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JP7838538B2 - Method for manufacturing an electrode active material layer, and method for manufacturing a battery - Google Patents
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JP7838538B2 - Method for manufacturing an electrode active material layer, and method for manufacturing a battery - Google Patents

Method for manufacturing an electrode active material layer, and method for manufacturing a battery

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JP7838538B2 JP2023131305A JP2023131305A JP7838538B2 JP 7838538 B2 JP7838538 B2 JP 7838538B2 JP 2023131305 A JP2023131305 A JP 2023131305A JP 2023131305 A JP2023131305 A JP 2023131305A JP 7838538 B2 JP7838538 B2 JP 7838538B2
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Description

本開示は、電極活物質層の製造方法、及び電池の製造方法に関する。 This disclosure relates to a method for manufacturing an electrode active material layer and a method for manufacturing a battery.

リチウムイオン電池の電極活物質層は、電極活物質及びバインダー等を含む電極合材スラリーを集電体上に塗布して、乾燥させることによって製造することができる。上記乾燥時に、バインダーがスラリー表面に移動することにより、集電体付近のバインダー量が減少することがある。その結果、電極活物質層と集電体との接着力が低下する。これに対して、上記接着力を向上させるための技術が開発されている。 The electrode active material layer of a lithium-ion battery can be manufactured by applying an electrode mixture slurry containing the electrode active material and binder to a current collector and drying it. During the drying process, the binder may migrate to the slurry surface, reducing the amount of binder near the current collector. As a result, the adhesive strength between the electrode active material layer and the current collector decreases. Technologies have been developed to improve this adhesive strength.

例えば、特許文献1は、集電体と、前記集電体の少なくとも片面に位置し、人造黒鉛、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)、及びバインダー高分子を含む負極活物質層と、を備え、前記負極活物質層が、前記集電体に面する下層領域と、前記下層領域に面しつつ、負極活物質層の表面まで延びる上層領域と、からなり、前記単層カーボンナノチューブの含量が、前記下層領域100重量部に基づいて、0.003~0.07重量部であり、前記単層カーボンナノチューブの平均直径が0.5~15nmであり、前記上層領域は、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)を含まないことを特徴とする負極を開示している。 For example, Patent Document 1 discloses a negative electrode comprising a current collector and a negative electrode active material layer located on at least one side of the current collector, containing artificial graphite, single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), and a binder polymer. The negative electrode active material layer comprises a lower region facing the current collector and an upper region facing the lower region and extending to the surface of the negative electrode active material layer. The content of the single-walled carbon nanotubes is 0.003 to 0.07 parts by weight based on 100 parts by weight of the lower region, the average diameter of the single-walled carbon nanotubes is 0.5 to 15 nm, and the upper region does not contain single-walled carbon nanotubes (SWCNTs).

特許文献1は、このような負極を製造するために、負極活物質としての人造黒鉛、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)、バインダー高分子としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)、及び水等を混合して、下層用のスラリーを製造し、SWCNTを含まないこと以外は下層用のスラリーと同様にして上層用のスラリーを製造したことを開示している。特許文献1は、更に、負極集電体としての銅(Cu)張り薄膜の片面に上記下層用のスラリーをコーティングし、このスラリーの上に上記上層用のスラリーをコーティングして、両スラリーを乾燥させたことを開示している。 Patent Document 1 discloses that, in order to manufacture such a negative electrode, a slurry for the lower layer is produced by mixing artificial graphite as the negative electrode active material, single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder polymer, and water, and an upper layer slurry is produced in the same manner as the lower layer slurry, except that it does not contain SWCNTs. Patent Document 1 further discloses that the lower layer slurry is coated on one side of a copper (Cu) clad thin film used as the negative electrode current collector, the upper layer slurry is coated on top of this slurry, and both slurries are dried.

特表2023-522659号公報Special Publication No. 2023-522659

本開示は、電極活物質層と集電体との接着力の低下を抑制するために、より簡便に、電極活物質層中にバインダーを均一に分散させることができる電極活物質層の製造方法、及びこのようにして製造された電極活物質層を含む電池の製造方法を提供することを目的とする。 This disclosure aims to provide a method for manufacturing an electrode active material layer that allows for simpler and more uniform dispersion of a binder within the electrode active material layer, in order to suppress a decrease in the adhesive strength between the electrode active material layer and the current collector, and a method for manufacturing a battery containing the electrode active material layer manufactured in this way.

本件開示者等は、以下の手段により上記課題を解決することができることを見出した。
〈態様1〉
以下の工程を含む、電極活物質層の製造方法:
繊維状物質及びバインダーを分散媒中で混合して予備スラリーを得ること、
得られた前記予備スラリー及び電極活物質を混合して電極合材スラリーを得ること、及び
得られた前記電極合材スラリーを基材に塗布し、そして前記分散媒を乾燥除去すること。
〈態様2〉
前記繊維状物質が、カーボンナノチューブである、
態様1に記載の方法。
〈態様3〉
前記バインダーが、スチレンブタジエンゴムである、
態様2に記載の方法。
〈態様4〉
前記乾燥工程における熱源が、熱風又はレーザーである、
態様1~3のいずれか一項に記載の方法。
〈態様5〉
態様1~4のいずれか一項に記載の方法によって電極活物質層を製造することを含む、
電池の製造方法。
The Disclosing Party has found that the above-mentioned problems can be solved by the following means.
<Aspect 1>
A method for producing an electrode active material layer, including the following steps:
A preliminary slurry is obtained by mixing a fibrous material and a binder in a dispersion medium.
The obtained preliminary slurry and electrode active material are mixed to obtain an electrode mixture slurry, and the obtained electrode mixture slurry is applied to a substrate, and the dispersion medium is dried and removed.
<Aspect 2>
The fibrous material is a carbon nanotube.
The method according to embodiment 1.
<Aspect 3>
The binder is styrene-butadiene rubber.
The method according to embodiment 2.
<Aspect 4>
The heat source in the drying process is hot air or a laser.
The method according to any one of embodiments 1 to 3.
<Aspect 5>
The method described in any one of embodiments 1 to 4 is used to produce an electrode active material layer,
Battery manufacturing method.

本開示によれば、電極活物質層と集電体との接着力の低下を抑制するために、より簡便に、電極活物質層中にバインダーを均一に分散させることができる電極活物質層の製造方法、及びこのようにして製造された電極活物質層を含む電池の製造方法を提供することができる。 According to this disclosure, a method for manufacturing an electrode active material layer that allows for more easily and uniformly dispersing a binder within the electrode active material layer in order to suppress a decrease in the adhesive strength between the electrode active material layer and the current collector, and a method for manufacturing a battery containing the electrode active material layer manufactured in this way can be provided.

図1(a)は、本開示の実施例に係る方法で調製した電極合材スラリーを示す概略図であり、図1(b)は、本開示の比較例に係る方法で調製した電極合材スラリーを示す概略図である。Figure 1(a) is a schematic diagram showing an electrode mixture slurry prepared by the method according to the embodiment of this disclosure, and Figure 1(b) is a schematic diagram showing an electrode mixture slurry prepared by the method according to the comparative example of this disclosure. 図2(a)は、本開示の実施例に係る方法で製造した電極活物質層のSEM画像であり、図2(b)は、本開示の比較例に係る方法で製造した電極活物質層のSEM画像である。Figure 2(a) is an SEM image of an electrode active material layer manufactured by the method according to the embodiment of this disclosure, and Figure 2(b) is an SEM image of an electrode active material layer manufactured by the method according to the comparative example of this disclosure. 図3(a)は、本開示の実施例に係る方法で製造した電極活物質層の断面SEM画像であり、図3(b)は、本開示の比較例に係る方法で製造した電極活物質層の断面SEM画像である。Figure 3(a) is a cross-sectional SEM image of an electrode active material layer manufactured by the method according to the embodiment of this disclosure, and Figure 3(b) is a cross-sectional SEM image of an electrode active material layer manufactured by the method according to the comparative example of this disclosure.

以下、本開示の実施の形態について詳述する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、開示の本旨の範囲内で種々変形して実施できる。 The embodiments of this disclosure will be described in detail below. However, this disclosure is not limited to the embodiments described below, and can be implemented in various modified forms within the scope of the essence of the disclosure.

《電極活物質層の製造方法》
電極活物質層を製造する本開示の方法は、繊維状物質及びバインダーを分散媒中で混合して予備スラリーを得ること、得られた予備スラリー及び電極活物質を混合して電極合材スラリーを得ること、及び得られた電極合材スラリーを基材に塗布し、そして分散媒を乾燥除去することを含む。
Method for manufacturing electrode active material layer
A method for producing an electrode active material layer according to this disclosure includes mixing a fibrous material and a binder in a dispersion medium to obtain a preliminary slurry, mixing the obtained preliminary slurry and an electrode active material to obtain an electrode composite slurry, and applying the obtained electrode composite slurry to a substrate and drying off the dispersion medium.

上述のとおり、リチウムイオン電池の電極活物質層は、電極活物質及びバインダー等を含む電極合材スラリーを集電体上に塗布して、乾燥させることによって製造することができる。上記乾燥時に、バインダーがスラリー表面に移動することにより、集電体付近のバインダー量が減少することがある。 As described above, the electrode active material layer of a lithium-ion battery can be manufactured by applying an electrode mixture slurry containing the electrode active material and binder to a current collector and drying it. During the drying process, the binder may migrate to the slurry surface, potentially reducing the amount of binder near the current collector.

これに関して、本件開示者等は、繊維状物質、及びバインダーを分散媒中で混合して予備スラリーを調製し、その後、この予備スラリーと電極活物質とを混合して電極合材スラリーを調製することで、得られる電極活物質層中にバインダーを均一に分散させることができることを見出した。この理由としては、何らの理論に束縛されることを意図しないが、予備スラリー中で繊維状物質にバインダーが絡まって捕捉されることにより、その後調製される電極合材スラリーの乾燥時に、バインダーがスラリー表面に移動するのを抑制することができ、その結果、電極活物質層中にバインダーを均一に分散させることができると考えられる。 In this regard, the Disclosing Parties have found that by mixing fibrous material and a binder in a dispersion medium to prepare a preliminary slurry, and then mixing this preliminary slurry with electrode active material to prepare an electrode composite slurry, the binder can be uniformly dispersed in the resulting electrode active material layer. While not intended to be bound by any particular theory, it is believed that the binder becomes entangled and trapped by the fibrous material in the preliminary slurry, thereby suppressing the binder's migration to the slurry surface during the drying of the subsequently prepared electrode composite slurry. As a result, the binder can be uniformly dispersed in the electrode active material layer.

すなわち、図1(a)に示されるように、事前に予備スラリーを調製し、その後調製された電極合材スラリー1においては、バインダー20が繊維状物質10に絡まって捕捉されるため、バインダー20がスラリー表面に移動するのを抑制することができると考えられる。これに対して、図1(b)に示されるように、予備スラリーを調製せずに調製された電極合材スラリー1においては、バインダー20が繊維状物質10に十分に捕捉されないため、バインダー20がスラリー表面に移動するのを抑制することができないと考えられる。 In other words, as shown in Figure 1(a), in the electrode mixture slurry 1 prepared after preparing a preliminary slurry, the binder 20 is entangled and captured by the fibrous material 10, thus suppressing the movement of the binder 20 to the slurry surface. In contrast, as shown in Figure 1(b), in the electrode mixture slurry 1 prepared without preparing a preliminary slurry, the binder 20 is not sufficiently captured by the fibrous material 10, thus failing to suppress the movement of the binder 20 to the slurry surface.

〈予備スラリー調製工程〉
本開示の方法は、繊維状物質及びバインダーを分散媒中で混合して予備スラリーを得ることを含む。
<Preliminary slurry preparation process>
The method of this disclosure includes mixing a fibrous material and a binder in a dispersion medium to obtain a preliminary slurry.

繊維状物質としては、バインダーを絡ませて捕捉する機能を有するものであれば特に限定されない。例えば、繊維状物質は、カーボンナノチューブ(CNT)、若しくはカーボンナノファイバー(CNF)等の材料、又はこれらの組み合わせであってよいが、これらに限定されない。カーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)、若しくは多層カーボンナノチューブ(MWCNT)、又はこれらの組み合わせであってよい。 The fibrous material is not particularly limited as long as it has the function of entangling and capturing the binder. For example, the fibrous material may be, but is not limited to, materials such as carbon nanotubes (CNTs) or carbon nanofibers (CNFs), or combinations thereof. The carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), or combinations thereof.

繊維状物質の平均直径は、0.1nm以上、1.0nm以上、5.0nm以上、10nm以上、又は15nm以上であってよく、100nm以下、75nm以下、50nm以下、30nm以下、又は25nm以下であってよい。 The average diameter of the fibrous material may be 0.1 nm or more, 1.0 nm or more, 5.0 nm or more, 10 nm or more, or 15 nm or more, and may be 100 nm or less, 75 nm or less, 50 nm or less, 30 nm or less, or 25 nm or less.

繊維状物質の含有量は、電極合材100質量部に対して、0質量部超、0.001質量部以上、0.003質量部以上、又は0.005質量部以上であってよく、1.0質量部以下、0.1質量部以下、又は0.01質量部以下であってよい。 The fibrous material content may be greater than 0 parts by mass, 0.001 parts by mass or more, 0.003 parts by mass or more, or 0.005 parts by mass or more, per 100 parts by mass of electrode composite material, and may be 1.0 parts by mass or less, 0.1 parts by mass or less, or 0.01 parts by mass or less.

なお、本開示に関して、「電極合材」は、そのままで又は他の成分を更に含有することによって、電極活物質層を構成することができる組成物を意味している。 Furthermore, in this disclosure, "electrode mixture" means a composition that can constitute an electrode active material layer, either in its own form or by further containing other components.

バインダーとしては、電極活物質層のバインダーとして通常用いられているものであれば特に限定されない。例えば、ポリビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(PVDF-co-HEP)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、澱粉、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等の材料、又はこれらの組合せであってよいが、これらに限定されない。バインダーは特に、コロイド粒子の状態であってよい。 The binder is not particularly limited as long as it is one that is commonly used as a binder for electrode active material layers. For example, it may be, but is not limited to, materials such as polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HEP), polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, carboxymethylcellulose (CMC), hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyethylene, polypropylene, starch, butadiene rubber (BR), styrene- butadiene rubber (SBR), fluororubber, or combinations thereof. The binder may be in the form of colloidal particles.

バインダーとしては、繊維状物質と親和性の高い材料であってよい。例えば、繊維状物質がCNTのような六員環ネットワークによって形成された材料である場合、バインダーとしてSBRのような芳香環を有する材料を用いると、π-π相互作用によって、より効率的に繊維状物質がバインダーを捕捉することができると考えられる。 The binder can be a material with high affinity for the fibrous material. For example, if the fibrous material is formed by a six-membered ring network such as CNTs, using a binder with aromatic rings such as SBR is thought to allow the fibrous material to capture the binder more efficiently through π-π interactions.

バインダーの含有量は、電極合材100質量部に対して、10質量部以上、15質量部以上、25質量部以上、又は30質量部以上であってよく、50質量部以下、40質量部以下、35質量部以下、又は33質量部以下であってよい。 The binder content may be 10 parts by mass or more, 15 parts by mass or more, 25 parts by mass or more, or 30 parts by mass or more, per 100 parts by mass of electrode composite material, and may be 50 parts by mass or less, 40 parts by mass or less, 35 parts by mass or less, or 33 parts by mass or less.

電極合材中における繊維状物質とバインダーの質量比は、1:3000~1:6000、1:3500~1:5500、又は1:4000~1:5000であってよい。 The mass ratio of fibrous material to binder in the electrode composite may be 1:3000 to 1:6000, 1:3500 to 1:5500, or 1:4000 to 1:5000.

分散媒としては、繊維状物質、及びバインダーを分散させることができるものであれば特に限定されない。例えば、分散媒は、水、並びにN-メチルピロリドン、及びアセトン等の有機溶媒であってよいが、これらに限定されない。 The dispersion medium is not particularly limited as long as it can disperse the fibrous material and the binder. For example, the dispersion medium may be water, and organic solvents such as N-methylpyrrolidone and acetone, but is not limited to these.

繊維状物質及びバインダーを分散媒中で混合する方法としては、特に限定されないが、例えば、混練機で混練する方法が挙げられる。この場合、せん断速度は、0rpm超、1rpm以上、3rpm以上、又は5rpm以上であってよく、300rpm以下、200rpm以下、100rpm以下、又は50rpm以下であってよい。また、混練時間は、0分超、1分以上、3分以上、又は5分以上であってよく、60分以下、30分以下、20分以下、又は10分以下であってよい。 The method for mixing the fibrous material and the binder in the dispersion medium is not particularly limited, but one example is mixing them in a kneader. In this case, the shear rate may be greater than 0 rpm, 1 rpm or more, 3 rpm or more, or 5 rpm or more, and may be 300 rpm or less, 200 rpm or less, 100 rpm or less, or 50 rpm or less. The kneading time may be greater than 0 minutes, 1 minute or more, 3 minutes or more, or 5 minutes or more, and may be 60 minutes or less, 30 minutes or less, 20 minutes or less, or 10 minutes or less.

〈電極合材スラリー調製工程〉
本開示の方法は、得られた予備スラリー及び電極活物質を混合して電極合材スラリーを得ることを含む。
<Electrode mixture slurry preparation process>
The method disclosed herein includes mixing the obtained preliminary slurry and electrode active material to obtain an electrode composite slurry.

本開示に関して、「電極合材スラリー」は、「電極合材」に加えて分散媒を含み、それによって塗布及び乾燥して電極活物質層を形成できるスラリーを意味している。 In this disclosure, "electrode mixture slurry" means a slurry that includes a dispersion medium in addition to the "electrode mixture," and which can be applied and dried to form an electrode active material layer.

電極活物質としては、電池の電極活物質として用いることができるものであれば特に限定されない。したがって、電極活物質は、正極活物質であっても負極活物質であってもよい。公知の電極活物質のうち、所定のイオンを吸蔵放出する電位(充放電電位)の異なる2つの物質を選択し、貴な電位を示す物質を正極活物質とし、卑な電位を示す物質を負極活物質として、それぞれ用いることができる。 The electrode active material is not particularly limited as long as it can be used as an electrode active material in a battery. Therefore, the electrode active material may be either a positive electrode active material or a negative electrode active material. From known electrode active materials, two materials with different potentials for intercalating and releasing predetermined ions (charge/discharge potentials) can be selected, and the material exhibiting a noble potential can be used as the positive electrode active material, and the material exhibiting a base potential can be used as the negative electrode active material.

正極活物質としては、公知の活物質を用いればよい。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、正極活物質としてコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、マンガン酸リチウム、スピネル系リチウム化合物等の各種のリチウム含有複合酸化物を用いることができる。また、オリビン型の正極活物質としてリン酸鉄リチウム(LFP)を用いることができる。正極活物質は、例えば、粒子状であってもよく、その大きさは特に限定されるものではない。 Any known active material can be used as the positive electrode active material. For example, when constructing a lithium-ion battery, various lithium-containing composite oxides such as lithium cobaltate, lithium nickelate, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , lithium manganeseate, and spinel-based lithium compounds can be used as the positive electrode active material. In addition, lithium iron phosphate (LFP) can be used as an olivine-type positive electrode active material. The positive electrode active material may be in particulate form, for example, and its size is not particularly limited.

負極活物質としては、公知の活物質を用いればよい。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、負極活物質としてシリコンやシリコン合金や酸化ケイ素等のシリコン系活物質;黒鉛やハードカーボン等の炭素系活物質;チタン酸リチウム等の各種酸化物系活物質;金属リチウムやリチウム合金等を用いることができる。負極活物質は、例えば、粒子状であってもよく、その大きさは特に限定されるものではない。 Any known active material can be used as the negative electrode active material. For example, when constructing a lithium-ion battery, silicon-based active materials such as silicon, silicon alloys, and silicon oxide; carbon-based active materials such as graphite and hard carbon; various oxide-based active materials such as lithium titanate; metallic lithium and lithium alloys can be used as the negative electrode active material. The negative electrode active material may be in particulate form, for example, and its size is not particularly limited.

なお、本開示に関して、電極活物質は、特に負極活物質として用いられる。 Furthermore, in this disclosure, the electrode active material is used particularly as the negative electrode active material.

電極活物質の含有量は、電極合材100質量部に対して、50質量部以上、55質量部以上、60質量部以上、又は65質量部以上であってよく、90質量部以下、85質量部以下、80質量部以下、又は75質量部以下であってよい。 The content of the electrode active material may be 50 parts by mass or more, 55 parts by mass or more, 60 parts by mass or more, or 65 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the electrode mixture, and may be 90 parts by mass or less, 85 parts by mass or less, 80 parts by mass or less, or 75 parts by mass or less.

〈乾燥工程〉
本開示の方法は、得られた電極合材スラリーを基材に塗布し、そして分散媒を乾燥除去することを含む。
<Drying process>
The method disclosed herein includes applying the obtained electrode mixture slurry to a substrate and then drying and removing the dispersion medium.

基材としては、特に限定されないが、電極活物質層と共に電極を構成する集電箔であってよい。 The substrate is not particularly limited, but it may be a current collector foil that constitutes the electrode together with the electrode active material layer.

集電箔としては、電池の集電箔として用いることができるものであれば特に限定されない。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、アルミニウム箔や銅箔等であってよい。 The current collector foil is not particularly limited as long as it can be used as a current collector foil in a battery. For example, in the case of a lithium-ion battery, aluminum foil or copper foil may be used.

電極合材スラリーを基材に塗布する方法としては、特に限定されないが、ブレード塗工する方法が例示される。 The method for applying the electrode mixture slurry to the substrate is not particularly limited, but a blade coating method is an example.

分散媒を乾燥除去する方法としては、特に限定されない。例えば、乾燥工程における熱源は、熱風又はレーザーであってよい。乾燥温度、及び乾燥時間は使用する分散媒の沸点等に応じて、随意に決定すればよい。 The method for drying and removing the dispersion medium is not particularly limited. For example, the heat source in the drying process may be hot air or a laser. The drying temperature and drying time can be determined as needed, depending on the boiling point of the dispersion medium used.

本開示の方法により製造された電極活物質層において、バインダーが繊維状物質に絡まって捕捉されていることを確認する方法としては、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)により電極活物質層の画像を取得して、観察する方法が挙げられる。 One method for confirming that the binder is entangled and trapped in the fibrous material in the electrode active material layer manufactured by the method disclosed herein is to acquire an image of the electrode active material layer using a scanning electron microscope (SEM) and observe it.

本開示の方法により製造された電極活物質層において、バインダーが電極活物質層中に均一に分散されていることを確認する方法としては、例えば、電極活物質層の断面SEM画像を取得して、バインダーの分散の程度を観察する方法が挙げられる。 One method for confirming that the binder is uniformly dispersed in the electrode active material layer manufactured by the method disclosed herein is to obtain a cross-sectional SEM image of the electrode active material layer and observe the degree of binder dispersion.

また、例えば、以下の方法により、電極活物質層におけるバインダーの分散の程度を数値化することができる。すなわち、まず、画像処理ソフトウェア(Image J)に、取得した断面SEM画像を取り込んで数値化する。デジタル画像データは、電極活物質層の断面SEM画像に対応する行列の形をしており、各ピクセルに対して数値が割り当てられている。この数値は、8bit表示で2の8乗の256諧調で示され、0から255の整数値をとるが、これを二値化して0と1で表す。二値化は、0から255で表示された数値をカウントし、上位10%の数値を「1」、それ以外の数値を「0」とするという方法で実施する。次に、二値化した数値を各行で加算して、各行の合計値を算出する。更に、電極活物質層の厚さ方向の半分より上側に相当する行について、各行の合計値を加算する。これを「電極活物質層の上側半分における合計値」とする。同様に、「電極活物質層の下側半分における合計値」を算出する。これらをもとに、以下の式により、電極活物質層におけるバインダーの分散の程度を数値化し、これを「バインダーの分散指数」とすることができる:
バインダーの分散指数=電極活物質層の上側半分における合計値÷電極活物質層の下側半分における合計値・・・(1)。
Furthermore, the degree of binder dispersion in the electrode active material layer can be quantified, for example, by the following method. Specifically, the acquired cross-sectional SEM image is first imported into image processing software (Image J) and quantified. The digital image data is in the form of a matrix corresponding to the cross-sectional SEM image of the electrode active material layer, with a numerical value assigned to each pixel. This numerical value is represented in 8-bit format with 2 to the power of 8, or 256 gradations, and takes integer values from 0 to 255, but is binarized to be represented as 0 and 1. Binarization is performed by counting the numerical values displayed from 0 to 255, and setting the top 10% of the values to "1" and the remaining values to "0". Next, the binarized numerical values are added in each row to calculate the total value for each row. Furthermore, the total values for each row are added for the row corresponding to the upper half of the electrode active material layer in the thickness direction. This is called the "total value for the upper half of the electrode active material layer". Similarly, the "total value for the lower half of the electrode active material layer" is calculated. Based on these, the degree of dispersion of the binder in the electrode active material layer can be quantified using the following formula, and this can be called the "binder dispersion index":
The variance index of the binder = total value in the upper half of the electrode active material layer ÷ total value in the lower half of the electrode active material layer ... (1).

バインダーの分散指数は、1.00以上、1.05以上、1.10以上、又は1.15以上であってよく、1.90未満、1.80以下、1.70以下、1.60以下、1.50以下、1.40以下、1.30以下、又は1.20以下であってよい。 The binder's variance index may be 1.00 or greater, 1.05 or greater, 1.10 or greater, or 1.15 or greater, and may be less than 1.90, 1.80 or less, 1.70 or less, 1.60 or less, 1.50 or less, 1.40 or less, 1.30 or less, or 1.20 or less.

なお、バインダーの分散指数の数値が小さいほど、電極活物質層中にバインダーが均一に分散されていることを意味している。 Furthermore, a smaller dispersion index value for the binder indicates that the binder is more uniformly dispersed within the electrode active material layer.

《電池の製造方法》
電池を製造する本開示の方法は、本開示の方法によって電極活物質層を製造することを含む。電極活物質層を製造する方法については、本開示の電極活物質層の製造方法に関する上記の記載を参照できる。
Battery manufacturing method
The method for manufacturing a battery according to this disclosure includes manufacturing an electrode active material layer by the method of this disclosure. For a method for manufacturing an electrode active material layer, refer to the above description of the method for manufacturing an electrode active material layer according to this disclosure.

電池を製造する本開示の方法は、電極活物質層を製造することの他に、負極集電体層、負極活物質層、電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順に配置することを含んでいてもよい。この場合、負極活物質層、及び正極活物質層のいずれか、又は両方を、本開示の方法により製造した電極活物質層とすることができる。 The method for manufacturing a battery according to this disclosure may include, in addition to manufacturing the electrode active material layer, arranging the negative electrode current collector layer, negative electrode active material layer, electrolyte layer, positive electrode active material layer, and positive electrode current collector layer in this order. In this case, either or both of the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer may be electrode active material layers manufactured by the method of this disclosure.

《実施例1》
〈電極活物質層の形成〉
(予備スラリー調製工程)
繊維状物質としての単層カーボンナノチューブ(SWCNT)0.01質量部(平均直径20nm)、スチレンブタジエンゴム(SBR)系バインダーの3%水溶液(SBRとして45質量部)、及び分散媒としての水を混練機に入れ、せん断速度10rpmで30分にわたって混練した。これにより、予備スラリーを得た。
Example 1
<Formation of electrode active material layer>
(Preliminary slurry preparation process)
0.01 parts by mass of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) as a fibrous material (average diameter 20 nm), a 3% aqueous solution of styrene-butadiene rubber (SBR) binder (45 parts by mass as SBR), and water as a dispersion medium were placed in a kneader and kneaded at a shear rate of 10 rpm for 30 minutes. This yielded a preliminary slurry.

(電極合材スラリー調製工程)
負極活物質としての黒鉛96.6質量部、分散剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)0.4質量部、および分散媒としての水を上記の予備スラリーの調製に使用したのとは別の混練機に入れ、せん断速度10rpmで30分にわたって混練した。この混練物を、上記の予備スラリーと混練することで、電極合材スラリーを得た。
(Electrode mixture slurry preparation process)
96.6 parts by mass of graphite as the negative electrode active material, 0.4 parts by mass of carboxymethylcellulose (CMC) as a dispersant, and water as a dispersion medium were placed in a kneader separate from the one used to prepare the preliminary slurry, and kneaded at a shear rate of 10 rpm for 30 minutes. This mixture was then kneaded with the preliminary slurry to obtain the electrode mixture slurry.

(乾燥工程)
得られた電極合材スラリーを基材に塗布して、レーザーを照射することによりスラリー中の分散媒を乾燥除去することで、実施例1の電極活物質層を形成した。
(drying process)
The obtained electrode mixture slurry was applied to a substrate, and the dispersion medium in the slurry was dried and removed by laser irradiation to form the electrode active material layer of Example 1.

《比較例1》
予備スラリーの調製を実施せず、以下の通り、電極活物質層を形成した。すなわち、まず、負極活物質としての黒鉛96.6質量部、及び分散剤としてのCMC0.4質量部を混練して、混練物を得た。次に、繊維状物質としてのSWCNT0.01質量部、及び分散媒としての水を、上記混練物と共に混練して、スラリーを得た。更に、SBR系バインダーの3%水溶液(SBRとして45質量部)、及び分散媒としての水を、上記スラリーと共に混練して、電極合材スラリーを得た。なお、混練の条件は実施例1と同様とした。得られた電極合材スラリーの分散媒を、実施例1と同様にして乾燥させることで、比較例1の電極活物質層を形成した。
Comparative Example 1
Without preparing a preliminary slurry, the electrode active material layer was formed as follows. First, 96.6 parts by mass of graphite as the negative electrode active material and 0.4 parts by mass of CMC as a dispersant were kneaded to obtain a mixture. Next, 0.01 parts by mass of SWCNT as a fibrous material and water as a dispersion medium were kneaded together with the mixture to obtain a slurry. Furthermore, a 3% aqueous solution of SBR-based binder (45 parts by mass as SBR) and water as a dispersion medium were kneaded together with the slurry to obtain an electrode composite slurry. The kneading conditions were the same as in Example 1. The dispersion medium of the obtained electrode composite slurry was dried in the same manner as in Example 1 to form the electrode active material layer of Comparative Example 1.

《評価》
〈SEM画像による評価〉
各例の電極活物質層の走査型電子顕微鏡(SEM)画像を取得し、繊維状物質によるバインダーの捕捉の程度を評価した。
"evaluation"
<Evaluation using SEM images>
Scanning electron microscope (SEM) images of the electrode active material layer in each case were acquired, and the degree of binder capture by the fibrous material was evaluated.

〈断面SEM画像による評価〉
各例の電極活物質層の断面SEM画像を取得し、電極活物質層におけるバインダーの分散の程度を観察した。
<Evaluation using cross-sectional SEM images>
Cross-sectional SEM images of the electrode active material layer were obtained for each example, and the degree of binder dispersion in the electrode active material layer was observed.

また、以下の方法により、電極活物質層におけるバインダーの分散の程度を数値化した。すなわち、まず、画像処理ソフトウェア(Image J)に、取得した断面SEM画像を取り込んで数値化した。デジタル画像データは、電極活物質層の断面SEM画像に対応する行列の形をしており、各ピクセルに対して数値が割り当てられている。この数値は、8bit表示で2の8乗の256諧調で示され、0から255の整数値をとるが、これを二値化して0と1で表した。二値化は、0から255で表示された数値をカウントし、上位10%の数値を「1」、それ以外の数値を「0」とするという方法で実施した。次に、二値化した数値を各行で加算して、各行の合計値を算出した。更に、電極活物質層の厚さ方向の半分より上側に相当する行について、各行の合計値を加算した。これを「電極活物質層の上側半分における合計値」とした。同様に、「電極活物質層の下側半分における合計値」を算出した。これらをもとに、以下の式により、電極活物質層におけるバインダーの分散の程度を数値化し、これをバインダーの分散指数とした:
バインダーの分散指数=電極活物質層の上側半分における合計値÷電極活物質層の下側半分における合計値・・・(1)。
Furthermore, the degree of binder dispersion in the electrode active material layer was quantified using the following method. Specifically, the acquired cross-sectional SEM images were first imported into image processing software (Image J) and quantified. The digital image data was in the form of a matrix corresponding to the cross-sectional SEM image of the electrode active material layer, with a numerical value assigned to each pixel. This numerical value was represented in 8-bit format with 2 to the power of 8 = 256 gradations, taking integer values from 0 to 255, but was binarized to represent 0 and 1. Binarization was performed by counting the numerical values displayed from 0 to 255, and setting the top 10% of the values to "1" and the remaining values to "0". Next, the binarized numerical values were added in each row to calculate the total value for each row. Furthermore, the total values for each row were added for the row corresponding to the upper half in the thickness direction of the electrode active material layer. This was defined as the "total value in the upper half of the electrode active material layer". Similarly, the "total value in the lower half of the electrode active material layer" was calculated. Based on these, the degree of dispersion of the binder in the electrode active material layer was quantified using the following formula, and this was defined as the binder dispersion index:
The variance index of the binder = total value in the upper half of the electrode active material layer ÷ total value in the lower half of the electrode active material layer ... (1).

《結果》
〈SEM画像による評価結果〉
各例の電極活物質層のSEM画像を図2に示す。図2(a)に示されるように、実施例の方法により形成された電極活物質層においては、繊維状物質としてのCNTに、バインダーとしてのSBRが捕捉されている様子が確認された。これに対して、図2(b)に示されるように、比較例の方法により形成された電極活物質層においては、繊維状物質としてのCNTに、バインダーとしてのSBRが捕捉されている様子が確認されなかった。
"result"
<Evaluation results using SEM images>
SEM images of the electrode active material layers in each example are shown in Figure 2. As shown in Figure 2(a), in the electrode active material layer formed by the method of the example, it was confirmed that the SBR, acting as a binder, was trapped in the CNT, which acted as a fibrous material. In contrast, as shown in Figure 2(b), in the electrode active material layer formed by the method of the comparative example, it was not confirmed that the SBR, acting as a binder, was trapped in the CNT, which acted as a fibrous material.

〈断面SEM画像による評価結果〉
各例の電極活物質層の断面SEM画像を図3に示す。図3(a)に示されるように、実施例の方法により形成された電極活物質層においては、バインダーとしてのSBRが、電極活物質層全体に均一に分散している様子が確認された。これに対して、図3(b)に示されるように、比較例の方法により形成された電極活物質層においては、バインダーとしてのSBRが、電極活物質層の表面側に偏在している様子が確認された。
<Evaluation results using cross-sectional SEM images>
Figure 3 shows cross-sectional SEM images of the electrode active material layers in each example. As shown in Figure 3(a), in the electrode active material layer formed by the method of the example, it was confirmed that the SBR, acting as a binder, was uniformly dispersed throughout the electrode active material layer. In contrast, as shown in Figure 3(b), in the electrode active material layer formed by the method of the comparative example, it was confirmed that the SBR, acting as a binder, was unevenly distributed towards the surface of the electrode active material layer.

また、上記式(1)により算出したバインダーの分散指数は、実施例1の電極活物質層については、1.17であり、比較例1の電極活物質層については1.90であった。 Furthermore, the dispersion index of the binder calculated using the above formula (1) was 1.17 for the electrode active material layer of Example 1, and 1.90 for the electrode active material layer of Comparative Example 1.

1 電極合材スラリー
10 繊維状物質
20 バインダー
30 電極活物質
40 分散媒
50 基材
1. Electrode mixture slurry 10. Fibrous material 20. Binder 30. Electrode active material 40. Dispersion medium 50. Base material.

Claims (5)

以下の工程を含む、電極活物質層の製造方法:
繊維状物質及びバインダーを分散媒中で混合して予備スラリーを得ること、ここで、前記繊維状物質と前記バインダーの質量比は、1:3000~1:6000である、
得られた前記予備スラリー及び電極活物質を混合して電極合材スラリーを得ること、及び
得られた前記電極合材スラリーを基材に塗布し、そして前記分散媒を乾燥除去すること。
A method for producing an electrode active material layer, including the following steps:
A preliminary slurry is obtained by mixing a fibrous material and a binder in a dispersion medium, where the mass ratio of the fibrous material to the binder is 1:3000 to 1:6000.
The obtained preliminary slurry and electrode active material are mixed to obtain an electrode mixture slurry, and the obtained electrode mixture slurry is applied to a substrate, and the dispersion medium is dried and removed.
前記繊維状物質が、カーボンナノチューブである、
請求項1に記載の方法。
The fibrous material is a carbon nanotube.
The method according to claim 1.
前記バインダーが、スチレンブタジエンゴムである、
請求項2に記載の方法。
The binder is styrene-butadiene rubber.
The method according to claim 2.
前記乾燥工程における熱源が、熱風又はレーザーである、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the heat source in the drying step is hot air or a laser. 請求項1~4のいずれか一項に記載の方法によって電極活物質層を製造することを含む、電池の製造方法。 A method for manufacturing a battery, comprising manufacturing an electrode active material layer by the method described in any one of claims 1 to 4.
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