JP7836645B2 - Resin current collector for lithium-ion batteries and lithium-ion batteries - Google Patents
Resin current collector for lithium-ion batteries and lithium-ion batteriesInfo
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Description
本発明は、リチウムイオン電池用樹脂集電体及びリチウムイオン電池に関する。 This invention relates to a resin current collector for lithium-ion batteries and to a lithium-ion battery.
リチウムイオン電池は充放電を繰り返すうち、電解液と電極活物質との間で副反応が起こり、電池内部でガスが発生する。このガスが原因で電池のガス膨れが生じ、内部抵抗値が上昇する等、リチウムイオン電池が劣化するという問題がある。 As lithium-ion batteries undergo repeated charging and discharging cycles, side reactions occur between the electrolyte and the electrode active material, generating gas inside the battery. This gas can cause the battery to swell, leading to increased internal resistance and other degradation problems.
この問題を解決するため、電池内部にガス抜きのための空間を設けたり、別途ガス吸着層を設置したり、また特許文献1及び2にあるようにガス吸着剤を電極活物質層に添加したりといった検討がなされてきた。 To solve this problem, various approaches have been considered, such as creating a space for gas venting inside the battery, installing a separate gas adsorption layer, or adding a gas adsorbent to the electrode active material layer, as described in Patent Documents 1 and 2.
しかし、高容量、高エネルギー密度を要求されるリチウムイオン電池において、ガス吸着剤を電極活物質層に添加するとエネルギー密度が低下するという問題があった。 However, in lithium-ion batteries, which require high capacity and high energy density, there was a problem in that adding a gas adsorbent to the electrode active material layer reduced the energy density.
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、本発明は、エネルギー密度が高く、リチウムイオン電池の充放電に伴い発生するガスに起因する電池の内部抵抗値の上昇を抑制することができるリチウムイオン電池用樹脂集電体を提供することを目的とする。 This invention was made to solve the above problems, and aims to provide a resin current collector for lithium-ion batteries that has high energy density and can suppress the increase in the internal resistance of the battery caused by gas generated during charging and discharging of the lithium-ion battery.
本発明者らは、これらの課題を解決するべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。
すなわち本発明は、ポリオレフィン樹脂、導電性フィラー及びガス吸着粒子を含む樹脂組成物からなるリチウムイオン電池用樹脂集電体であって、上記ガス吸着粒子の重量割合が、上記リチウムイオン電池用樹脂集電体の重量を基準として5~20重量%であり、上記ガス吸着粒子が、活性炭、ゼオライト、シリカ、及びアルミナからなる群より選ばれる1種以上であることを特徴とするリチウムイオン電池用樹脂集電体、及び、上記本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体を備えるリチウムイオン電池に関する。
The inventors of this invention arrived at this present invention as a result of diligent research to solve these problems.
In other words, the present invention relates to a resin current collector for a lithium-ion battery comprising a resin composition containing a polyolefin resin, a conductive filler, and gas-adsorbing particles, wherein the weight percentage of the gas-adsorbing particles is 5 to 20% by weight based on the weight of the resin current collector for the lithium-ion battery, and the gas-adsorbing particles are one or more selected from the group consisting of activated carbon, zeolite, silica, and alumina, and to a lithium-ion battery equipped with the resin current collector for the lithium-ion battery of the present invention.
本発明によれば、エネルギー密度が高く、リチウムイオン電池の充放電に伴い発生するガスに起因する電池の内部抵抗値の上昇を抑制することができるリチウムイオン電池用樹脂集電体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a resin current collector for lithium-ion batteries that has a high energy density and can suppress the increase in the internal resistance of the battery caused by gases generated during charging and discharging of the lithium-ion battery.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、リチウムイオン電池用樹脂集電体及びリチウムイオン電池に関する。
なお、本明細書において、リチウムイオン電池と記載する場合、リチウムイオン二次電池も含む概念とする。
The present invention will be described in detail below.
This invention relates to a resin current collector for lithium-ion batteries and a lithium-ion battery.
In this specification, the term "lithium-ion battery" includes lithium-ion rechargeable batteries.
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体は、ポリオレフィン樹脂、導電性フィラー及びガス吸着粒子を含む樹脂組成物からなるリチウムイオン電池用樹脂集電体であって、上記ガス吸着粒子の重量割合が、上記リチウムイオン電池用樹脂集電体の重量を基準として5~20重量%であり、上記ガス吸着粒子が、活性炭、ゼオライト、シリカ、及びアルミナからなる群より選ばれる1種以上であることを特徴とする。 The present invention relates to a resin current collector for lithium-ion batteries, comprising a resin composition containing a polyolefin resin, a conductive filler, and gas-adsorbing particles. The present invention is characterized in that the weight percentage of the gas-adsorbing particles is 5 to 20% by weight, based on the weight of the lithium-ion battery resin current collector, and the gas-adsorbing particles are one or more selected from the group consisting of activated carbon, zeolite, silica, and alumina.
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体では、集電体に上記種類のガス吸着粒子を、上記割合で加えている。そのため、本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体を用いて作製したリチウムイオン電池では、リチウムイオン電池の充放電に伴い発生するガスを集電体に含まれるガス吸着粒子により吸着することができる。
そのため、ガスに起因するリチウムイオン電池の内部抵抗値の上昇を抑制することができる。
In the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention, the above-mentioned type of gas adsorption particles are added to the current collector in the above-mentioned proportion. Therefore, in a lithium-ion battery made using the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention, the gas generated during charging and discharging of the lithium-ion battery can be adsorbed by the gas adsorption particles contained in the current collector.
Therefore, it is possible to suppress the increase in the internal resistance of lithium-ion batteries caused by gas.
さらに、本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体はガス吸着粒子を含むので、リチウムイオン電池を作製する際に、電極活物質層にガス吸着粒子を加えなくても、充分にガスを吸着することができる。つまり、本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体を用いることにより電極活物質層にガス吸着粒子を加える必要が低下する。
電極活物質層がガス吸着粒子を含まない場合、電極活物質層における活物質の密度を上げることができるので、エネルギー密度を向上させることができる。
Furthermore, since the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention contains gas adsorption particles, sufficient gas can be adsorbed without adding gas adsorption particles to the electrode active material layer when manufacturing the lithium-ion battery. In other words, by using the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention, the need to add gas adsorption particles to the electrode active material layer is reduced.
If the electrode active material layer does not contain gas adsorbed particles, the density of the active material in the electrode active material layer can be increased, thereby improving the energy density.
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体は、その膜厚が25~500μmであることが好ましく、30~60μmであることがより好ましい。
リチウムイオン電池用樹脂集電体の膜厚が薄すぎると、リチウムイオン電池用樹脂集電体が破損しやすくなる。
リチウムイオン電池用樹脂集電体の膜厚が厚すぎると、リチウムイオン電池用樹脂集電体を用いてリチウムイオン電池を作製する際に、樹脂集電体の占める割合が高くなり、電極活物質層の占める割合が低下して、エネルギー密度が低下してしまう。そのため、リチウムイオン電池用集電体の膜厚はできるだけ薄い方が好ましく、その膜厚が60μm以下であると、エネルギー密度を高くする観点からより好ましい。
The resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention preferably has a film thickness of 25 to 500 μm, and more preferably 30 to 60 μm.
If the film thickness of the resin current collector for lithium-ion batteries is too thin, the resin current collector for lithium-ion batteries becomes more susceptible to damage.
If the film thickness of the resin current collector for lithium-ion batteries is too thick, the proportion of the resin current collector will increase and the proportion of the electrode active material layer will decrease when manufacturing lithium-ion batteries using the resin current collector, resulting in a decrease in energy density. Therefore, it is preferable for the film thickness of the current collector for lithium-ion batteries to be as thin as possible, and a film thickness of 60 μm or less is even more preferable from the viewpoint of increasing energy density.
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体は、正極集電体としても用いることができ、また、負極集電体としても用いることができる。 The resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention can be used as both a positive electrode current collector and a negative electrode current collector.
以下、本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体の各構成について詳述する。 The following details the components of the resin current collector for lithium-ion batteries according to the present invention.
(ポリオレフィン樹脂)
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体において、ポリオレフィン樹脂は、リチウムイオン電池用樹脂集電体の母体を構成する樹脂(マトリックス樹脂)である。
ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリオレフィン[ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)、及びポリシクロオレフィン(PCO)等]が挙げられる。より好ましくはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)及びポリメチルペンテン(PMP)が挙げられる。
また、本発明におけるポリオレフィン樹脂は、上記のポリオレフィン樹脂の変性物(以下、変性ポリオレフィンという)又は混合物であってもよい。
(Polyolefin resin)
In the present invention, the polyolefin resin is the resin (matrix resin) that constitutes the base body of the lithium-ion battery resin current collector.
Examples of polyolefin resins include polyolefins [polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP), and polycycloolefin (PCO), etc.]. More preferably, polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polymethylpentene (PMP) are used.
Furthermore, the polyolefin resin in the present invention may be a modified product (hereinafter referred to as "modified polyolefin") or a mixture of the above-mentioned polyolefin resin.
ポリオレフィン樹脂としては、例えば、以下のものが市場から入手できる。
PE:「ノバテックLL UE320」「ノバテックLL UJ960」いずれも日本ポリエチレン(株)製
PP:「サンアロマーPM854X」「サンアロマーPC684S」「サンアロマーPL500A」「サンアロマーPC630S」「サンアロマーPC630A」「サンアロマーPB522M」「クオリアCM688A」いずれもサンアロマー(株)製、「プライムポリマーJ-2000GP」(株)プライムポリマー製、「ウィンテックWFX4T」日本ポリプロ(株)製
PMP:「TPX」三井化学(株)製
Examples of polyolefin resins available on the market include the following:
PE: "Novatec LL UE320" and "Novatec LL UJ960" are both manufactured by Nippon Polyethylene Co., Ltd. PP: "Sun Allomer PM854X", "Sun Allomer PC684S", "Sun Allomer PL500A", "Sun Allomer PC630S", "Sun Allomer PC630A", "Sun Allomer PB522M", and "Qualia CM688A" are all manufactured by Sun Allomer Co., Ltd., "Prime Polymer J-2000GP" is manufactured by Prime Polymer Co., Ltd., and "Wintec WFX4T" is manufactured by Nippon Polypropylene Co., Ltd. PMP: "TPX" is manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.
変性ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの共重合体に極性官能基を導入したものが挙げられ、極性官能基としては、カルボキシル基、1,3-ジオキソ-2-オキサプロピレン基、ヒドロキシル基、アミノ基、アミド基及びイミド基等が挙げられる。 Modified polyolefins include polyethylene, polypropylene, or copolymers thereof into which polar functional groups have been introduced. Examples of polar functional groups include carboxyl groups, 1,3-dioxo-2-oxapropylene groups, hydroxyl groups, amino groups, amide groups, and imide groups.
ポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの共重合体に極性官能基を導入した変性ポリオレフィンの例としては、三井化学株式会社製アドマーシリーズ等が市販されている。 Examples of modified polyolefins, which are polyethylene, polypropylene, or copolymers thereof, with the introduction of polar functional groups, include the Admer series manufactured by Mitsui Chemicals, Inc., which are commercially available.
なお、本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体のマトリックス樹脂は、ポリオレフィン樹脂以外に、ポリアミド(PA、例えばナイロン6、ナイロン6,6等)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂を含んでいてもよい。 Furthermore, the matrix resin of the lithium-ion battery resin current collector of the present invention may contain resins other than polyolefin resin, such as polyamide (PA, e.g., nylon 6, nylon 6,6, etc.), polymethylpentene (PMP), polyethylene terephthalate (PET), polyethernitrile (PEN), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinylidene fluoride (PVdF), epoxy resin, and silicone resin.
マトリックス樹脂としては、融点が150~230℃であるものが好ましく、155~225℃であるものがより好ましい。 The matrix resin is preferably one with a melting point of 150 to 230°C, and more preferably one with a melting point of 155 to 225°C.
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体において、マトリックス樹脂の重量割合は、リチウムイオン電池用樹脂集電体の重量を基準として、50~90重量%であることが好ましく、50~70重量%であることがより好ましい。
マトリックス樹脂の重量割合が、50重量%未満であると、リチウムイオン電池用樹脂集電体の強度が弱くなることがある。
マトリックス樹脂の重量割合が、90重量%を超えると、相対的に導電性フィラーの重量割合が少なくなり、リチウムイオン電池用樹脂集電体の導電性が低下しやすくなる。
In the lithium-ion battery resin current collector of the present invention, the weight percentage of the matrix resin is preferably 50 to 90% by weight, and more preferably 50 to 70% by weight, based on the weight of the lithium-ion battery resin current collector.
If the weight percentage of the matrix resin is less than 50% by weight, the strength of the resin current collector for lithium-ion batteries may be weakened.
When the weight percentage of the matrix resin exceeds 90% by weight, the relative weight percentage of the conductive filler decreases, which tends to reduce the conductivity of the resin current collector for lithium-ion batteries.
(導電性フィラー)
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体において、導電性フィラーは、導電性を有する材料であれば特に限定されないが、以下に示す材料から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
具体的には、金属[ニッケル、アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、銅及びチタン等]、カーボン[グラファイト及びカーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)等]、及びこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
これらの導電性フィラーは1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物を用いてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、銅、チタン及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、さらに好ましくはカーボンである。またこれらの導電性フィラーとしては、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料(上記した導電性フィラーの材料のうち金属のもの)をめっき等でコーティングしたものでもよい。
(Conductive filler)
In the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention, the conductive filler is not particularly limited as long as it is a conductive material, but it is preferably at least one selected from the materials shown below.
Specifically, examples include, but are not limited to, metals [nickel, aluminum, stainless steel (SUS), silver, copper, and titanium, etc.], carbon [graphite and carbon black (acetylene black, Ketjen black, furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.)], and mixtures thereof.
These conductive fillers may be used individually or in combination of two or more. Alloys or metal oxides of these fillers may also be used. From the viewpoint of electrical stability, aluminum, stainless steel, carbon, silver, copper, titanium, and mixtures thereof are preferred, more preferably silver, aluminum, stainless steel, and carbon, and even more preferably carbon. These conductive fillers may also be made by coating a particulate ceramic material or resin material with a conductive material (a metallic material from among the conductive filler materials mentioned above) by plating or the like.
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体において、導電性フィラーの重量割合は、リチウムイオン電池用樹脂集電体の重量を基準として10~40重量%であることが好ましく、15~20重量%であることがより好ましい。
導電性フィラーの重量割合少なすぎると、リチウムイオン電池用樹脂集電体の導電性が低下しやすくなる。
導電性フィラーの重量割合が多すぎると、相対的にマトリックス樹脂の重量割合が少なくなり、マトリックス樹脂の重量割合の強度が弱くなる。
In the lithium-ion battery resin current collector of the present invention, the weight percentage of the conductive filler is preferably 10 to 40% by weight, and more preferably 15 to 20% by weight, based on the weight of the lithium-ion battery resin current collector.
If the weight ratio of conductive filler is too low, the conductivity of the resin current collector for lithium-ion batteries is likely to decrease.
If the weight proportion of conductive filler is too high, the relative weight proportion of the matrix resin decreases, and the strength of the matrix resin's weight proportion weakens.
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体において導電性フィラーの体積平均粒子径は、1~15μmであることが好ましく、3~10μmであることがより好ましく、5~8μmであることがさらに好ましい。
導電性フィラーの体積平均粒子径が上記範囲であると、本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体の導電性が良好になる。
In the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention, the volume-average particle size of the conductive filler is preferably 1 to 15 μm, more preferably 3 to 10 μm, and even more preferably 5 to 8 μm.
When the volume-average particle size of the conductive filler is within the above range, the conductivity of the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention becomes good.
本明細書において粒子(導電性フィラーや後述するガス吸着粒子等)の体積平均粒子径は、マイクロトラック法(レーザー回折・散乱法)によって求めた粒度分布における積算値50%での粒径(Dv50)を意味する。マイクロトラック法とは、レーザー光を粒子に照射することによって得られる散乱光を利用して粒度分布を求める方法である。なお、粒子の体積平均粒子径の測定には、日機装(株)製のマイクロトラック等を用いることができる。 In this specification, the volume-average particle diameter of particles (conductive fillers, gas-adsorbed particles described later, etc.) refers to the particle size at 50% of the integrated value in the particle size distribution determined by the Microtrac method (laser diffraction/scattering method) (Dv50). The Microtrac method is a method for determining the particle size distribution using scattered light obtained by irradiating particles with laser light. For measuring the volume-average particle diameter of particles, a Microtrac manufactured by Nikkiso Co., Ltd., etc., can be used.
(ガス吸着粒子)
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体において、ガス吸着粒子は、活性炭、ゼオライト、シリカ、及びアルミナからなる群より選ばれる1種以上である。また、ガス吸着粒子は、多孔質である。
これらの物質からなるガス吸着粒子は、リチウムイオン電池の充放電に伴い発生するガスを好適に吸着することができる。
(Gas adsorbed particles)
In the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention, the gas adsorption particles are one or more selected from the group consisting of activated carbon, zeolite, silica, and alumina. Furthermore, the gas adsorption particles are porous.
Gas adsorption particles made of these materials can effectively adsorb gases generated during the charging and discharging of lithium-ion batteries.
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体において、ガス吸着粒子の重量割合は、リチウムイオン電池用樹脂集電体の重量を基準として5~20重量%である。この重量割合は、10~20重量%であることが好ましく、10~15重量%であることがより好ましい。
ガス吸着粒子の重量割合が5重量%未満であると、リチウムイオン電池の充放電に伴い発生するガスを充分に吸着しにくくなり、リチウムイオン電池の内部抵抗値が上昇しやすくなる。
ガス吸着粒子の重量割合が20重量%を超えると、相対的にマトリックス樹脂の重量割合が少なくなり、マトリックス樹脂の強度が弱くなることがある。
In the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention, the weight percentage of gas adsorbed particles is 5 to 20% by weight based on the weight of the resin current collector for lithium-ion batteries. This weight percentage is preferably 10 to 20% by weight, and more preferably 10 to 15% by weight.
If the weight percentage of gas adsorbed particles is less than 5% by weight, it becomes difficult to adequately adsorb the gas generated during charging and discharging of the lithium-ion battery, which tends to increase the internal resistance of the lithium-ion battery.
If the weight percentage of gas-adsorbed particles exceeds 20% by weight, the relative weight percentage of the matrix resin decreases, which can weaken the strength of the matrix resin.
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体において、ガス吸着粒子の体積平均粒子径は、0.04~20μmであることが好ましく、0.04~8μmであることがより好ましい。
体積平均粒子径が0.04μm未満であるガス吸着粒子は製造しにくい。
ガス吸着粒子の体積平均粒子径が20μmを超えると、マトリックス樹脂がガス吸着粒子同士を接着しにくくなる。そのため、リチウムイオン電池用樹脂集電体の強度が低下しやすくなる。
In the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention, the volume-average particle diameter of the gas adsorbed particles is preferably 0.04 to 20 μm, and more preferably 0.04 to 8 μm.
Gas adsorbed particles with a volume-average particle diameter of less than 0.04 μm are difficult to manufacture.
When the volume-average particle size of gas adsorbed particles exceeds 20 μm, the matrix resin becomes less able to adhere the gas adsorbed particles to each other. As a result, the strength of the resin current collector for lithium-ion batteries tends to decrease.
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体において、ガス吸着粒子の比表面積は、100~2000m2/gであることが好ましく、300~900m2/gであることがより好ましい。
ガス吸着粒子の比表面積が上記範囲であると、リチウムイオン電池の充放電に伴い発生するガスを好適に吸着することができる。
本明細書において、ガス吸着粒子の比表面積は、「JIS Z8830 ガス吸着による粉体(固体)の比表面積測定方法」に準じて、BET比表面積として測定した値である。
In the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention, the specific surface area of the gas adsorbed particles is preferably 100 to 2000 m² /g, and more preferably 300 to 900 m² /g.
When the specific surface area of the gas adsorbing particles is within the above range, gases generated during the charging and discharging of lithium-ion batteries can be effectively adsorbed.
In this specification, the specific surface area of gas-adsorbed particles is the value measured as BET specific surface area in accordance with "JIS Z8830 Method for measuring the specific surface area of powders (solids) by gas adsorption".
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体は、ポリオレフィン樹脂、導電性フィラー及びガス吸着粒子のほかに、その他の成分(分散剤、架橋促進剤、架橋剤、着色剤、紫外線吸収剤、可塑剤等)を含んでいてもよい。 The lithium-ion battery resin current collector of the present invention may contain other components (dispersants, crosslinking accelerators, crosslinking agents, colorants, UV absorbers, plasticizers, etc.) in addition to polyolefin resin, conductive fillers, and gas-adsorbing particles.
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体の製造方法は、特に限定されないが、例えば、以下の方法により製造することができる。
ポリオレフィン樹脂、導電性フィラー及びガス吸着粒子、必要に応じてその他の成分を混合することにより、樹脂組成物を得る。
混合の方法としては、導電性フィラー及びガス吸着粒子のマスターバッチを得てから、さらにマトリックス樹脂と混合する方法、及び、全ての原料を一括して混合する方法等がある。その混合はペレット状又は粉体状の成分を適切な公知の混合機、例えばニーダー、インターナルミキサー、バンバリーミキサー及びロールを用いて混合することで行うことができる。
The method for manufacturing the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention is not particularly limited, but can be manufactured by, for example, the following method.
A resin composition is obtained by mixing polyolefin resin, conductive filler, gas adsorbent particles, and other components as needed.
Methods of mixing include obtaining a masterbatch of conductive filler and gas-adsorbing particles and then mixing it with the matrix resin, and mixing all raw materials together. The mixing can be carried out by mixing pelletized or powdered components using a suitable known mixer, such as a kneader, internal mixer, Banbury mixer, and rolls.
混合時の各成分の添加順序には特に限定はない。得られた混合物は、さらにペレタイザーなどによりペレット化又は粉末化してもよい。 There are no particular restrictions on the order in which the components are added during mixing. The resulting mixture may be further pelletized or powdered using a pelletizer or similar device.
得られた樹脂組成物を例えばフィルム状に成形することにより、リチウムイオン電池用樹脂集電体が得られる。フィルム状に成形する方法としては、Tダイ法、インフレーション法及びカレンダー法等の公知のフィルム成形法が挙げられる。なお、リチウムイオン電池用樹脂集電体は、フィルム成形以外の成形方法によっても得ることができる。 A resin current collector for lithium-ion batteries can be obtained by, for example, molding the resulting resin composition into a film. Known film molding methods include the T-die method, inflation method, and calendering method. Note that resin current collectors for lithium-ion batteries can also be obtained by molding methods other than film molding.
[リチウムイオン電池]
本発明のリチウムイオン電池は、本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体を備える。
[Lithium-ion battery]
The lithium-ion battery of the present invention comprises a resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention.
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体は、公知のリチウムイオン電池に適用することができる。
すなわち、正極活物質、負極活物質、電解液及びセパレータ等の材料としては、公知の材料を使用することができる。
なお、正極活物質は、正極活物質がアクリル系樹脂等の樹脂で被覆された被覆正極活物質であってもよく、負極活物質は、負極活物質がアクリル系樹脂等の樹脂で被覆された被覆負極活物質であってもよい。
The resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention can be applied to known lithium-ion batteries.
In other words, known materials can be used as the positive electrode active material, negative electrode active material, electrolyte, separator, etc.
Furthermore, the positive electrode active material may be a coated positive electrode active material in which the positive electrode active material is coated with a resin such as an acrylic resin, and the negative electrode active material may be a coated negative electrode active material in which the negative electrode active material is coated with a resin such as an acrylic resin.
なお、本発明のリチウムイオン電池においては、本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体を、正極用集電体又は負極用集電体のうち少なくとも一方に用いていればよい。また、正極用集電体及び負極用集電体の両方が本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体であってもよい。 Furthermore, in the lithium-ion battery of the present invention, it is sufficient to use the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention in at least one of the positive electrode current collector or the negative electrode current collector. Alternatively, both the positive electrode current collector and the negative electrode current collector may be the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention.
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体を正極用集電体又は負極用集電体のうちの一方の集電体に用いる場合、他方の集電体は、金属集電体であってもよく、本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体ではない樹脂集電体であってもよい。
金属集電体を用いる場合の集電体の材料としては、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル及びこれらの合金等の金属材料であってもよい。
When the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention is used as either a current collector for the positive electrode or a current collector for the negative electrode, the other current collector may be a metal current collector or a resin current collector other than the resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention.
When using a metal current collector, the material of the current collector may be a metallic material such as copper, aluminum, titanium, stainless steel, nickel, or alloys thereof.
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明は実施例に限定されるものではない。なお、特記しない限り「部」は重量部を意味する。 The present invention will now be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples unless it deviates from the spirit of the invention. Unless otherwise specified, "parts" refers to parts by weight.
(実施例1)
[電解液の作製]
エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)の混合溶媒(体積比率1:1)にLiFSIを2.0mol/Lの割合で溶解させて電解液を作製した。
(Example 1)
[Preparation of electrolyte solution]
An electrolyte was prepared by dissolving LiFSI at a ratio of 2.0 mol/L in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (volume ratio 1:1).
[正極用樹脂集電体の作製]
2軸押出機にて、ポリオレフィン樹脂としてポリプロピレン[商品名「サンアロマーPL500A」、サンアロマー(株)製]65部、導電性フィラーとしてカーボンブラック[商品名:SuperP、Timcal製]20部、ガス吸着粒子としてゼオライト1[商品名「Zeоal 4A」:平均粒子径0.045μm、株式会社中村超硬製]10部及び分散剤[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]5部を200℃、200rpmの条件で溶融混練して樹脂混合物を得た。
得られた樹脂混合物を、Tダイ押出しフィルム成形機に通して、それを延伸圧延することで、膜厚30μmの樹脂集電体用導電性フィルムを得た。次いで、得られた樹脂集電体用導電性フィルムを17.0cm×17.0cmとなるように切断し、片面にニッケル蒸着を施した後、電流取り出し用の端子(5mm×3cm)を接続した実施例1に係る正極用樹脂集電体を得た。
[Manufacturing of resin current collector for positive electrode]
A resin mixture was obtained by melt-kneading 65 parts of polypropylene [product name "Sun Allomer PL500A", manufactured by Sun Allomer Co., Ltd.] as a polyolefin resin, 20 parts of carbon black [product name: SuperP, manufactured by Timcal] as a conductive filler, 10 parts of zeolite 1 [product name "Zeoal 4A": average particle size 0.045 μm, manufactured by Nakamura Superhard Co., Ltd.] as gas adsorption particles, and 5 parts of dispersant [product name "Yumex 1001", manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.] at 200°C and 200 rpm using a twin-screw extruder.
The obtained resin mixture was passed through a T-die extrusion film molding machine and stretched and rolled to obtain a conductive film for resin current collectors with a thickness of 30 μm. Next, the obtained conductive film for resin current collectors was cut to 17.0 cm × 17.0 cm, nickel deposition was applied to one side, and then a current extraction terminal (5 mm × 3 cm) was connected to obtain a positive electrode resin current collector according to Example 1.
[被覆正極活物質粒子の作製]
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロート及び窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコにDMF(N,N-ジメチルホルムアミド)150部を仕込み、75℃に昇温した。次いで、アクリル酸91部、メタクリル酸メチル9部及びDMF50部を配合した単量体組成物と、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.3部及び2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.8部をDMF30部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで2時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、75℃で反応を3時間継続した。次いで、80℃に昇温して反応を3時間継続し、樹脂濃度30%の共重合体溶液を得た。得られた共重合体溶液はテフロン(登録商標)製のバットに移して150℃、0.01MPaで3時間の減圧乾燥を行い、DMFを留去して共重合体を得た。この共重合体をハンマーで粗粉砕した後、乳鉢にて追加粉砕して、粉末状の被覆用高分子化合物を得た。
次に、被覆用高分子化合物1部をDMF3部に溶解し、被覆用高分子化合物溶液を得た。
正極活物質粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2粉末、体積平均粒子径4μm)84部を万能混合機ハイスピードミキサーFS25[(株)アーステクニカ製]に入れ、室温、720rpmで撹拌した状態で、被覆用高分子化合物溶液9部を2分かけて滴下し、さらに5分撹拌した。
次いで、撹拌した状態で導電助剤であるアセチレンブラック[デンカ(株)製 デンカブラック(登録商標)]3部及びガラスセラミック粒子(商品名「リチウムイオン伝導性ガラスセラミックスLICGCTMPW-01(1μm)」[株式会社オハラ製])4部を分割しながら2分間で投入し、30分撹拌を継続した。
その後、撹拌を維持したまま0.01MPaまで減圧し、次いで撹拌と減圧度を維持したまま温度を140℃まで昇温し、撹拌、減圧度及び温度を8時間維持して揮発分を留去した。
得られた粉体を目開き200μmの篩いで分級し、実施例1に係る被覆正極活物質粒子を得た。
[Fabrication of coated cathode active material particles]
150 parts of DMF (N,N-dimethylformamide) were placed in a four-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, reflux condenser, dropping funnel, and nitrogen gas inlet tube, and the temperature was raised to 75°C. Next, a monomer composition containing 91 parts acrylic acid, 9 parts methyl methacrylate, and 50 parts DMF, along with an initiator solution containing 0.3 parts 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) and 0.8 parts 2,2'-azobis(2-methylbutyronitrile) dissolved in 30 parts DMF, were continuously added dropwise over 2 hours using a dropping funnel while blowing nitrogen into the four-necked flask under stirring to carry out radical polymerization. After the dropwise addition was complete, the reaction was continued at 75°C for 3 hours. Next, the temperature was raised to 80°C and the reaction was continued for 3 hours to obtain a copolymer solution with a resin concentration of 30%. The obtained copolymer solution was transferred to a Teflon® vat and dried under reduced pressure at 150°C and 0.01 MPa for 3 hours, and the DMF was removed by distillation to obtain the copolymer. This copolymer was coarsely ground with a hammer, and then further ground in a mortar to obtain a powdered polymer compound for coating.
Next, one part of the coating polymer compound was dissolved in three parts of DMF to obtain a coating polymer compound solution.
84 parts of positive electrode active material particles (LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 powder, volume average particle size 4 μm) were placed in a universal mixer high-speed mixer FS25 [manufactured by Earth Technica Co., Ltd.], and while stirring at room temperature and 720 rpm, 9 parts of the coating polymer compound solution were added dropwise over 2 minutes, and the mixture was stirred for a further 5 minutes.
Next, while stirring, three parts of acetylene black [Denka Black®, manufactured by Denka Co., Ltd.], a conductive additive, and four parts of glass ceramic particles (product name "Lithium-ion conductive glass ceramics LICGC ™ PW-01 (1 μm)" [manufactured by Ohara Co., Ltd.]) were added in two parts over a period of two minutes, and stirring was continued for 30 minutes.
Subsequently, the pressure was reduced to 0.01 MPa while maintaining stirring, and then the temperature was raised to 140°C while maintaining stirring and reduced pressure. The stirring, reduced pressure, and temperature were maintained for 8 hours to remove volatile components by distillation.
The obtained powder was classified using a sieve with a mesh size of 200 μm to obtain coated positive electrode active material particles according to Example 1.
[リチウムイオン電池用正極の作製]
電解液42部と炭素繊維[大阪ガスケミカル(株)製 ドナカーボ・ミルド S-243:平均繊維長500μm、平均繊維径13μm:電気伝導度200mS/cm]4.2部とを遊星撹拌型混合混練装置{あわとり練太郎[(株)シンキー製]}を用いて2000rpmで5分間混合し、続いて上記電解液30部と上記被覆正極活物質粒子206部を追加した後、更に遊星撹拌型混合混練装置で2000rpmで2分間混合し、上記電解液20部を更に追加した後、遊星撹拌型混合混練装置による撹拌を2000rpmで1分間行い、更に上記電解液を2.3部更に追加した後、遊星撹拌型混合混練装置による撹拌を2000rpmで2分間混合して、正極活物質層用スラリーを作製した。得られた正極活物質層用スラリーを目付量が80mg/cm2となるよう、上記正極用樹脂集電体の片面に塗布し、1.4MPaの圧力で約10秒プレスし、厚さが340μmの実施例1に係るリチウムイオン電池用正極(16.2cm×16.2cm)を作製した。
[Fabrication of positive electrodes for lithium-ion batteries]
42 parts of electrolyte and 4.2 parts of carbon fiber [Donacarbo Milled S-243 manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.: average fiber length 500 μm, average fiber diameter 13 μm: electrical conductivity 200 mS/cm] were mixed at 2000 rpm for 5 minutes using a planetary stirring type mixing and kneading device {Awatori Rentaro [manufactured by Shinky Co., Ltd.]}. Subsequently, 30 parts of the electrolyte and 206 parts of the coated positive electrode active material particles were added, and the mixture was further mixed at 2000 rpm for 2 minutes using the planetary stirring type mixing and kneading device. After adding another 20 parts of the electrolyte, the mixture was stirred at 2000 rpm for 1 minute using the planetary stirring type mixing and kneading device, and then 2.3 parts of the electrolyte were added, and the mixture was stirred at 2000 rpm for 2 minutes using the planetary stirring type mixing and kneading device to prepare a slurry for the positive electrode active material layer. The obtained slurry for the positive electrode active material layer was applied to one side of the resin current collector for the positive electrode to a basis weight of 80 mg/ cm² , and pressed at a pressure of 1.4 MPa for approximately 10 seconds to produce a lithium-ion battery positive electrode (16.2 cm × 16.2 cm) according to Example 1 with a thickness of 340 μm.
[負極用樹脂集電体の作製]
2軸押出機にて、ポリプロピレン[商品名「サンアロマーPL500A」、サンアロマー(株)製]70部、カーボンブラック[商品名:SuperP、Timcal製]25部及び分散剤[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]5部を200℃、200rpmの条件で溶融混練して樹脂混合物を得た。
得られた樹脂混合物を、Tダイ押出しフィルム成形機に通して、それを延伸圧延することで、膜厚100μmの樹脂集電体用導電性フィルムを得た。次いで、得られた樹脂集電体用導電性フィルムを17.0cm×17.0cmとなるように切断し、片面にニッケル蒸着を施した後、電流取り出し用の端子(5mm×3cm)を接続した実施例1に係る負極用樹脂集電体を得た。
[Fabrication of resin current collector for negative electrode]
A resin mixture was obtained by melt-kneading 70 parts of polypropylene [product name "Sun Allomer PL500A", manufactured by Sun Allomer Co., Ltd.], 25 parts of carbon black [product name: SuperP, manufactured by Timcal], and 5 parts of dispersant [product name "Yumex 1001", manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.] in a twin-screw extruder at 200°C and 200 rpm.
The obtained resin mixture was passed through a T-die extrusion film molding machine and stretched and rolled to obtain a conductive film for resin current collectors with a thickness of 100 μm. Next, the obtained conductive film for resin current collectors was cut to 17.0 cm × 17.0 cm, nickel deposition was applied to one side, and then a terminal for current extraction (5 mm × 3 cm) was connected to obtain a negative electrode resin current collector according to Example 1.
[被覆負極活物質粒子の作製]
被覆用高分子化合物1部をDMF3部に溶解し、被覆用高分子化合物溶液を得た。
負極活物質粒子(ハードカーボン粉末、体積平均粒子径25μm)76部を万能混合機ハイスピードミキサーFS25[(株)アーステクニカ製]に入れ、室温、720rpmで撹拌した状態で、被覆用高分子化合物溶液9部を2分かけて滴下し、さらに5分撹拌した。
次いで、撹拌した状態で導電助剤であるアセチレンブラック[デンカ(株)製 デンカブラック(登録商標)]9部、カーボンナノファイバー[帝人(株)製]2部及びガラスセラミック粒子(商品名「リチウムイオン伝導性ガラスセラミックスLICGCTMPW-01(1μm)」[株式会社オハラ製]、(1μm))4部を分割しながら2分間で投入し、30分撹拌を継続した。
その後、撹拌を維持したまま0.01MPaまで減圧し、次いで撹拌と減圧度を維持したまま温度を140℃まで昇温し、撹拌、減圧度及び温度を8時間維持して揮発分を留去した。
得られた粉体を目開き200μmの篩いで分級し、実施例1に係る被覆負極活物質粒子を得た。
[Fabrication of coated negative electrode active material particles]
One part of the coating polymer compound was dissolved in three parts of DMF to obtain a coating polymer compound solution.
76 parts of negative electrode active material particles (hard carbon powder, volume average particle size 25 μm) were placed in a universal mixer high-speed mixer FS25 [manufactured by Earth Technica Co., Ltd.], and while stirring at room temperature and 720 rpm, 9 parts of the coating polymer compound solution were added dropwise over 2 minutes, and the mixture was stirred for a further 5 minutes.
Next, while stirring, nine parts of acetylene black [Denka Black (registered trademark) manufactured by Denka Co., Ltd.], two parts of carbon nanofiber [manufactured by Teijin Limited], and four parts of glass ceramic particles (product name "Lithium-ion conductive glass ceramics LICGC ™ PW-01 (1 μm)" [manufactured by Ohara Co., Ltd.], (1 μm)) were added in two parts over two minutes, and stirring was continued for 30 minutes.
Subsequently, the pressure was reduced to 0.01 MPa while maintaining stirring, and then the temperature was raised to 140°C while maintaining stirring and reduced pressure. The stirring, reduced pressure, and temperature were maintained for 8 hours to remove volatile components by distillation.
The obtained powder was classified using a sieve with a mesh size of 200 μm to obtain coated negative electrode active material particles according to Example 1.
[リチウムイオン電池用負極の作製]
電解液42部と炭素繊維[大阪ガスケミカル(株)製 ドナカーボ・ミルド S-243:平均繊維長500μm、平均繊維径13μm:電気伝導度200mS/cm]4.2部とを遊星撹拌型混合混練装置{あわとり練太郎[(株)シンキー製]}を用いて2000rpmで5分間混合し、続いて上記電解液30部と上記の被覆負極活物質粒子206部を追加した後、更に遊星撹拌型混合混練装置で2000rpmで2分間混合し、上記電解液20部を更に追加した後、遊星撹拌型混合混練装置による撹拌を2000rpmで1分間行い、更に上記電解液を2.3部更に追加した後、遊星撹拌型混合混練装置による撹拌を2000rpmで2分間混合して、負極活物質層用スラリーを作製した。得られた負極活物質層用スラリーを目付量が80mg/cm2となるよう、上記負極用樹脂集電体の片面に塗布し、1.4MPaの圧力で約10秒プレスし、厚さが340μmの実施例1に係るリチウムイオン電池用負極(16.2cm×16.2cm)を作製した。
[Fabrication of negative electrodes for lithium-ion batteries]
42 parts of electrolyte and 4.2 parts of carbon fiber [Donacarbo Milled S-243 manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.: average fiber length 500 μm, average fiber diameter 13 μm: electrical conductivity 200 mS/cm] were mixed at 2000 rpm for 5 minutes using a planetary stirring type mixing and kneading device {Awatori Rentaro [manufactured by Shinky Co., Ltd.]}. Subsequently, 30 parts of the electrolyte and 206 parts of the coated negative electrode active material particles were added, and the mixture was further mixed at 2000 rpm for 2 minutes using the planetary stirring type mixing and kneading device. After adding another 20 parts of the electrolyte, the mixture was stirred at 2000 rpm for 1 minute using the planetary stirring type mixing and kneading device, and then 2.3 parts of the electrolyte were added, and the mixture was stirred at 2000 rpm for 2 minutes using the planetary stirring type mixing and kneading device to prepare a slurry for the negative electrode active material layer. The obtained slurry for the negative electrode active material layer was applied to one side of the negative electrode resin current collector to a basis weight of 80 mg/ cm² , and pressed at a pressure of 1.4 MPa for approximately 10 seconds to produce a lithium-ion battery negative electrode (16.2 cm × 16.2 cm) according to Example 1 with a thickness of 340 μm.
[リチウムイオン電池の作製]
得られたリチウムイオン電池用正極及びリチウムイオン電池用負極を、セパレータ(セルガード製#3501)を介して組み合わせ、ラミネートセルを作製することにより、実施例1に係るリチウムイオン電池を作製した。
[Manufacturing of lithium-ion batteries]
The lithium-ion battery according to Example 1 was fabricated by combining the obtained positive electrode and negative electrode for lithium-ion batteries via a separator (Cellguard #3501) to create a laminate cell.
(実施例2)~(実施例18)及び(比較例1)~(比較例3)
上記[正極用樹脂集電体の作製]において用いるポリオレフィン樹脂、導電性フィラー及びガス吸着粒子の種類及び割合、並びに正極用樹脂集電体の膜厚を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして実施例2~18及び比較例1~3に係る正極用樹脂集電体を作製した。
当該正極用樹脂集電体を用いてリチウムイオン電池を作製した。
なお、比較例3では、正極用樹脂集電体を成膜することができなかった。
これは、ガス吸着粒子の含有量が多すぎたので、マトリックス樹脂であるポリオレフィン樹脂の含有量が少なくなったため、ガス吸着粒子、導電性フィラー等を接着することができなかったためと考えられる。
(Examples 2) to (Examples 18) and (Comparative Example 1) to (Comparative Example 3)
Except for changing the type and proportion of polyolefin resin, conductive filler, and gas adsorbent particles used in the above [Preparation of Resin Current Collector for Positive Electrode], and the film thickness of the resin current collector for positive electrode as shown in Table 1, the resin current collectors for positive electrode according to Examples 2 to 18 and Comparative Examples 1 to 3 were prepared in the same manner as in Example 1.
A lithium-ion battery was fabricated using the resin current collector for the positive electrode.
In Comparative Example 3, it was not possible to form a film on the resin current collector for the positive electrode.
This is thought to be because the gas-adsorbing particle content was too high, resulting in a low content of the polyolefin resin, which is the matrix resin, making it impossible to adhere the gas-adsorbing particles, conductive fillers, etc.
(実施例19)
正極用樹脂集電体及び負極用樹脂集電体として以下のものを用いた以外は、実施例1と同様にして実施例19に係るリチウムイオン電池を作製した。
(Example 19)
A lithium-ion battery according to Example 19 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the following resin current collectors were used for the positive electrode and the negative electrode.
[正極用樹脂集電体の作製]
2軸押出機にて、ポリプロピレン[商品名「サンアロマーPL500A」、サンアロマー(株)製]70部、カーボンブラック[商品名:SuperP、Timcal製]及び分散剤[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]5部を200℃、200rpmの条件で溶融混練して樹脂混合物を得た。
得られた樹脂混合物を、Tダイ押出しフィルム成形機に通して、それを延伸圧延することで、膜厚100μmの樹脂集電体用導電性フィルムを得た。次いで、得られた樹脂集電体用導電性フィルムを17.0cm×17.0cmとなるように切断し、片面にニッケル蒸着を施した後、電流取り出し用の端子(5mm×3cm)を接続した実施例19に係る正極用樹脂集電体を得た。
[Manufacturing of resin current collector for positive electrode]
A resin mixture was obtained by melt-kneading 70 parts of polypropylene [product name "Sun Allomer PL500A", manufactured by Sun Allomer Co., Ltd.], 5 parts of carbon black [product name: SuperP, manufactured by Timcal] and a dispersant [product name "Yumex 1001", manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.] in a twin-screw extruder at 200°C and 200 rpm.
The obtained resin mixture was passed through a T-die extrusion film molding machine and stretched and rolled to obtain a conductive film for resin current collectors with a thickness of 100 μm. Next, the obtained conductive film for resin current collectors was cut to 17.0 cm × 17.0 cm, nickel deposition was applied to one side, and then a current extraction terminal (5 mm × 3 cm) was connected to obtain a positive electrode resin current collector according to Example 19.
[負極用樹脂集電体の作製]
2軸押出機にて、ポリオレフィン樹脂としてポリプロピレン[商品名「サンアロマーPL500A」、サンアロマー(株)製]65部、導電性フィラーとしてカーボンブラック[商品名:SuperP、Timcal製]20部、ガス吸着粒子としてゼオライト2[商品名「モレキュラーシーブ 5A パウダー」:平均粒子径8μm、巴工業株式会社製]10部及び分散剤[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]5部を200℃、200rpmの条件で溶融混練して樹脂混合物を得た。
得られた樹脂混合物を、Tダイ押出しフィルム成形機に通して、それを延伸圧延することで、膜厚50μmの樹脂集電体用導電性フィルムを得た。次いで、得られた樹脂集電体用導電性フィルムを17.0cm×17.0cmとなるように切断し、片面にニッケル蒸着を施した後、電流取り出し用の端子(5mm×3cm)を接続した実施例19に係る負極用樹脂集電体を得た。
[Fabrication of resin current collector for negative electrode]
A resin mixture was obtained by melt-kneading 65 parts of polypropylene [product name "Sun Allomer PL500A", manufactured by Sun Allomer Co., Ltd.] as a polyolefin resin, 20 parts of carbon black [product name: SuperP, manufactured by Timcal] as a conductive filler, 10 parts of zeolite 2 [product name "Molecular Sieve 5A Powder": average particle size 8 μm, manufactured by Tomoe Engineering Co., Ltd.] as gas adsorption particles, and 5 parts of dispersant [product name "Yumex 1001", manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.] at 200°C and 200 rpm using a twin-screw extruder.
The obtained resin mixture was passed through a T-die extrusion film molding machine and stretched and rolled to obtain a conductive film for resin current collectors with a thickness of 50 μm. Next, the obtained conductive film for resin current collectors was cut to 17.0 cm × 17.0 cm, nickel deposition was applied to one side, and then a terminal for current extraction (5 mm × 3 cm) was connected to obtain a negative electrode resin current collector according to Example 19.
表1におけるガス吸着粒子の種類は以下の通りである。
ゼオライト1:製品名「Zeoal 4A」、平均粒子径:0.045μm、製造元:株式会社中村超硬
ゼオライト2:製品名「モレキュラーシーブ 5A パウダー」、平均粒子径:8μm、製造元:巴工業株式会社
ゼオライト3:製品名「モレキュラーシーブ 5A ペレット」、平均粒子径:20μm、製造元:巴工業株式会社
ゼオライト4:製品名「モレキュラーシーブ 13X パウダー」、平均粒子径:8μm、製造元:巴工業株式会社
ゼオライト5:製品名「モレキュラーシーブ 5A ペレット」、平均粒子径:40μm、製造元:巴工業株式会社
シリカ1:製品名「シリカパウダー」、平均粒子径:9μm、製造元:株式会社丸東
シリカ2:製品名「シリカゲル」、平均粒子径:19μm、製造元:株式会社丸東
シリカ3:製品名「シリカパウダー」、平均粒子径:38μm、製造元:株式会社丸東
活性炭:製品名「粉末活性炭 KD-PWSSP」、平均粒子径:4μm、製造元:株式会社ユー・イー・エス
アルミナ:製品名「活性アルミナ AA-101」、平均粒子径:12μm、製造元:日本軽金属株式会社
なお、「ゼオライト3」、「ゼオライト5」、「シリカ1」及び「シリカ3」は、乳鉢で粉砕し、篩で平均粒子径を整えた。
The types of gas-adsorbed particles in Table 1 are as follows:
Zeolite 1: Product name "Zeoal 4A", average particle size: 0.045 μm, Manufacturer: Nakamura Choko Co., Ltd. Zeolite 2: Product name "Molecular Sieve 5A Powder", average particle size: 8 μm, Manufacturer: Tomoe Kogyo Co., Ltd. Zeolite 3: Product name "Molecular Sieve 5A Pellets", average particle size: 20 μm, Manufacturer: Tomoe Kogyo Co., Ltd. Zeolite 4: Product name "Molecular Sieve 13X Powder", average particle size: 8 μm, Manufacturer: Tomoe Kogyo Co., Ltd. Zeolite 5: Product name "Molecular Sieve 5A Silica 1: Product name "Silica Powder", average particle size: 9 μm, manufacturer: Maruto Co., Ltd. Silica 2: Product name "Silica Gel", average particle size: 19 μm, manufacturer: Maruto Co., Ltd. Silica 3: Product name "Silica Powder", average particle size: 38 μm, manufacturer: Maruto Co., Ltd. Activated Carbon: Product name "Powdered Activated Carbon KD-PWSSP", average particle size: 4 μm, manufacturer: UES Co., Ltd. Alumina: Product name "Activated Alumina AA-101", average particle size: 12 μm, manufacturer: Nippon Light Metal Co., Ltd. Note that "Zeolite 3", "Zeolite 5", "Silica 1", and "Silica 3" were crushed in a mortar and pestle and the average particle size was adjusted using a sieve.
<樹脂集電体の成膜性の観察>
実施例1~18及び比較例1~3の正極用樹脂集電体並びに実施例19の負極用樹脂集電体の成膜性を目視で確認した。評価基準は以下の通りである。結果を表1に示す。
〇:成膜でき、膜厚が30μm以上、70μm未満である。
△:成膜でき、膜厚が70μm以上である。
×:成膜できなかった。
<Observation of film-forming properties of resin current collectors>
The film-forming properties of the positive electrode resin current collectors in Examples 1-18 and Comparative Examples 1-3, and the negative electrode resin current collector in Example 19 were visually inspected. The evaluation criteria were as follows. The results are shown in Table 1.
○: Can form a film, with a film thickness of 30 μm or more and less than 70 μm.
△: Can form a film, with a film thickness of 70 μm or more.
×: Film deposition failed.
<内部抵抗値の測定>
各実施例及び比較例で得られたリチウムイオン電池を、25℃で充放電測定装置「バッテリーアナライザー1470型」[東陽テクニカ(株)製]を用いて、0.05Cの定電流で電圧4.2Vまで充電後、4.2Vの定電圧の状態で0.01Cの電流値になるまで充電を行った。10分間の休止後、0.01Cの定電流で電圧2.5Vまで放電し、0.05Cの定電流で電圧4.2Vまで充電を行った。次いで、充電を行ったリチウムイオン電池を60℃環境下で保存した。
インピーダンス測定装置(日置電機(株)製、ケミカルインピーダンスアナライザ IM3590)を使用し、0日後(フル充電直後)、7日間保存後及び14日間保存後の周波数1000Hzにおける内部抵抗値を測定した。結果を表1に示す。
表1に示す「変化率」は、0日後に対する14日後の内部抵抗値の上昇割合を意味している。
<Measurement of internal resistance>
The lithium-ion batteries obtained in each example and comparative example were charged to a voltage of 4.2V at 25°C using a charge/discharge measurement device "Battery Analyzer Model 1470" [manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.] with a constant current of 0.05C, and then charged again at a constant voltage of 4.2V until the current value was 0.01C. After a 10-minute rest, the batteries were discharged to a voltage of 2.5V with a constant current of 0.01C, and then charged to a voltage of 4.2V with a constant current of 0.05C. The charged lithium-ion batteries were then stored in a 60°C environment.
An impedance measuring device (HIOKI E.E. CORPORATION, Chemical Impedance Analyzer IM3590) was used to measure the internal resistance at a frequency of 1000 Hz after 0 days (immediately after full charge), after 7 days of storage, and after 14 days of storage. The results are shown in Table 1.
The "rate of change" shown in Table 1 represents the percentage increase in the internal resistance value after 14 days compared to after 0 days.
表1に示すように、各実施例のリチウムイオン電池では、内部抵抗値(Ω)は上昇しにくいことが判明した。
これは、各実施例の正極用樹脂集電体又は負極用樹脂集電体がガス吸着粒子を含むので、リチウムイオン電池の充放電に伴い発生するガスを吸着することができ、ガスが原因で電池のガス膨れが生じることを防ぐことができたためと考えられる。
As shown in Table 1, it was found that the internal resistance (Ω) of the lithium-ion batteries in each embodiment did not increase easily.
This is thought to be because the positive electrode resin current collector or negative electrode resin current collector in each embodiment contains gas adsorption particles, which can adsorb gas generated during the charging and discharging of the lithium-ion battery, thereby preventing the battery from bulging due to gas.
本発明のリチウムイオン電池用樹脂集電体は、特に、携帯電話、パーソナルコンピューター、ハイブリッド自動車及び電気自動車用に用いられるリチウムイオン電池用の樹脂集電体として有用である。 The resin current collector for lithium-ion batteries of the present invention is particularly useful as a resin current collector for lithium-ion batteries used in mobile phones, personal computers, hybrid vehicles, and electric vehicles.
Claims (5)
前記ガス吸着粒子の重量割合が、前記リチウムイオン電池用樹脂集電体の重量を基準として5~20重量%であり、
前記ガス吸着粒子が、活性炭、ゼオライト、シリカ、及びアルミナからなる群より選ばれる1種以上であることを特徴とするリチウムイオン電池用樹脂集電体。 A resin current collector for lithium-ion batteries, comprising a resin composition containing a polyolefin resin, a conductive filler, and gas-adsorbing particles,
The weight percentage of the gas adsorbed particles is 5 to 20% by weight, based on the weight of the resin current collector for the lithium-ion battery.
A resin current collector for lithium-ion batteries, characterized in that the gas adsorption particles are one or more selected from the group consisting of activated carbon, zeolite, silica, and alumina.
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