 60 kg of HNBR was added as a polymer, and stirring with a disperser was continued until completely dissolved, resulting in a 10% concentration HNBR-NMP solution. Subsequently, while stirring with a disperser, 6 kg of NaOH was slowly added as an inorganic base, and then dry air containing 20% oxygen was introduced from the bubbler at the bottom of the tank at a flow rate of 1500 NL / h (oxygen content, 300 NL / h), and the mixture was stirred with a disperser for an additional 8 hours, resulting in gas-liquid mixing. A resin composition for secondary batteries (composition 12) containing an inorganic base was obtained.
The obtained resin composition for a secondary battery was subjected to magnetic filter filtration in the same manner as in Example 1, and the magnetic deposit was recovered and weighed to be 1.2 mg. The results are shown in Table 1.
[実施例13]
製造ライン(C)により二次電池用樹脂組成物の製造を実施した。タンクへ水558kgを投入し、ディスパーを攪拌しながら、タンク内の水の温度が40℃となるよう加温した。その後、重合体としてCMC30kgを添加し、完全に溶解するまでディスパー攪拌を続け、濃度5%のCMC水溶液を得た。続いて、ディスパーを攪拌しながら、無機酸としてHCl12kgをゆっくりと加えた後、タンク内下部のバブラーより、酸素を20%含むドライエアー(乾燥空気)を流量1500NL/h(酸素分として、300NL/h)にて導入しつつ、さらに追加で8時間ディスパー攪拌し、気-液混合を行うことで、無機酸を含む二次電池用樹脂組成物(組成物13)を得た。
得られた二次電池用樹脂組成物は、磁気フィルターを介し、実施例1と同様にして、磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収と重量測定を実施したところ、0.2mgであった。結果を表1に記載した。
[Example 13]
The production of a resin composition for secondary batteries was carried out using the production line (C). 558 kg of water was added to the tank, and while stirring with a disperser, the temperature of the water in the tank was heated to 40 ° C. Then, 30 kg of CMC was added as a polymer, and the disperser stirring was continued until completely dissolved, resulting in a 5% CMC aqueous solution. Next, while stirring with a disperser, 12 kg of HCl was slowly added as an inorganic acid, and then dry air containing 20% oxygen was introduced from the bubbler at the bottom of the tank at a flow rate of 1500 NL / h (oxygen content, 300 NL / h), and the disperser stirring was continued for an additional 8 hours, and gas-liquid mixing was performed to obtain a resin composition for secondary batteries (composition 13) containing an inorganic acid.
The obtained resin composition for a secondary battery was subjected to magnetic filter filtration in the same manner as in Example 1, and the magnetic deposit was recovered and weighed to be 0.2 mg. The results are shown in Table 1.
[比較例4、5]
酸素ガスの導入を実施しなかった以外は、表1の記載のとおり、無機酸もしくは無機塩基を含む二次電池用樹脂組成物を製造した。その後、磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収と重量測定を実施した。結果を表1に記載した。
[Comparative Examples 4 and 5]
A resin composition for a secondary battery containing an inorganic acid or an inorganic base was produced as shown in Table 1, except that oxygen gas was not introduced. Then, magnetic filtration was performed, and the magnetic deposits were recovered and weighed. The results are shown in Table 1.
[実施例14]
表2に示す組成に従い、ステンレス製タンクに、NMPを投入し、ディスパー撹拌しながら、PVPを追加することで溶解させ、所定の濃度に調整した。続いて、CNTをディスパー撹拌しながら添加していき、角穴ハイシアスクリーンを装着したハイシアミキサー(SILVERSON製)にてグラインドゲージでの粒度が250μm以下になるまでバッチ式分散処理を行った。次に、ステンレスタンクから、配管を介して高圧ホモジナイザー(スターバースト10、スギノマシン製)に被分散液を供給し、追加分散処理を行った。追加分散処理は、シングルノズルチャンバーを使用し、ノズル径0.25mm、圧力100MPaにて45回パス式分散処理を行い、導電材を含む二次電池用樹脂組成物(組成物12)60kgを得た。
得られた二次電池用樹脂組成物(組成物14)を、製造ライン(B)により、ドライエアー流量1500NL/h(酸素分として、300NL/h)にて8時間、温度40℃で気-液混合させた。最後に、磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収とその重量測定を実施したところ、15.3mgであった。
[Example 14]
According to the composition shown in Table 2, NMP was added to a stainless steel tank, and while stirring with a disperser, PVP was added to dissolve and adjusted to a predetermined concentration. Next, CNT was added while stirring with a disperser, and a batch dispersion process was performed using a high-shear mixer (manufactured by SILVERSON) equipped with a square-hole high-shear screen until the particle size on the grind gauge was 250 μm or less. Next, the dispersion liquid was supplied from the stainless steel tank to a high-pressure homogenizer (Starburst 10, manufactured by Sugino Machine) via piping, and additional dispersion processing was performed. The additional dispersion processing used a single nozzle chamber, and 45 passes were performed at a nozzle diameter of 0.25 mm and a pressure of 100 MPa to obtain 60 kg of a resin composition for secondary batteries (composition 12) containing a conductive material.
The obtained resin composition for a secondary battery (composition 14) was subjected to gas-liquid mixing on production line (B) at a dry air flow rate of 1500 NL/h (300 NL/h as oxygen content) for 8 hours at a temperature of 40° C. Finally, magnetic filter filtration was carried out, and the magnetic deposit was recovered and its weight was measured, which was 15.3 mg.
[実施例15]
表2に示す組成に従い、二次電池用樹脂組成物の製造を実施した。ステンレス製タンクに、イオン交換水を投入し、ディスパー撹拌しながら、CMCを追加することで溶解させ、所定の濃度に調整した。続いて、CBをディスパー撹拌しながら添加していき、角穴ハイシアスクリーンを装着したハイシアミキサー(SILVERSON製)にてグラインドゲージでの粒度が250μm以下になるまでバッチ式分散処理を行った。次に、ステンレスタンクから、配管を介して、直径1.00mmのジルコニアビーズを充填したビーズミル(ダイノーミルMULTI LAB、シンマルエンタープライゼス社製)に被分散液を供給し、追加分散処理を行った。追加分散処理は、被分散液のグラインドゲージでの粒度が20μm以下になるまで続け、粘度が低下し、十分な流動性を有すること確認した後に分散を終了し、導電材を含む二次電池用樹脂組成物(組成物15)60kgを得た。
た。
得られた導電材を含む二次電池用樹脂組成物(組成物15)は、製造ライン(B)により、ドライエアー流量1500NL/h(酸素分として、300NL/h)にて8時間、温度40℃で気-液混合を実施した。最後に、磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収とその重量測定を実施したところ、0.9mgであった。
[Example 15]
A resin composition for secondary batteries was produced according to the composition shown in Table 2. Ion-exchanged water was added to a stainless steel tank, and while stirring with a disperser, CMC was added to dissolve the mixture and adjusted to a predetermined concentration. Subsequently, CB was added while stirring with a disperser, and a batch dispersion process was performed using a high-shear mixer (manufactured by SILVERSON) equipped with a square-hole high-shear screen until the particle size measured on a grind gauge reached 250 μm or less. Next, the dispersion liquid was supplied from the stainless steel tank via piping to a bead mill (Dyno Mill MULTI LAB, manufactured by Shinmaru Enterprises) filled with 1.00 mm diameter zirconia beads, and additional dispersion processing was performed. The additional dispersion processing was continued until the particle size measured on a grind gauge of the dispersion liquid reached 20 μm or less. After the viscosity decreased and sufficient fluidity was confirmed, dispersion was terminated, and 60 kg of a resin composition for secondary batteries (composition 15) containing a conductive material was obtained.
Ta.
The obtained resin composition for a secondary battery containing a conductive material (composition 15) was subjected to gas-liquid mixing on production line (B) at a dry air flow rate of 1500 NL/h (300 NL/h as oxygen content) for 8 hours at a temperature of 40° C. Finally, magnetic filter filtration was carried out, and the magnetic deposit was recovered and its weight was measured, which was 0.9 mg.
[実施例16]
表2に示す組成に従い、二次電池用樹脂組成物の製造を実施した。ステンレス製タンクに、NMPを投入し、ディスパー撹拌しながら、PVPを追加することで溶解させ、所定の濃度に調整した。続いて、CBとPVDF(PVP:PVDFの質量比率は1:5)の粉末をディスパー撹拌しながら、同時に添加していき、角穴ハイシアスクリーンを装着したハイシアミキサー(SILVERSON製)にてグラインドゲージでの粒度が20μm以下になるまでバッチ式分散処理を行い、二次電池用樹脂組成物(組成物16)を得た。
得られた二次電池用樹脂組成物(組成物16)60kgは、製造ライン(B)により、ドライエアー流量1500NL/h(酸素分として、300NL/h)にて8時間、温度45℃で気-液混合を実施した。最後に、磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収とその重量測定を実施したところ、10.4mgであった。
[Example 16]
A resin composition for a secondary battery was produced according to the composition shown in Table 2. NMP was added to a stainless steel tank, and while stirring with a disperser, PVP was added to dissolve the mixture and adjusted to a predetermined concentration. Next, CB and PVDF powders (PVP:PVDF mass ratio 1:5) were simultaneously added while stirring with a disperser, and a batch dispersion process was performed using a high shear mixer (manufactured by SILVERSON) equipped with a square-hole high shear screen until the particle size measured on a grind gauge was 20 μm or less, thereby obtaining a resin composition for a secondary battery (composition 16).
60 kg of the obtained resin composition for a secondary battery (composition 16) was subjected to gas-liquid mixing on production line (B) at a dry air flow rate of 1500 NL/h (300 NL/h as oxygen content) for 8 hours at a temperature of 45° C. Finally, magnetic filter filtration was carried out, and the magnetic deposit was recovered and its weight was measured, which was 10.4 mg.
[比較例6]
ドライエアーの導入を実施しなかった以外は、実施例14と同様にして、二次電池用樹脂組成物を製造した。その後、磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収と重量測定を実施したところ、172mgであった。結果を表2に記載した。
[Comparative Example 6]
A resin composition for a secondary battery was produced in the same manner as in Example 14, except that dry air was not introduced. Then, magnetic filtration was performed, and the magnetic deposit was recovered and weighed, which was 172 mg. The results are shown in Table 2.
[比較例7]
ドライエアーの導入を実施しなかった以外は、実施例15と同様にして、二次電池用樹脂組成物を製造した。その後、磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収と重量測定を実施したところ、12.8mgであった。結果を表2に記載した。
[Comparative Example 7]
A resin composition for a secondary battery was produced in the same manner as in Example 15, except that dry air was not introduced. Then, magnetic filtration was performed, and the magnetic deposit was recovered and weighed, which was 12.8 mg. The results are shown in Table 2.
[比較例8]
ドライエアーの導入を実施しなかった以外は、実施例16と同様にして、二次電池用樹脂組成物を製造した。その後、磁気フィルター濾過を実施し、磁性付着物の回収と重量測定を実施したところ、90.2mgであった。結果を表2に記載した。
[Comparative Example 8]
A resin composition for a secondary battery was produced in the same manner as in Example 16, except that dry air was not introduced. Then, magnetic filtration was performed, and the magnetic deposit was recovered and weighed, which was 90.2 mg. The results are shown in Table 2.
表1の磁着物量の評価結果において、同一系における酸素(空気)ガス導入の有無による差異に着目すると(例えば、実施例1と比較例1や、実施例10と比較例2など)、酸素(空気)ガス導入により、大きく磁着物量が減少していることがわかる。これは、酸素(空気)ガスの導入により、系中の磁性金属成分が酸化され、磁気フィルターに反応しなくなったためであると推測される。酸化の効果に着目すると、実施例1と2の結果から、タンク内温度がより高く、また、実施例1と実施例5~7の結果より、酸素(空気)ガス導入量が多いほうが、酸化効果が高いことがわかる。また、実施例1及び実施例8、9の結果から、二次電池用樹脂組成物中に直接酸素(空気)ガスを導入することにより高い効果が得られることがわかる。これらは、溶剤種や重合体種、濃度に依存せず、大きな効果が得られている。無機酸及び無機塩基の効果に着目すると、実施例10と12の結果、また、実施例11と13の結果から、磁着物量が減少していることが確認できる。加えて、比較例4、5の結果を踏まえると、酸素(空気)ガスの導入をせず、単に無機酸及び無機塩基にて処理するだけではその効果は小さいことがわかる。
表2より、導電材や結着材を含む二次電池用樹脂組成物においても、同様の酸化効果が得られていることがわかる。
In the evaluation results of the amount of magnetically attracted material in Table 1, when focusing on the difference between the presence and absence of oxygen (air) gas introduction in the same system (for example, Example 1 and Comparative Example 1, or Example 10 and Comparative Example 2), it can be seen that the introduction of oxygen (air) gas significantly reduces the amount of magnetically attracted material. This is presumably because the introduction of oxygen (air) gas oxidizes the magnetic metal components in the system, making them unreactive to the magnetic filter. Focusing on the effect of oxidation, the results of Examples 1 and 2 show that a higher temperature in the tank and the results of Examples 1 and 5 to 7 show that a greater amount of oxygen (air) gas introduced results in a higher oxidation effect. Furthermore, the results of Examples 1, 8, and 9 show that high effects can be obtained by directly introducing oxygen (air) gas into the resin composition for secondary batteries. These significant effects are obtained regardless of the type of solvent, polymer type, or concentration. Focusing on the effects of inorganic acids and inorganic bases, the results of Examples 10 and 12 and the results of Examples 11 and 13 confirm that the amount of magnetically attracted material is reduced. In addition, taking into account the results of Comparative Examples 4 and 5, it is clear that the effect of simply treating with an inorganic acid and an inorganic base without introducing oxygen (air) gas is small.
From Table 2, it can be seen that the same oxidation effect is obtained even in the resin composition for a secondary battery containing a conductive material and a binder.
<(2)意図的に銅粉末を添加した二次電池用樹脂組成物のLSV測定>
[実施例17]
製造ライン(A)により二次電池用樹脂組成物の製造を実施した。タンクへNMPを投入し、ディスパーを攪拌しながら、タンク内NMPの温度が60℃となるよう加温した。その後、重合体として、PVPを添加し、完全に溶解するまでディスパー攪拌を続け、濃度10%のPVP-NMP溶液を得た。続いて、銅粉末を500ppmとなるように添加した後、タンク上部の配管より、酸素を20%含むドライエアー(乾燥空気)を流量1500NL/h(酸素分として、300NL/h)にて導入しつつ、タンク内の10%PVP-NMP溶液を追加で8時間ディスパー攪拌し、気-液混合を行うことで、銅粉末を含む二次電池用樹脂組成物(組成物17)を得た。
<(2) LSV Measurement of Resin Composition for Secondary Battery with Intentionally Added Copper Powder>
[Example 17]
A resin composition for secondary batteries was produced using production line (A). NMP was added to a tank, and while stirring with a disperser, the temperature of the NMP in the tank was heated to 60 ° C. Thereafter, PVP was added as a polymer, and stirring with a disperser was continued until completely dissolved, resulting in a 10% PVP-NMP solution. Subsequently, copper powder was added to a concentration of 500 ppm, and then dry air containing 20% oxygen was introduced from the piping at the top of the tank at a flow rate of 1500 NL / h (oxygen content: 300 NL / h), while the 10% PVP-NMP solution in the tank was stirred with a disperser for an additional 8 hours, and gas-liquid mixing was performed to obtain a resin composition for secondary batteries (composition 17) containing copper powder.
(実施例17で得られた二次電池用樹脂組成物のLSV測定)
まず、300mlのポリプロピレン製カップに銅粉末を500ppm含む二次電池用樹脂組成物(組成物17)12gを秤量し、次いで、NMP164gを加えた。角穴ハイシアスクリーンを装着したハイシアミキサー(SILVERSON製)により攪拌しながら、導電材としてCBを19.2g、PVDF4.8gを同時に添加し、グラインドゲージでの粒度が20μm以下になるまでバッチ式分散処理を行った。調製した導電性ペーストを厚さ20μmのアルミニウム箔にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧下120℃で加熱乾燥し、これを半径9mmに打ち抜き作用極とした。金属リチウム箔(厚さ0.15mm)を対極として、作用極及び対極の間に多孔質ポリプロピレンフィルムからなるセパレータ(厚さ20μm、空孔率50体積%)を挿入積層し、非水電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを容量比1:1で混合した混合溶媒にLiPF6を1Mの濃度で溶解させた非水電解液)を満たして二極密閉式金属セル(宝泉社製HSフラットセル)を組み立てた。セルの組み立ては、アルゴンガス置換したグローブボックス内で行った。
(LSV Measurement of Resin Composition for Secondary Battery Obtained in Example 17)
First, 12 g of a resin composition for secondary batteries (composition 17) containing 500 ppm copper powder was weighed into a 300 ml polypropylene cup, followed by 164 g of NMP. While stirring with a high-shear mixer (manufactured by Silverson) equipped with a square-hole high-shear screen, 19.2 g of CB and 4.8 g of PVDF were simultaneously added as conductive materials, and a batch dispersion process was performed until the particle size measured with a grind gauge reached 20 μm or less. The prepared conductive paste was applied to a 20 μm-thick aluminum foil using a doctor blade, then heated and dried at 120 ° C under reduced pressure. This was then punched out to a radius of 9 mm to form a working electrode. A metallic lithium foil (0.15 mm thick) was used as the counter electrode, and a separator (20 μm thick, 50% by volume porosity) made of a porous polypropylene film was inserted and laminated between the working electrode and the counter electrode, and a non-aqueous electrolyte (a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 M in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 1:1) was filled to assemble a bipolar sealed metal cell (Hosen HS Flat Cell). The cell was assembled in an argon gas-substituted glove box.
LSV測定は下記条件にて実施した。
・掃引開始電位;3.0V(vsLi/Li+)
・掃引終了電位;4.3V(vsLi/Li+)
・掃引速度;10mV/min.
・測定温度;25℃
銅の溶出しやすさの指標である銅の酸化還元開始電位は、電位掃引開始から、電流密度が20μA/cm2到達時点の電位とした。
上記条件にて構築した試験用電池を評価したところ、銅の酸化還元反応に由来する電流が測定されなかった。これは、添加した銅が酸素(空気)ガス導入により酸化されたためと考えられる。なお、CBに含まれる銅は本測定では検出されない。
The LSV measurement was carried out under the following conditions.
・Sweep start potential: 3.0V (vsLi/Li + )
Sweep end potential: 4.3 V (vs. Li/Li + )
・Sweep speed: 10mV/min.
・Measurement temperature: 25℃
The copper oxidation-reduction onset potential, which is an index of the ease of copper elution, was determined as the potential at which the current density reached 20 μA/cm 2 from the start of the potential sweep.
When the test battery constructed under the above conditions was evaluated, no current due to the copper oxidation-reduction reaction was measured. This is thought to be because the added copper was oxidized by the introduction of oxygen (air) gas. Note that copper contained in CB was not detected in this measurement.
[比較例9]
ドライエアーの導入を実施しなかった以外は、実施例17と同様にして、二次電池用樹脂組成物、次いで、試験用電池を構築し、LSV測定により評価を行ったところ、酸化還元電位は約3.4Vであり、また、電位掃引している間に短絡(ショート)が発生した。これは、正極側で電位掃引により銅粒子が溶出した後、負極側で還元生成したためと考えられる。
[Comparative Example 9]
A resin composition for a secondary battery and then a test battery were constructed in the same manner as in Example 17, except that dry air was not introduced. Evaluation was performed by LSV measurement, and the oxidation-reduction potential was found to be about 3.4 V. A short circuit occurred during potential sweep. This is thought to be due to copper particles eluting from the positive electrode side due to potential sweep and then being reduced and generated on the negative electrode side.
[製造例1]
銅に代わり、酸化銅を添加した以外は、実施例17と同様にして、二次電池用樹脂組成物、次いで、試験用電池を構築し、LSV測定により評価を行ったところ、銅の酸化還元反応に由来する電流が測定されなかった。この結果は、同じく銅の酸化還元反応に由来する電流が測定されなかった実施例17の結果と矛盾せず、銅が酸化されていれば、電流が測定されないことを示している。
[Production Example 1]
A resin composition for a secondary battery and then a test battery were constructed in the same manner as in Example 17, except that copper oxide was added instead of copper, and evaluation was performed by LSV measurement. No current derived from the oxidation-reduction reaction of copper was measured. This result is consistent with the result of Example 17, in which no current derived from the oxidation-reduction reaction of copper was measured, and indicates that if copper is oxidized, no current is measured.
<(3)二次電池用樹脂組成物のろ過残渣を使用したLSV測定>
[実施例18]
まず、表2に示した実施例14の組成に従い、ステンレス製タンクにNMPを投入し、ディスパー撹拌しながら、PVPを追加することで溶解させ、所定の濃度に調整した。続いて、CNTをディスパー撹拌しながら添加していき、角穴ハイシアスクリーンを装着したハイシアミキサー(SILVERSON製)にてグラインドゲージでの粒度が250μm以下になるまでバッチ式分散処理を行った。次に、ステンレスタンクから、配管を介して高圧ホモジナイザー(スターバースト10、スギノマシン製)に被分散液を供給し、追加分散処理を行った。追加分散処理は、シングルノズルチャンバーを使用し、ノズル径0.25mm、圧力100MPaにて45回パス式分散処理を行い、導電材を含む二次電池用樹脂組成物(組成物18)を得た。
得られた二次電池用樹脂組成物(組成物18)60kgを、製造ライン(B)により、ドライエアー流量1500NL/h(酸素分として、300NL/h)にて8時間、温度40℃で気-液混合させた。続いて、磁気フィルター濾過を実施し、磁性異物を除去した。続いて、NMPにより10倍に希釈した後、25μmメッシュで濾過することで、銅などの非磁性金属異物を含む残渣固形物を回収した。得られた残渣をNMP洗浄し40℃で減圧乾燥させ、銅などの非磁性金属異物を含む残渣固形物30mgを得た。得られた非磁性金属異物は、二次電池用樹脂組成物(組成物18)中のCNT及びPVP、製造ライン等を主要因として混入した非磁性の金属異物と推測される。
<(3) LSV Measurement Using Filtration Residue of Resin Composition for Secondary Battery>
[Example 18]
First, according to the composition of Example 14 shown in Table 2, NMP was charged into a stainless steel tank, and while stirring with a disperser, PVP was added to dissolve and adjust to a predetermined concentration. Next, CNT was added while stirring with a disperser, and a batch dispersion process was performed using a high-shear mixer (manufactured by Silverson) equipped with a square-hole high-shear screen until the particle size measured on a grind gauge reached 250 μm or less. Next, the dispersion liquid was supplied from the stainless steel tank to a high-pressure homogenizer (Starburst 10, manufactured by Sugino Machine) via piping, and an additional dispersion process was performed. The additional dispersion process used a single nozzle chamber, and 45 passes of dispersion process were performed at a nozzle diameter of 0.25 mm and a pressure of 100 MPa to obtain a resin composition for secondary batteries (composition 18) containing a conductive material.
60 kg of the obtained resin composition for secondary batteries (composition 18) was mixed with gas and liquid at a temperature of 40°C for 8 hours at a dry air flow rate of 1500 NL/h (oxygen content: 300 NL/h) on production line (B). Subsequently, magnetic filter filtration was performed to remove magnetic foreign matter. Subsequently, after diluting 10 times with NMP, the mixture was filtered through a 25 μm mesh to recover residual solids containing non-magnetic metal foreign matter such as copper. The resulting residue was washed with NMP and dried under reduced pressure at 40°C to obtain 30 mg of residual solids containing non-magnetic metal foreign matter such as copper. The obtained non-magnetic metal foreign matter is presumed to be non-magnetic metal foreign matter that was mixed into the resin composition for secondary batteries (composition 18) mainly due to the CNT and PVP in the resin composition, the production line, etc.
(実施例18で得られた二次電池用樹脂組成物のろ過残渣を使用したLSV測定)
導電材としてCB、PVDFをそれぞれ使用し、CB:PVDFが8:2となるように秤量し、これにさらに上述の非磁性金属を含む残渣固形物を対CBで1%の割合で加え、これらを溶媒NMPに分散させて導電ペーストを調製した。調製した導電ペーストを厚さ20μmのアルミニウム箔にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧下120℃で加熱乾燥し、これを半径9mmに打ち抜き作用極とした。金属リチウム箔(厚さ0.15mm)を対極として、作用極及び対極の間に多孔質ポリプロピレンフィルムからなるセパレータ(厚さ20μm、空孔率50体積%)を挿入積層し、非水電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを容量比1:1で混合した混合溶媒にLiPF6を1Mの濃度で溶解させた非水電解液)を満たして二極密閉式金属セル(宝泉社製HSフラットセル)を組み立てた。セルの組み立ては、アルゴンガス置換したグローブボックス内で行った。構築した試験用電池を実施例17と同様にLSV測定により評価したところ、銅の酸化還元反応に由来する電流が測定されなかった。これは、添加した残渣固形物が既に酸素(空気)ガス導入により酸化されていたためと考えられる。
(LSV Measurement Using Filtration Residue of Resin Composition for Secondary Battery Obtained in Example 18)
CB and PVDF were used as conductive materials, weighed to a CB:PVDF ratio of 8:2. The residual solid material containing the non-magnetic metal described above was added at a ratio of 1% to CB, and the mixture was dispersed in NMP solvent to prepare a conductive paste. The prepared conductive paste was applied to a 20 μm thick aluminum foil using a doctor blade, then heated and dried at 120 ° C under reduced pressure, and punched into a 9 mm radius to form a working electrode. A lithium metal foil (0.15 mm thick) was used as the counter electrode, and a separator (20 μm thick, porosity 50% by volume) made of porous polypropylene film was inserted and laminated between the working electrode and the counter electrode. A non-aqueous electrolyte (a non-aqueous electrolyte prepared by dissolving LiPF6 at a concentration of 1 M in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a volume ratio of 1:1) was filled to form a bipolar sealed metal cell (Hosen HS Flat Cell). The cell was assembled in an argon-purged glove box. The constructed test battery was evaluated by LSV measurement in the same manner as in Example 17, but no current resulting from the oxidation-reduction reaction of copper was measured, which is thought to be because the added residual solid had already been oxidized by the introduction of oxygen (air) gas.
[比較例10]
ドライエアーの導入を実施しなかった以外は、実施例18と同様にして、二次電池用樹脂組成物、次いで、試験用電池を構築し、LSV測定により評価を行ったところ、酸化還元電位は約3.4Vであり、また、電位掃引している間に短絡(ショート)が発生した。これは、残渣固形物中に含まれる銅粒子が、正極側で電位掃引により溶出した後、負極側で還元生成したためと考えられる。
[Comparative Example 10]
A resin composition for a secondary battery and then a test battery were constructed in the same manner as in Example 18, except that dry air was not introduced, and evaluated by LSV measurement. The oxidation-reduction potential was about 3.4 V, and a short circuit occurred during potential sweep. This is thought to be because copper particles contained in the residual solid matter were eluted on the positive electrode side by potential sweep and then reduced and generated on the negative electrode side.
<実施例19:正極用合材スラリー及び正極膜の作製>
以下に、本発明にて製造した二次電池用樹脂組成物を用いた電極合材スラリー及び該スラリーを塗工した電極の製造例を示す。
容量150mLのプラスチック容器に、導電材として、CBを1.08g、実施例1にて製造した二次電池用樹脂組成物(組成物1)を0.54g(PVPを固形分0.054g;対CB比5%を含む)と、8質量%PVDF溶液を9g(PVDFを固形分として0.72g含む)を加えた後、自転及び公転ミキサー(株式会社シンキー製あわとり練太郎、ARE-310)を用いて、2,000rpmで30秒間撹拌した。次いで、電極活物質としてNMC34.2gを添加し、自転及び公転ミキサーを用いて、2,000rpmで20分間にわたり撹拌した。その後、NMPを5.18g添加し、自転及び公転ミキサーを用いて、2,000rpmで30秒間撹拌して、固形分約72%の正極用合材スラリーを得た。
Example 19: Preparation of positive electrode composite slurry and positive electrode film
The following describes an example of producing an electrode mixture slurry using the resin composition for a secondary battery produced according to the present invention, and an electrode coated with the slurry.
In a 150 mL plastic container, 1.08 g of CB was added as a conductive material, 0.54 g of the resin composition for secondary batteries (composition 1) produced in Example 1 (PVP solids content 0.054 g; CB ratio 5%), and 9 g of an 8 mass% PVDF solution (PVDF solids content 0.72 g) was added, and then stirred at 2,000 rpm for 30 seconds using a rotation and revolution mixer (Thinky Corporation, Awatori Rentaro, ARE-310). Next, 34.2 g of NMC was added as an electrode active material, and the mixture was stirred at 2,000 rpm for 20 minutes using a rotation and revolution mixer. Thereafter, 5.18 g of NMP was added, and the mixture was stirred at 2,000 rpm for 30 seconds using a rotation and revolution mixer to obtain a positive electrode composite slurry with a solids content of approximately 72%.
上記正極用合材スラリーを集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にアプリケーターを用いて塗工し、電気オーブン中で120℃±5℃で25分間にわたり乾燥させて電極を作製した。この際、単位面積当たりの目付量が20mg/cm2となるように、アプリケーターギャップを逐次調整した。得られた電極を、さらにロールプレス(株式会社サンクメタル製、3t油圧式ロールプレス)による圧延処理を行い、正極合材層の密度が3.1g/cm3となる正極膜を作製した。 The positive electrode composite slurry was applied to a 20 μm thick aluminum foil current collector using an applicator and dried in an electric oven at 120°C ± 5°C for 25 minutes to produce an electrode. The applicator gap was adjusted sequentially to achieve a coating weight per unit area of 20 mg/ cm² . The resulting electrode was then rolled using a roll press (Thank Metal Co., Ltd., 3 ton hydraulic roll press) to produce a positive electrode film with a positive electrode composite layer density of 3.1 g/ cm³ .
<実施例20:負極用合材スラリー及び負極膜の作製>
容量150mLのプラスチック容器に、実施例15にて作製した二次電池用樹脂組成物0.6g(導電材としてCB;HS-100を0.12g含む)と、CMC0.24gと、水25.14gとを加えた後、自転及び公転ミキサーを用いて、2,000rpmで30秒間撹拌した。さらに負極活物質として人造黒鉛を23.28g添加し、自転及び公転ミキサーを用いて、2,000rpmで150秒間撹拌した。続いて、SBRエマルション溶液0.75g(SBRを固形分として0.36gを含む)を加えて、自転及び公転ミキサーを用いて、2,000rpmで30秒間撹拌し、固形分約48%の負極用合材スラリーを得た。負極用合材スラリー中の負極活物質:導電材:CMC:SBRの固形分比率は97:0.5:1:1.5とした。
Example 20: Preparation of negative electrode composite slurry and negative electrode film
In a 150 mL plastic container, 0.6 g of the resin composition for secondary batteries prepared in Example 15 (containing 0.12 g of CB; HS-100 as a conductive material), 0.24 g of CMC, and 25.14 g of water were added, and then the mixture was stirred for 30 seconds at 2,000 rpm using a rotation and revolution mixer. 23.28 g of artificial graphite was added as a negative electrode active material, and the mixture was stirred for 150 seconds at 2,000 rpm using a rotation and revolution mixer. Subsequently, 0.75 g of SBR emulsion solution (containing 0.36 g of SBR as solids) was added, and the mixture was stirred for 30 seconds at 2,000 rpm using a rotation and revolution mixer, to obtain a negative electrode composite slurry with a solids content of approximately 48%. The solid content ratio of the negative electrode active material:conductive material:CMC:SBR in the negative electrode mixture slurry was 97:0.5:1:1.5.
上記負極用合材スラリーを集電体となる厚さ20μmの銅箔上にアプリケーターを用いて塗工した後、電気オーブン中で80℃±5℃で25分間にわたり乾燥させて電極を作製した。この際、単位面積当たりの目付量が10mg/cm2となるように、アプリケーターギャップを逐次調整した。さらにロールプレス(株式会社サンクメタル製、3t油圧式ロールプレス)による圧延処理を行い、負極合材層の密度が1.6g/cm3となる負極を作製した。 The negative electrode composite slurry was applied to a 20 μm thick copper foil current collector using an applicator, and then dried in an electric oven at 80°C ± 5°C for 25 minutes to produce an electrode. The applicator gap was adjusted sequentially so that the coating weight per unit area was 10 mg/ cm² . Further, a rolling process was performed using a roll press (Thank Metal Co., Ltd., 3 ton hydraulic roll press) to produce a negative electrode with a negative electrode composite layer density of 1.6 g/ cm³ .
<実施例21:非水電解質二次電池の作製>
実施例19の正極膜及び実施例20の負極膜を各々50mm×45mm、45mm×40mmに打ち抜き、その間に挿入されるセパレーター(多孔質ポリプロプレンフィルム)をアルミ製ラミネート袋に挿入し、電気オーブン中、70℃で1時間乾燥させた。続いて、アルゴンガスで満たされたグローブボックス内で、電解液を2mL注入し、アルミ製ラミネート袋を封口して電池を作製した。電解液は、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートを1:1:1(体積比)の割合で混合した混合溶媒を作製し、さらに添加剤として、VC(ビニレンカーボネート)を電解液100部に対して1部加えた後、LiPF6を1Mの濃度で溶解させた非水電解液である。
Example 21: Fabrication of non-aqueous electrolyte secondary battery
The positive electrode membrane of Example 19 and the negative electrode membrane of Example 20 were punched out to 50 mm x 45 mm and 45 mm x 40 mm, respectively, and the separator (porous polypropylene film) inserted between them was inserted into an aluminum laminate bag and dried in an electric oven at 70 ° C. for 1 hour. Subsequently, 2 mL of electrolyte was poured into a glove box filled with argon gas, and the aluminum laminate bag was sealed to prepare a battery. The electrolyte was a non-aqueous electrolyte prepared by mixing ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate in a 1:1:1 (volume ratio) mixed solvent, and further adding 1 part of VC (vinylene carbonate) to 100 parts of the electrolyte solution as an additive, followed by dissolving LiPF6 at a concentration of 1 M.
<非水電解質二次電池のレート特性評価>
非水電解質二次電池を25℃の恒温室内に設置し、充放電装置(北斗電工株式会社製、SM-8)を用いて充放電測定を行った。充電電流10mA(0.2C)にて充電終止電圧4.3Vで定電流定電圧充電(カットオフ電流1mA(0.02C))を行った後、放電電流10mA(0.2C)にて、放電終止電圧3Vで定電流放電を行った。この操作を3回繰り返した後、充電電流10mA(0.2C)にて充電終止電圧4.3Vで定電流定電圧充電(カットオフ電流(1mA(0.02C))を行い、放電電流0.2C及び3Cで放電終止電圧3.0Vに達するまで定電流放電を行って、それぞれ放電容量を求めた。レート特性は0.2C放電容量と3C放電容量の比、以下の式1で表すことができる。
(式1)
レート特性 = 3C放電容量/3回目の0.2C放電容量 ×100 (%)
上記の結果、作製した電池のレート特性は80%以上を示し、優良な結果であった。
<Evaluation of rate characteristics of non-aqueous electrolyte secondary batteries>
The nonaqueous electrolyte secondary battery was placed in a thermostatic chamber at 25°C and subjected to charge/discharge measurements using a charge/discharge device (SM-8, manufactured by Hokuto Denko Corporation). A constant-current, constant-voltage charge (cutoff current 1 mA (0.02 C)) was performed at a charge current of 10 mA (0.2 C) with a charge cutoff voltage of 4.3 V, followed by a constant-current discharge at a discharge current of 10 mA (0.2 C) with a discharge cutoff voltage of 3 V. This operation was repeated three times, followed by a constant-current, constant-voltage charge (cutoff current 1 mA (0.02 C)) at a charge current of 10 mA (0.2 C) with a charge cutoff voltage of 4.3 V, followed by constant-current discharge at discharge currents of 0.2 C and 3 C until the discharge cutoff voltage reached 3.0 V, and the discharge capacity was calculated for each. The rate characteristic can be expressed as the ratio of the 0.2 C discharge capacity to the 3 C discharge capacity, using the following equation:
(Formula 1)
Rate characteristic = 3C discharge capacity / third 0.2C discharge capacity × 100 (%)
As a result, the rate characteristics of the fabricated battery were 80% or more, which was an excellent result.
<非水電解質二次電池のサイクル特性評価方法>
非水電解質二次電池を25℃の恒温室内に設置し、充放電装置(北斗電工株式会社製、SM-8)を用いて充放電測定を行った。充電電流25mA(0.5C)にて充電終止電圧4.3Vで定電流定電圧充電(カットオフ電流2.5mA(0.05C))を行った後、放電電流25mA(0.5C)にて、放電終止電圧3Vで定電流放電を行った。この操作を200回繰り返した。サイクル特性は25℃における3回目の0.5C放電容量と200回目の0.5C放電容量の比、以下の式2で表すことができる。
(式2)
サイクル特性 = 3回目の0.5C放電容量/200回目の0.5C放電容量 ×100(%)
上記の結果、作製した電池のサイクル特性は85%以上を示し、優良な結果であった。
<Method for Evaluating Cycle Characteristics of Non-Aqueous Electrolyte Secondary Batteries>
The nonaqueous electrolyte secondary battery was placed in a thermostatic chamber at 25°C, and charge/discharge measurements were performed using a charge/discharge device (SM-8, manufactured by Hokuto Denko Corporation). Constant-current, constant-voltage charging (cutoff current 2.5 mA (0.05 C)) was performed at a charge current of 25 mA (0.5 C) with a charge cut-off voltage of 4.3 V, followed by constant-current discharging at a discharge current of 25 mA (0.5 C) with a discharge cut-off voltage of 3 V. This operation was repeated 200 times. The cycle characteristics can be expressed as the ratio of the third 0.5 C discharge capacity to the 200th 0.5 C discharge capacity at 25°C, using the following equation:
(Formula 2)
Cycle characteristics = 3rd 0.5C discharge capacity / 200th 0.5C discharge capacity × 100 (%)
As a result, the cycle characteristics of the produced battery were 85% or more, which was an excellent result.
以上のように、本発明の製造方法により得られた二次電池用樹脂組成物を使用することで、レート特性及びサイクル特性が優良な電池を製造することが確認できた。 As described above, it has been confirmed that batteries with excellent rate characteristics and cycle characteristics can be manufactured by using the resin composition for secondary batteries obtained by the manufacturing method of the present invention.
実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記によって限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 The present invention has been described with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to the above. Various modifications that would be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
1A、1B、1C:タンク
2A、2B、2C:ディスパー(攪拌羽根)
5:弁
6:循環用ポンプ
7:酸素(空気)導入口
8:スタティックミキサー
9:バブラー
31A、31B、31C、32B、33B:配管
40:ガスボンベ
1A, 1B, 1C: Tanks 2A, 2B, 2C: Disperser (agitating blades)
5: Valve 6: Circulation pump 7: Oxygen (air) inlet 8: Static mixer 9: Bubbler 31A, 31B, 31C, 32B, 33B: Pipe 40: Gas cylinder
Claims (10)
該二次電池電極用樹脂組成物中に含まれる金属成分を酸化する工程を含み、
前記金属成分を酸化する工程の内温が40℃以上であり、
電極活物質を添加することを含まない、二次電池電極用樹脂組成物の製造方法。 A method for producing a resin composition for a secondary battery electrode , comprising:
a step of oxidizing a metal component contained in the resin composition for a secondary battery electrode ,
The internal temperature of the step of oxidizing the metal component is 40°C or higher,
A method for producing a resin composition for a secondary battery electrode , which does not include adding an electrode active material .
A method for producing a lithium ion secondary battery using a battery electrode obtained by the method of claim 9 .
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