JP2005340188A - Electrode, electrochemical device, and manufacturing method of electrode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、1次電池、2次電池(特に、リチウムイオン2次電池)、電気分解セル、キャパシタ(特に、電気化学キャパシタ)等の電気化学デバイスに使用可能な電極、これを備えた電気化学デバイスおよび電極の製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode that can be used in an electrochemical device such as a primary battery, a secondary battery (especially, a lithium ion secondary battery), an electrolysis cell, or a capacitor (especially an electrochemical capacitor), and an electrochemical equipped with the electrode. The present invention relates to a device and a method for manufacturing an electrode.
リチウムイオン2次電池をはじめとする高エネルギー電池や、電気二重層キャパシタをはじめとする電気化学キャパシタ等の電気化学デバイスが携帯機器等に広く用いられている。このような電気化学デバイスは、主として、一対の電極と、この電極間に介在する電解質(例えば、液状電解質又は固体電解質)とを備える。 Electrochemical devices such as high energy batteries such as lithium ion secondary batteries and electrochemical capacitors including electric double layer capacitors are widely used in portable devices and the like. Such an electrochemical device mainly includes a pair of electrodes and an electrolyte (for example, a liquid electrolyte or a solid electrolyte) interposed between the electrodes.
このような電気化学デバイスの電極は、通常、板状の集電体上に活物質含有層が積層されてなり、この活物質含有層は活物質を含有する多数の粒子を含む。このような電極の製造方法としては、活物質を含有する粒子、結合剤及び導電助剤粒子を含む混練物を調製し、この混練物を熱ロール機及び/又は熱プレス機によって圧延して活物質含有シートとし、この活物質含有シートを集電体に接着する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上述した方法により製造した電極は、活物質を含有する粒子と集電体との接触抵抗が比較的高くなってしまうことが判明した。このような電極を電気化学デバイスに用いると、電気化学デバイスの内部抵抗が高くなるため、電気化学デバイスの高出力化や高エネルギー密度化に支障をきたす場合がある。 However, it has been found that the electrode manufactured by the above-described method has a relatively high contact resistance between the particles containing the active material and the current collector. When such an electrode is used for an electrochemical device, the internal resistance of the electrochemical device increases, which may hinder high output and high energy density of the electrochemical device.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、活物質を含有する粒子と集電体との接触抵抗を十分低減できる電極及びこれを備えた電気化学デバイスと、この電極の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides an electrode that can sufficiently reduce the contact resistance between particles containing an active material and a current collector, an electrochemical device including the electrode, and a method for producing the electrode. The purpose is to provide.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果つぎのことを見出した。すなわち、原料混練物を一対のロールで圧延してなる従来の活物質含有シートはその表面が比較的平滑であり、従来の電極はこのように表面が比較的平滑な活物質含有シートと、板状の集電体とが接着されてなるものである。したがって、活物質含有シートと集電体との接触面積が十分でなく、活物質を含有する粒子と集電体との接触抵抗が大きくなっている。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found the following. That is, a conventional active material-containing sheet obtained by rolling a raw material kneaded material with a pair of rolls has a relatively smooth surface, and a conventional electrode has an active material-containing sheet having a relatively smooth surface, a plate The current collector is bonded to the shape. Therefore, the contact area between the active material-containing sheet and the current collector is not sufficient, and the contact resistance between the particles containing the active material and the current collector is increased.
そこで、本発明に係る電極は、板状の集電体と、集電体上に設けられた活物質含有層とを備え、活物質含有層は、活物質を含有する複数の粒子、及び、活物質を含有する粒子同士を結合すると共にこれら活物質を含有する粒子と集電体とを結合する結合剤を有し、集電体の表面はこれら活物質を含有する粒子の形状に沿って窪んでいる。 Therefore, an electrode according to the present invention includes a plate-like current collector and an active material-containing layer provided on the current collector, and the active material-containing layer includes a plurality of particles containing an active material, and It has a binder that binds particles containing active materials to each other and particles containing these active materials, and the surface of the current collector follows the shape of the particles containing these active materials. It is depressed.
また、本発明に係る電気化学デバイスは、一対の電極と、前記電極間に介在する電解質と、を備え、一対の電極の少なくとも一つは、活物質含有層は、活物質を含有する複数の粒子、及び、これら活物質を含有する粒子同士を結合すると共にこれら活物質を含有する粒子と集電体とを結合する結合剤を含み、集電体の表面はこれら活物質を含有する粒子の形状に沿って窪んでいる。 The electrochemical device according to the present invention includes a pair of electrodes and an electrolyte interposed between the electrodes, and at least one of the pair of electrodes includes a plurality of active material-containing layers containing an active material. Particles, and a binder that binds the particles containing these active materials to each other and binds the particles containing these active materials and the current collector, and the surface of the current collector is composed of particles containing these active materials. It is recessed along the shape.
このような電極は、集電体が活物質を含有する粒子の形状に沿って窪んでいるので、活物質を含有する粒子と集電体との接触面積を大きくできる。したがって、活物質を含有する粒子と集電体との接触抵抗を従来に比して小さくできる。これにより、このような電極を用いた電気化学デバイスの内部抵抗を低減でき、電気化学デバイスの高出力化、エネルギー密度の向上が可能となる。 In such an electrode, since the current collector is recessed along the shape of the particle containing the active material, the contact area between the particle containing the active material and the current collector can be increased. Therefore, the contact resistance between the particles containing the active material and the current collector can be reduced as compared with the conventional case. Thereby, the internal resistance of the electrochemical device using such an electrode can be reduced, and the output of the electrochemical device can be increased and the energy density can be improved.
ここで、活物質含有層において結合剤中に導電助剤粒子が含まれると、活物質を含有する粒子と集電体との間にさらに導電パスが形成されて接触抵抗をより低減できるので好ましい。また、活物質を含有する粒子間にもさらに導電パスが形成され、活物質を含有する粒子間の接触抵抗も低減できるので活物質含有層自体の抵抗を大いに低減できてより好ましい。 Here, it is preferable that conductive agent particles are contained in the binder in the active material-containing layer, because a conductive path is further formed between the particles containing the active material and the current collector to further reduce the contact resistance. . Further, a conductive path is further formed between the particles containing the active material, and the contact resistance between the particles containing the active material can be reduced, so that the resistance of the active material containing layer itself can be greatly reduced, which is more preferable.
また、活物質含有層における活物質を含有する粒子の粒径は0.1〜500μmであることが好ましい。活物質を含有する粒子の粒子径が0.1μmを下回ると、この活物質を含有する粒子が凝集しやすくなって活物質含有層内で活物質を含有する粒子が均一に分散しにくくなる傾向がある。特に、活物質含有層において導電助剤粒子を含む場合には、活物質を含有する粒子と導電助剤粒子との接触が不均一になり、また、活物質を含有する粒子、導電助剤粒子及び結着剤間の接触が不均一になり、各々の密着性に問題が生じる場合がある。一方、活物質を含有する粒子の径が500μmを上回ると、この活物質を含有する粒子内における電解質等の拡散抵抗が大きくなる傾向があり、また、この活物質を含有する粒子の比表面積も小さくなる傾向がある。したがって、電気化学デバイスの容量を大きくし難い。 Moreover, it is preferable that the particle size of the particle | grains containing the active material in an active material content layer is 0.1-500 micrometers. If the particle diameter of the particles containing the active material is less than 0.1 μm, the particles containing the active material tend to aggregate and the particles containing the active material tend not to be uniformly dispersed in the active material-containing layer. There is. In particular, when the conductive material particles are included in the active material-containing layer, the contact between the particles containing the active material and the conductive material particles becomes uneven, and the particles containing the active material, the conductive material particles In addition, the contact between the binders becomes non-uniform, and there is a case where a problem occurs in each adhesion. On the other hand, when the diameter of the particle containing the active material exceeds 500 μm, the diffusion resistance of the electrolyte or the like in the particle containing the active material tends to increase, and the specific surface area of the particle containing the active material also increases. There is a tendency to become smaller. Therefore, it is difficult to increase the capacity of the electrochemical device.
一方、本発明に係る電極の製造方法は、板状の集電体に対して、加熱により溶融する結合剤及び活物質を含有する複数の粒子を含む粒子層を積層する粒子層積層工程と、この粒子層を加熱すると共に、回転するロール間に集電体及び粒子層を通過させて粒子層を圧延し、活物質を含有する粒子同士を結合剤により結合すると共に活物質を含有する粒子と集電体とを結合剤により結合するロール工程と、を備える。 On the other hand, the method for producing an electrode according to the present invention includes a particle layer laminating step of laminating a particle layer containing a plurality of particles containing a binder and an active material that are melted by heating with respect to a plate-like current collector, While heating the particle layer, the current layer and the particle layer are passed between rotating rolls to roll the particle layer, and particles containing the active material are bonded together with a binder and particles containing the active material And a roll step of binding the current collector with a binder.
本発明によれば、ロール工程において活物質を含有する粒子が集電体に対して押しつけられ、この活物質を含有する粒子が集電体の表面にめり込む。従って、上述の如き集電体の表面が活物質を含有する粒子の形状に沿って窪んだ電極を好適に製造することができる。また、活物質含有層の形成と、この活物質含有層と集電体との結合(接着)を同時にできるので、従来に比して工程数も削減されて低コスト化が可能となる。 According to the present invention, the particles containing the active material are pressed against the current collector in the roll process, and the particles containing the active material sink into the surface of the current collector. Therefore, an electrode in which the surface of the current collector as described above is recessed along the shape of the particle containing the active material can be preferably produced. In addition, since the formation of the active material-containing layer and the bonding (adhesion) of the active material-containing layer and the current collector can be performed at the same time, the number of steps can be reduced as compared with the conventional case, and the cost can be reduced.
ここで、粒子層積層工程において、粒子層がさらに導電助剤粒子を含むと、上述の如く、結合剤に導電助剤粒子が含まれた電極が得られる。このような電極は、活物質を含有する粒子と集電体との間の接触抵抗をより低減できるとともに、活物質を含有する粒子間の接触抵抗も低減できるのでより好ましい。 Here, in the particle layer laminating step, when the particle layer further contains conductive auxiliary agent particles, as described above, an electrode in which the conductive auxiliary agent particles are included in the binder is obtained. Such an electrode is more preferable because it can further reduce the contact resistance between the particles containing the active material and the current collector, and can also reduce the contact resistance between the particles containing the active material.
このとき、粒子層は、導電助剤粒子を含む結合剤によって活物質を含有する粒子同士を予め一体化してなる複合粒子を複数含むことが好ましい。 At this time, it is preferable that the particle layer includes a plurality of composite particles obtained by previously integrating particles containing the active material with a binder including conductive auxiliary agent particles.
これによれば、あらかじめ複合粒子中において、活物質を含有する粒子及び導電助剤粒子を良好に分散させておくことができるので、このような複合粒子の粒子層を熱間圧延することにより、活物質含有層において極めて良好な電子導電パスを形成できる。従って、活物質含有層の抵抗をより一層低減できる。 According to this, in the composite particles in advance, the particles containing the active material and the conductive auxiliary particles can be well dispersed, so by hot rolling the particle layer of such composite particles, An extremely good electronic conductive path can be formed in the active material-containing layer. Therefore, the resistance of the active material-containing layer can be further reduced.
また、ロール工程を、加熱されたロール間に集電体及び粒子層を通過させることにより行うと、加熱とロールとが一つの装置で行えるので好ましい。 In addition, it is preferable to perform the roll process by passing the current collector and the particle layer between heated rolls, because heating and the roll can be performed with one apparatus.
また、ロール工程において、ロール間に掛かる線圧を200×102〜2000×102N/m(約20〜200kgf/cm)とすると好ましい。ここで、ロールの線圧が200×102N/mを下回ると、活物質を含有する粒子が集電体に十分にめり込み難い傾向がある。一方、ロールの線圧が2000×102N/mを越える場合には、活物質含有層が圧密されすぎて活物質含有層内で電解質の拡散がし難くなる傾向がある。従って、上述の範囲内であると、インピーダンスを十分に低下できる。 In the roll process, the linear pressure applied between the rolls is preferably 200 × 10 2 to 2000 × 10 2 N / m (about 20 to 200 kgf / cm). Here, when the linear pressure of the roll is less than 200 × 10 2 N / m, there is a tendency that particles containing the active material are not sufficiently embedded in the current collector. On the other hand, when the linear pressure of the roll exceeds 2000 × 10 2 N / m, the active material-containing layer tends to be excessively consolidated and the electrolyte does not easily diffuse in the active material-containing layer. Therefore, the impedance can be sufficiently lowered within the above range.
また、粒子層積層工程において、あらかじめ集電体の表面に、導電助剤粒子を含み加熱により溶融する結合剤層が設けられており、この結合剤層上に粒子層を積層することが好ましい。 In the particle layer laminating step, a binder layer that contains conductive auxiliary particles and is melted by heating is provided on the surface of the current collector in advance, and it is preferable to laminate the particle layer on this binder layer.
これによれば、熱間圧延の際に結合剤層も溶融するので、活物質を含有する粒子と集電体とをより良好に結合できる。このとき、活物質を含有する粒子は、溶融した結合剤層にめり込んだ上でさらに集電体にめり込むこととなる。また、結合剤層が導電助剤粒子を含んでいるので、このような結合層を採用しても、活物質を含有する粒子と集電体との接触抵抗を十分低下させることができる。 According to this, since the binder layer is also melted during the hot rolling, the particles containing the active material and the current collector can be bonded better. At this time, the particles containing the active material are immersed in the melted binder layer and further embedded in the current collector. Moreover, since the binder layer contains the conductive auxiliary agent particles, even if such a binder layer is adopted, the contact resistance between the particles containing the active material and the current collector can be sufficiently reduced.
また、活物質を含有する粒子の粒径を0.1〜500μmとすると好ましい。活物質を含有する粒子の粒子径が0.1μmを下回ると、この活物質を含有する粒子が凝集しやすくなって活物質含有層内で活物質を含有する粒子が均一に分散しにくくなる傾向がある。特に、活物質含有層において導電助剤粒子を含む場合には、活物質を含有する粒子と導電助剤粒子との接触が不均一になり、また、活物質を含有する粒子、導電助剤粒子及び結着剤間の接触が不均一になり、各々の密着性に問題が生じる場合がある。一方、活物質を含有する粒子の径が500μmを上回ると、この活物質を含有する粒子内における電解質等の拡散抵抗が大きくなる傾向があり、また、この活物質を含有する粒子の比表面積も小さくなる。したがって、電気化学デバイスの容量を大きくし難い。 Moreover, it is preferable when the particle diameter of the particle | grains containing an active material shall be 0.1-500 micrometers. If the particle diameter of the particles containing the active material is less than 0.1 μm, the particles containing the active material tend to aggregate and the particles containing the active material tend not to be uniformly dispersed in the active material-containing layer. There is. In particular, when the conductive material particles are included in the active material-containing layer, the contact between the particles containing the active material and the conductive material particles becomes uneven, and the particles containing the active material, the conductive material particles In addition, the contact between the binders becomes non-uniform, and there is a case where a problem occurs in each adhesion. On the other hand, when the diameter of the particle containing the active material exceeds 500 μm, the diffusion resistance of the electrolyte or the like in the particle containing the active material tends to increase, and the specific surface area of the particle containing the active material also increases. Get smaller. Therefore, it is difficult to increase the capacity of the electrochemical device.
ここで、本発明において、「活物質」とは、形成すべき電極により以下の物質を示す。すなわち、形成すべき電極が1次電池のアノードとして使用される電極の場合には「活物質」とは還元剤を示し、1次電池のカソードの場合には「活物質」とは酸化剤を示す。また、「活物質を含む粒子」中には、活物質の機能を損なわない程度に活物質以外の物質を含むことができる。 Here, in the present invention, the “active material” indicates the following materials depending on the electrode to be formed. That is, when the electrode to be formed is an electrode used as the anode of the primary battery, the “active material” indicates a reducing agent, and when the electrode is the cathode of the primary battery, the “active material” indicates an oxidizing agent. Show. Further, the “particles containing an active material” can contain substances other than the active material to the extent that the function of the active material is not impaired.
また、形成すべき電極が2次電池に使用されるアノード(放電時)の場合には、「活物質」とは還元剤であって、その還元体及び酸化体の何れの状態においても化学的安定に存在可能な物質であり、酸化体から還元体への還元反応及び還元体から酸化体への酸化反応が可逆的に進行可能である物質を示す。更に、形成すべき電極が2次電池に使用されるカソード(放電時)の場合には、「活物質」とは酸化剤であって、その還元体及び酸化体の何れの状態においても化学的安定に存在可能な物質であり、酸化体から還元体への還元反応及び還元体から酸化体への酸化反応が可逆的に進行可能である物質を示す。 Further, when the electrode to be formed is an anode (during discharge) used for a secondary battery, the “active material” is a reducing agent and is chemically active in both the reduced form and the oxidized form. It is a substance that can exist stably, and indicates a substance that can reversibly proceed from a reduction reaction from an oxidant to a reductant and from a reductant to an oxidant. Furthermore, when the electrode to be formed is a cathode (during discharge) used in a secondary battery, the “active material” is an oxidant and is chemically active in any of its reduced and oxidized forms. It is a substance that can exist stably, and indicates a substance that can reversibly proceed from a reduction reaction from an oxidant to a reductant and from a reductant to an oxidant.
また、上記以外にも、形成すべき電極が1次電池及び2次電池に使用される電極の場合、「活物質」は、電極反応に関与する金属イオンを吸蔵又は放出(インターカレート・デインターカレート、又は、ドープ・脱ドープ)することが可能な材料であってもよい。この材料としては、例えば、リチウムイオン2次電池のアノード及び/又はカソードに使用される炭素材料や、金属酸化物(複合金属酸化物を含む)等が挙げられる。 In addition to the above, when the electrode to be formed is an electrode used for a primary battery and a secondary battery, the “active material” is an occlusion or release of metal ions involved in the electrode reaction (intercalation / desorption). It may be a material that can be intercalated or doped / undoped. Examples of this material include carbon materials used for anodes and / or cathodes of lithium ion secondary batteries, metal oxides (including composite metal oxides), and the like.
また、形成すべき電極が電気分解セルに使用される電極又はキャパシタ(コンデンサ)に使用される電極の場合には、「活物質」とは、電子伝導性を有する、金属(金属合金を含む)、金属酸化物又は炭素材料を示す。 In addition, in the case where the electrode to be formed is an electrode used for an electrolytic cell or an electrode used for a capacitor (capacitor), the “active material” means a metal (including a metal alloy) having electronic conductivity. Represents a metal oxide or a carbon material.
また、本発明において、電気化学デバイスにおける「電解質」とは、(1)絶縁性材料から形成された多孔質のセパレータであって、その内部に電解質溶液(或いは電解質溶液にゲル化剤を添加することにより得られるゲル状の電解質)が含浸されているもの、(2)固体電解質膜(固体高分子電解質からなる膜又はイオン伝導性無機材料を含む膜)、(3)電解質溶液にゲル化剤を添加することにより得られるゲル状の電解質からなる層、(4)電解質溶液からなる層を示す。 In the present invention, the “electrolyte” in the electrochemical device is (1) a porous separator formed of an insulating material, in which an electrolyte solution (or a gelling agent is added to the electrolyte solution). (2) a solid electrolyte membrane (a membrane made of a solid polymer electrolyte or a membrane containing an ion conductive inorganic material), (3) a gelling agent in the electrolyte solution The layer which consists of a gel-like electrolyte obtained by adding (4) The layer which consists of electrolyte solution is shown.
本発明によれば、活物質を含有する粒子と集電体との接触抵抗を十分低減できる電極及びこれを備えた電気化学デバイスと、この電極の製造方法とを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrode which can fully reduce the contact resistance of the particle | grains containing an active material, and an electrical power collector, the electrochemical device provided with the same, and the manufacturing method of this electrode can be provided.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(アノード)
まず、本発明に係るリチウムイオン二次電池用の電極としてのアノード2の好適な一実施形態を図1に示す。このアノード2は、図1に示すように、板状(膜状)の集電体22と、集電体22上に形成された活物質含有層24とを有している。このアノード2の形状は特に限定されず、例えば、図示するように薄膜状であってもよい。
(anode)
First, FIG. 1 shows a preferred embodiment of an
(アノードの集電体)
集電体22は、導電性の板材であればよく、例えば、銅箔の金属薄板を用いることができる。
(Anode current collector)
The
(アノードの活物質含有層)
活物質含有層24は、主として、活物質を含有する粒子25、導電助剤粒子26、及び、結合剤27を有している。
(Anode active material-containing layer)
The active material-containing
(活物質を含有する粒子)
活物質を含有する粒子25は、公知の電気化学デバイス用の活物質を含有する粒子を使用できる。活物質を含有する粒子25としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出(インターカレート・デインターカレート、或いはドーピング・脱ドーピング)可能な黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、Al、Si、Sn等のリチウムと化合することのできる金属、SiO2、SnO2等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(Li3Ti5O12)等を含む粒子が挙げられる。活物質を含有する粒子25は、活物質のみからなってもよく、活物質以外の成分を含んでもよい。
(Particles containing active material)
As the
活物質を含有する粒子25の平均粒径は0.1〜500μmであることが好ましい。活物質を含有する粒子25の粒子径が0.1μmを下回ると、この活物質を含有する粒子25が凝集しやすくなって活物質含有層内で均一に分散しにくくなる傾向がある。一方、この活物質を含有する粒子25の径が500μmを上回ると、この活物質を含有する粒子25内における電解質等の拡散抵抗が大きくなる傾向がある。すなわち、活物質を含有する粒子25の径が500μmを上回る場合、活物質を含有する粒子内でのイオン拡散抵抗が大きく、インピーダンスが高くなり易い傾向がある。特に好ましい粒径は、0.1〜50μmである。
The average particle diameter of the
(結合剤)
結合剤27は、活物質を含有する粒子25同士が接触するようにこれら活物質を含有する粒子25同士を結合すると共に、活物質を含有する粒子25と集電体22とが接触するように活物質を含有する粒子25と集電体22とを結合している。
(Binder)
The
結合剤27の材質としては、上述の結合が可能であればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂が挙げられる。
The
また、上記の他に、結合剤27として、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。
In addition to the above, as the
更に、上記の他に、結合剤27として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等を用いてもよい。また、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子を用いてもよい。更に、シンジオタクチック1、2−ポリブタジエン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン(炭素数2〜12)共重合体等を用いてもよい。
In addition to the above, as the
また、結合剤27として電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン等が上げられる。この場合は、結合剤27が導電助剤粒子の機能も発揮するので導電助剤粒子26を添加しなくてもよい。
Further, as the
イオン伝導性の導電性高分子としては、例えば、リチウムイオン等のイオンの伝導性を有するものを使用することができ、例えば、高分子化合物(ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリエーテル化合物の架橋体高分子、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、ポリアクリロニトリル等)のモノマーと、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCl、LiBr、Li(CF3SO2)2N、LiN(C2F5SO2)2リチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩と、を複合化させたもの等が挙げられる。複合化に使用する重合開始剤としては、例えば、上記のモノマーに適合する光重合開始剤または熱重合開始剤が挙げられる。 As the ion-conductive conductive polymer, for example, those having ion conductivity such as lithium ion can be used. For example, polymer compounds (polyether-based polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide) A crosslinked polymer of a polyether compound, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene carbonate, polyacrylonitrile, etc.) monomers, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCl, LiBr, Examples include Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 lithium salt, or a composite of alkali metal salt mainly composed of lithium. Examples of the polymerization initiator used for the combination include a photopolymerization initiator or a thermal polymerization initiator that is compatible with the above-described monomer.
活物質含有層24に含まれる結合剤27の含有率は、活物質含有層24の質量を基準として0.5〜6質量%であることが好ましい。結合剤27の含有率が0.5質量%未満となると、結合剤27の量が少なすぎて強固な活物質含有層24を形成できなくなる傾向が大きくなる。また、結合剤27の含有率が6質量%を超えると、電気容量に寄与しない結合剤27の量が多くなり、十分な体積エネルギー密度を得ることが困難となる傾向が大きくなる。また、この場合、特に結合剤27の電子伝導性が低いと活物質含有層24の電気抵抗が上昇し、十分な電気容量が得られなくなる傾向が大きくなる。
The content of the
(導電助剤粒子)
導電助剤粒子26は、特に限定されず公知の導電助剤粒子を使用してよい。例えば、カーボンブラック類、高結晶性の人造黒鉛、天然黒鉛等の炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、上記炭素材料及び金属微粉の混合物、ITOのような導電性酸化物等の粉末材料が挙げられる。導電助剤粒子の平均粒径は活物質を含有する粒子よりも小さく、1nm〜500nm程度が好ましい。
(Conductive aid particles)
The conductive
これらの導電助剤粒子26は、結合剤27中に大量に含まれている。そして、この導電助剤粒子26は、活物質を含有する粒子25間や、活物質を含有する粒子25と集電体22との間に、単独で介在したり、複数個連なって介在したりすることによりこれらの間にさらなる導電パスを形成する。これによって、活物質含有層24内において活物質を含有する粒子25間の接触抵抗や、活物質を含有する粒子25と集電体22との間の接触抵抗をより低下させる効果をもたらす。
These conductive
ここで、活物質含有層24に含まれる導電助剤粒子26の含有率は、活物質含有層24の全質量を基準として0.5〜6質量%であることが好ましい。導電助剤粒子26の含有率が0.5質量%未満となると、導電助剤粒子26の量が少なすぎて活物質含有層24中に適切な導電パスを形成できなくなる傾向が大きくなる。また、導電助剤粒子26の含有率が6質量%を超えると、電気容量に寄与しないものとしての導電助剤粒子26の量が多くなり、十分な体積エネルギー密度を得ることが困難となる傾向が大きくなる。
Here, the content of the conductive
このような活物質含有層24は、活物質を含有する粒子25同士が直接接触する導電パスと、活物質を含有する粒子25同士が単数又は複数の導電助剤粒子26を介して接触する導電パスとを有している。したがって、これら活物質を含有する粒子25は、それぞれ孤立せずに互いに電気的に結合した3次元ネットワーク構造を形成している。
Such an active material-containing
また、このような活物質含有層24は、活物質を含有する粒子25と集電体22とが直接接触する導電パスと、活物質を含有する粒子25と集電体22とが単数又は複数の導電助剤粒子26を介して接触する導電パスとを有しており、これらの導電パスによって活物質を含有する粒子25は集電体と電気的に接続されている。
In addition, the active material-containing
そして、本実施形態においては、特に、活物質を含有する粒子25が、集電体22の表面にめり込んでおり、集電体22の表面は、活物質を含有する粒子25の形状に沿って窪んでおり、窪み部22aを形成している。
In this embodiment, in particular, the
(カソード)
次に、本発明に係るリチウムイオン二次電池用の電極としてのカソード3の好適な一実施形態を図2に示す。カソード3は、板状の集電体32と、集電体32上に形成された活物質含有層34を備える。
(Cathode)
Next, FIG. 2 shows a preferred embodiment of the
(カソードの集電体)
集電体32としては、導電性の板材を用いることができ、例えば、アルミ箔を用いることができる。
(Cathode current collector)
As the
(カソードの活物質含有層)
活物質含有層34は、主として、活物質を含有する粒子35、導電助剤粒子36、結合剤37を有している。
(Cathode active material-containing layer)
The active material-containing
(活物質を含有する粒子)
活物質を含有する粒子35は特に限定されず、公知の電池用の活物質を含む粒子を使用できる。活物質を含有する粒子35としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn2O4)、及び、一般式:LiNixMnyCozO2(x+y+z=1)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物、V2O5、オリビン型LiMPO4(ただし、Mは、Co、Ni、Mn又はFeを示す)、チタン酸リチウム((Li3Ti5O12)等を含む粒子が挙げられる。もちろん、活物質を含有する粒子35は活物質のみからなっても良く、他の物質を含んでもよい。
(Particles containing active material)
The
カソード3の活物質を含有する粒子35の平均粒径は、0.1〜500μmであることが好ましい。活物質を含有する粒子35の粒子径が0.1μmを下回ると、この活物質を含有する粒子35が凝集しやすくなって活物質含有層内で均一に分散しにくくなる傾向がある。一方、この活物質を含有する粒子35の径が500μmを上回ると、この活物質を含有する粒子35内における電解質等の拡散抵抗が大きくなる傾向がある。すなわち、活物質を含有する粒子35の径が500μmを上回る場合、活物質を含有する粒子内でのイオン拡散抵抗が大きく、インピーダンスが高くなり易い傾向がある。特に好ましい粒径は、0.1〜50μmである。
The average particle size of the
(結合剤、導電助剤粒子等)
導電助剤粒子36、結合剤37は、アノード2の活物質含有層の導電助剤粒子26、結合剤27と同様の物質を同様の態様で使用することができる。また、これら導電助剤粒子36及び結合剤37の作用効果もアノード2と同様である。さらに、活物質含有層34に含まれる各導電助剤粒子36の含有率や、結合剤37の含有率も、アノード2と同様とすることが好ましい。
(Binders, conductive aid particles, etc.)
As the conductive
また、活物質を含有する粒子35と電解質との接触界面を3次元的にかつ充分な大きさで形成する観点から、活物質を含有する粒子35のBET比表面積は、0.1〜10m2/gであることが好ましく、0.1〜5m2/gであることがより好ましい。
Further, from the viewpoint of forming the contact interface between the
活物質含有層34は、活物質を含有する粒子35同士が直接接触する導電パスと、活物質を含有する粒子35同士が単数又は複数の導電助剤粒子36を介して接触する導電パスとを有しており、これら活物質を含有する粒子35は、それぞれ孤立せずに互いに電気的に結合した3次元ネットワーク構造を形成している。
The active material-containing
また、このような活物質含有層34は、活物質を含有する粒子35と集電体32とが直接接触する導電パスと、活物質を含有する粒子35と集電体32とが単数又は複数の導電助剤粒子36を介して接触する導電パスとを有しており、これらの導電パスにより活物質を含有する粒子35は集電体32と電気的に接続される。
In addition, the active material-containing
そして、本実施形態においては、特に、活物質を含有する粒子35が、集電体32の表面にめり込んでおり、集電体32の表面は、活物質を含有する粒子35の形状に沿って窪んで窪み部32aが形成されている。
In this embodiment, in particular, the
続いてこのようなアノード2及びカソード3の作用効果について説明する。このようなアノード2、カソード3は、集電体22,32の表面に活物質を含有する粒子25,35の形状に沿う窪み部22a,32aが形成されており、活物質を含有する粒子25,35の一部がこの窪み部22a、32aにはまり込んでいる。従って、本実施形態のアノード2やカソード3は、窪み部のない従来のアノード2やカソード3に比して、活物質を含有する粒子25,35と、集電体22,32との接触面積を広くできる。したがって、集電体22,32と、活物質を含有する粒子25,35との間の接触抵抗が小さくなる。これにより、このようなアノード2、カソード3を用いた電気化学デバイスの内部抵抗を低減でき、電気化学デバイスの高出力化、エネルギー密度の向上が可能となる。
Next, the function and effect of the
(電気化学デバイス)
続いて上述のアノード2及びカソード3を用いた電気化学デバイスとしてのリチウムイオン二次電池1の例について説明する。
(Electrochemical device)
Next, an example of the lithium ion secondary battery 1 as an electrochemical device using the above-described
図3は、本実施形態に係るリチウムイオン2次電池1の基本構成を示す模式断面図である。このリチウムイオン2次電池1は、主として、アノード2及びカソード3と、アノード2とカソード3との間に配置される電解質層4とを含む単位セル5と、この単位セル5を密封するケース7から構成されている。なお、このアノード2は充電時においては外部電源のアノード(何れも図示せず)に接続され、カソードとして機能する。なお、このカソード3は充電時においては外部電源のカソード(何れも図示せず)に接続され、アノードとして機能する。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the basic configuration of the lithium ion secondary battery 1 according to the present embodiment. The lithium ion secondary battery 1 mainly includes a
(電解質層)
電解質層4は、電解液からなる層であってもよく、固体電解質(セラミックス固体電解質、固体高分子電解質)からなる層であってもよく、セパレータと該セパレータ中に含浸された電解液及び/又は固体電解質とからなる層であってもよい。
(Electrolyte layer)
The
電解液は、リチウム含有電解質を非水溶媒に溶解して調製する。リチウム含有電解質としては、例えば、LiClO4、LiBF4、LiPF6等から適宜選択すればよく、また、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2Nのようなリチウムイミド塩や、LiB(C2O4)2などを使用することもできる。非水溶媒としては、例えば、エーテル類、ケトン類、カーボネート類等、特開昭63−121260号公報などに例示される有機溶媒から選択することができるが、本発明では特にカーボネート類を用いることが好ましい。 The electrolytic solution is prepared by dissolving a lithium-containing electrolyte in a non-aqueous solvent. The lithium-containing electrolyte may be appropriately selected from, for example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6, etc., and Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, etc. Lithium imide salt, LiB (C 2 O 4 ) 2 or the like can also be used. The non-aqueous solvent can be selected from, for example, ethers, ketones, carbonates and the like, and organic solvents exemplified in JP-A No. 63-121260, but in the present invention, carbonates are particularly used. Is preferred.
カーボネート類のうちでは、特にエチレンカーボネートを主成分とし他の溶媒を1種類以上添加した混合溶媒を用いることが好ましい。混合比率は、通常、エチレンカーボネート:他の溶媒=5〜70:95〜30(体積比)とすることが好ましい。エチレンカーボネートは凝固点が36.4℃と高く、常温では固化しているため、エチレンカーボネート単独では電池の電解液としては使用できないが、凝固点の低い他の溶媒を1種類以上添加することにより、混合溶媒の凝固点が低くなり、使用可能となる。 Among carbonates, it is particularly preferable to use a mixed solvent in which ethylene carbonate is the main component and one or more other solvents are added. Usually, the mixing ratio is preferably ethylene carbonate: other solvent = 5 to 70:95 to 30 (volume ratio). Since ethylene carbonate has a high freezing point of 36.4 ° C and is solidified at room temperature, ethylene carbonate alone cannot be used as a battery electrolyte, but it can be mixed by adding one or more other solvents having a low freezing point. The freezing point of the solvent is lowered and it can be used.
この場合の他の溶媒としてはエチレンカーボネートの凝固点を低くするものであれば何でもよい。例えばジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−オクタノイックラクトン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−エトキシメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、4,4−ジメチル−1,3−ジオキサン、ブチレンカーボネート、蟻酸メチルなどが挙げられる。アノードの活物質として炭素質材料を用い、且つ上記混合溶媒を用いることにより、電池容量が著しく向上し、不可逆容量率を十分に低くすることができる。 In this case, any other solvent may be used as long as it lowers the freezing point of ethylene carbonate. For example, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-octanoic lactone, 1,2-diethoxyethane, 1,2-ethoxy Examples include methoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, 1,3-dioxolane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 4,4-dimethyl-1,3-dioxane, butylene carbonate, and methyl formate. By using a carbonaceous material as the active material of the anode and using the above mixed solvent, the battery capacity is remarkably improved, and the irreversible capacity ratio can be sufficiently lowered.
このような電解液は、アノード2の活物質含有層24の空孔やカソード3の活物質含有層34の空孔内にも含浸されている。
Such an electrolytic solution is also impregnated in the pores of the active
固体高分子電解質としては、例えば、イオン伝導性を有する導電性高分子が挙げられる。 Examples of the solid polymer electrolyte include a conductive polymer having ionic conductivity.
上記導電性高分子としては、リチウムイオンの伝導性を有していれば特に限定されず、例えば、高分子化合物(ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリエーテル化合物の架橋体高分子、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、ポリアクリロニトリル等)のモノマーと、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCl、LiBr、Li(CF3SO2)2N、LiN(C2F5SO2)2等のリチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩と、を複合化させたもの等が挙げられる。複合化に使用する重合開始剤としては、例えば、上記のモノマーに適合する光重合開始剤又は熱重合開始剤が挙げられる。 The conductive polymer is not particularly limited as long as it has lithium ion conductivity. For example, a polymer compound (polyether polymer compound such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, high cross-linked polymer compound) Molecules, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene carbonate, polyacrylonitrile, etc.) monomers, and LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCl, LiBr, Li (CF 3 SO 2 ) Examples include a composite of a lithium salt such as 2 N or LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 or an alkali metal salt mainly composed of lithium. Examples of the polymerization initiator used for the combination include a photopolymerization initiator or a thermal polymerization initiator that is compatible with the above-described monomer.
更に、高分子固体電解質を構成する支持塩としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiCF3CF2SO3、LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiN(CF3CF2SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)及びLiN(CF3CF2CO)2等の塩、又は、これらの混合物が挙げられる。 Further, as the supporting salt constituting the polymer solid electrolyte, for example, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CF 2 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) and a salt such as LiN (CF 3 CF 2 CO) 2 , or These mixtures are mentioned.
固体電解質を使用する場合には、アノード2の活物質含有層24の空孔内や、カソード3の活物質含有層34の空孔内にさらに、固体電解質を添加しておく。
When a solid electrolyte is used, a solid electrolyte is further added into the pores of the active material-containing
電解質層4にセパレータを使用する場合、その構成材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類の一種又は二種以上(二種以上の場合、二層以上のフィルムの張り合わせ物等がある)、ポリエチレンテレフタレートのようなポリエステル類、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体のような熱可塑性フッ素樹脂類、セルロース類等がある。シートの形態はJIS−P8117に規定する方法で測定した通気度が5〜2000秒/100cc程度、厚さが5〜100μm程度の微多孔膜フィルム、織布、不織布等がある。なお、固体電解質のモノマーをセパレータに含浸、硬化させて高分子化して使用してもよい。また、先に述べた電解液を多孔質のセパレータ中に含有させて使用してもよい。
When using a separator for the
ケース7は、単位セル5を密閉できれば特に限定されず、例えば、金属缶、樹脂ケース、金属ラミネートフィルムパック等が使用できる。
The
このようなリチウムイオン二次電池1によれば、上述の如く、アノード2、カソード3の集電体22,32と、活物質含有層24,34との間における接触抵抗が低いので、リチウムイオン二次電池1の直流電気抵抗(インピーダンス)を低くできる。したがって、リチウムイオン二次電池1の高出力化、エネルギー密度の向上が可能となる。
According to such a lithium ion secondary battery 1, as described above, the contact resistance between the
(製造方法)
次に、上記実施形態にかかるアノード2、カソード3の製造方法の好適な一実施形態について説明する。
(Production method)
Next, a preferred embodiment of the method for manufacturing the
本実施形態では、まず、活物質を含有する粒子25を、導電助剤粒子26を含む結合剤27で結合してなるアノード2用の複合粒子250、及び、活物質を含有する粒子35を、導電助剤粒子36を含む結合剤37で結合してなるカソード用の複合粒子350をそれぞれ作成する。そして、複合粒子250の粒子層や複合粒子350の粒子層を各集電体に対して積層し、その後にこれらの積層体を熱間圧延する。
In this embodiment, first,
先ず、複合粒子250を作製する造粒工程について説明する。図4に複合粒子250、350の模式断面図を示す。
First, the granulation process for producing the
複合粒子250は、活物質を含有する粒子25を、導電助剤粒子26を多数含む結合剤27により一体化した比較的緩い凝集体である。結合剤27は、活物質を含有する粒子25同士を緩く結合している。従って、複合粒子250においては、活物質を含有する粒子25及び、導電助剤粒子26が良好に分散されている。また、複合粒子350は、活物質を含有する粒子35を、導電助剤粒子36を含む結合剤37により一体化したものであり、複合粒子250と同様の構造をとる。
The
このような複合粒子250は、例えば以下のような造粒工程を経て形成される。この造粒工程について図5を用いてより具体的に説明する。
Such
造粒工程は、結合剤と導電助剤粒子と溶媒とを含む原料液を調製する原料液調製工程と、活物質を含有する粒子を流動槽内で流動層化させる流動層化工程と、流動化している活物質を含有する粒子に原料液を噴霧してこれら活物質を含有する粒子同士を凝集させ、その後原料液から溶媒を除去して複合粒子を形成する噴霧乾燥工程と、とを含む。 The granulation step includes a raw material solution preparation step for preparing a raw material solution containing a binder, conductive auxiliary agent particles and a solvent, a fluidized bed forming step for fluidizing the particles containing the active material in a fluidized tank, Spraying the raw material liquid onto the particles containing the active material, aggregating the particles containing these active materials together, and then removing the solvent from the raw material liquid to form composite particles, and .
先ず、原料液調製工程では、結合剤を溶解可能な溶媒を用い、この溶媒中に結合剤を溶解させる。次に得られた溶液に、導電助剤粒子を分散させて原料液を得る。なお、この原料液調製工程では、結合剤を分散可能な溶媒(分散媒)であってもよい。ここで、結合剤を溶解可能な溶媒は、結合剤を溶解可能であり導電助剤粒子を分散可能であれば特に限定されるものではないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等を用いることができる。 First, in the raw material liquid preparation step, a solvent capable of dissolving the binder is used, and the binder is dissolved in this solvent. Next, the conductive auxiliary agent particles are dispersed in the obtained solution to obtain a raw material liquid. In this raw material liquid preparation step, a solvent (dispersion medium) capable of dispersing the binder may be used. Here, the solvent capable of dissolving the binder is not particularly limited as long as the binder can be dissolved and the conductive auxiliary agent particles can be dispersed. For example, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide or the like can be used.
次に、流動層化工程においては、図5に示すように、流動槽55内において、気流を発生させ、該気流中に活物質を含有する粒子25を投入することにより、活物質を含有する粒子25を流動層化させる。
Next, in the fluidized bed forming step, as shown in FIG. 5, an air current is generated in the
次に、噴霧乾燥工程では、流動槽55内において、原料液の液滴256を噴霧することにより、原料液の液滴256を流動層化した活物質を含有する粒子25に付着させ、同時に流動槽55内において液滴256を乾燥させる。このとき、液滴256によって活物質を含有する粒子25同士が付着凝集して一体化し所定の凝集体が形成し、原料液の液滴256から溶媒が除去されて複合粒子250が得られる。
Next, in the spray drying step, the
より具体的には、この流動槽55は、例えば、筒状の形状を有する容器であり、その底部には、温風(又は熱風)L5を外部から流入させ、流動槽55内で活物質を含有する粒子25を対流させるための開口部52が設けられている。また、この流動槽55の側面には、流動槽55内で対流させた活物質を含有する粒子25に対して、噴霧される原料液の液滴256を流入させるための開口部54が設けられている。流動槽55内で対流させた活物質を含有する粒子25に対してこの結合剤27と導電助剤粒子26と溶媒とを含む原料液の液滴256を噴霧する。
More specifically, the
このとき、活物質を含有する粒子25の置かれた雰囲気の温度を、例えば温風(又は熱風)の温度を調節する等して、原料液の液滴256中の溶媒を速やかに除去可能な所定の温度{好ましくは、50℃から結合剤の融点を大幅に超えない温度、より好ましくは50℃から結合剤の融点以下の温度(例えば、200℃)}に保持しておき、活物質を含有する粒子25の表面に形成される原料液の液滴を、原料液の液滴256の噴霧とほぼ同時に乾燥させる。これにより、活物質を含有する粒子25同士が導電助剤粒子26を含有する結合剤27により緩やかに結合された複合粒子250を得ることができる。
At this time, the solvent in the raw
なお、活物質を含有する粒子25に付着する導電助剤粒子26及び結合剤27の量は、100×(導電助剤粒子の質量+結合剤の質量)/(複合粒子の質量)の値で表現した場合、1〜12質量%であることが好ましく、3〜12質量%であることがより好ましい。
In addition, the quantity of the conductive support agent particle |
また、前述した理由から、活物質を含有する粒子25の粒径として0.1〜500μmであるものを用いると好ましい。
For the reasons described above, it is preferable to use particles having an active
ここでは、複合粒子250について説明したが、複合粒子350も同様にして製造することができる。
Although the
次に、このようにして得た複合粒子250を用いたアノード2の形成方法の好適な一例について図6を参照して説明する。なお、カソード3も複合粒子350を用いて同様にして製造することができる。
Next, a preferred example of a method for forming the
具体的には、集電体22に対して複合粒子250を供給して複合粒子250を含む粒子層210を積層する粒子層積層工程と、この粒子層210を加熱すると共に集電体22と粒子層210とを回転するロール間に通過させて粒子層210を熱間圧延するロール工程と、を含むことができる。
Specifically, a particle layer stacking step of supplying the
このような工程は、例えば、図6のような熱ロールプレス装置300により容易に行える。
Such a process can be easily performed by, for example, a hot
具体的には、熱ロールプレス装置300においては、集電体22が送りロール302、送りロール304間に略水平に掛け渡されている。ここで集電体22の上面には予め導電性の樹脂層(結合剤層)22bを形成しておく。導電性の樹脂層22bは、加熱により溶融する結合剤及び導電助剤粒子を含むことができ、具体的には、複合粒子250の結合剤27及び導電助剤粒子26を含むことが好ましい。
Specifically, in the hot
続いて、この集電体22の導電性の樹脂層22b上に対して、複合粒子250を貯留するホッパー306から複合粒子250を供給して集電体22に対して粒子層210を積層する。そして、加熱されると共に回転する一対の熱ロール312,314間に、粒子層210が積層された集電体22を通過させる。
Subsequently, the
これにより、複合粒子250の結合剤27が溶融すると共に複合粒子250が圧密されて、集電体22上に前述のごとき構造の活物質含有層24が形成される。この活物質含有層24は、一枚の板状となり、集電体22に対して導電助剤粒子26を含む結合剤27により結合される。
As a result, the
特に、本実施形態では、複合粒子250を熱ロール312,314で圧延するので、活物質を含有する粒子25が集電体22の表面に強く押しつけられて集電体22にめりこみ、集電体22の表面が活物質を含有する粒子25の形状に沿って窪むこととなる。したがって、前述の如く、窪み部22aを有して活物質を含有する粒子25と集電体22との接触抵抗の低い電極が容易に製造できる。また、シート状の活物質含有層24の形成と、この活物質含有層24と集電体22との接着を同時にできるので、従来に比して工程数も削減されて低コスト化が可能となる。
In particular, in the present embodiment, since the
ここで、熱ロール312及び熱ロール314の表面温度は60〜200℃であることが好ましい。結合剤27の溶融温度にもよるがこの程度の温度であれば、結合剤27によって、活物質を含有する粒子25同士や、活物質を含有する粒子25と集電体22とを好適に結合できる。温度が60℃よりも低いと結合性が悪くなる傾向がある。一方、温度が200℃よりも高いと、一般的に使用される結合剤の融点または軟化点を大幅に越えてしまうため、強固なシートの作製が困難になる傾向がある。
Here, it is preferable that the surface temperature of the
また、熱ロール312,314間に掛かる線圧は200×102〜2000×102N/m(約20〜200kgf/cm)であることが好ましい。ここで、ロールの線圧が200×102N/mを下回ると、活物質を含有する粒子25が集電体22に十分にめり込み難い傾向がある。一方、ロールの線圧が2000×102N/mを越える場合には、活物質含有層24が圧密されすぎて活物質含有層24内で電解質の拡散がし難くなる傾向がある。したがって、200×102〜2000×102N/mの範囲では、電気化学デバイスのインピーダンスを特に十分に低下させることができる。
The linear pressure applied between the heat rolls 312 and 314 is preferably 200 × 10 2 to 2000 × 10 2 N / m (about 20 to 200 kgf / cm). Here, when the linear pressure of the roll is less than 200 × 10 2 N / m, the
また、本実施形態では複合粒子250を用いているので、あらかじめ複合粒子250中において活物質を含有する粒子25及び導電助剤粒子26を良好に分散させておくことができ、圧延してできる活物質含有層24において活物質を含有する粒子25と導電助剤粒子26との分散性を十分に良好にできる。したがって、活物質含有層24において、活物質を含有する粒子25及び導電助剤粒子26によって極めて良好な電子伝導パスの3次元ネットワークを形成できる。
Further, since the
また、集電体22上に予め導電性の樹脂層22bが形成されていると、活物質含有層24すなわち、活物質を含有する粒子25と集電体22との接着性がきわめて向上する。ここで、予め集電体22上に樹脂層22bがあっても、熱ロールにより活物質を含有する粒子25が樹脂層22bを突き抜けて集電体22にめり込むこととなる。そして、この樹脂層22bは、導電性の樹脂層であるため活物質を含有する粒子25と集電体22との接触抵抗は十分に低くできる。ここで、集電体22上に樹脂層22bが予め形成されていなくても、本発明の作用効果を示す電極の形成は可能である。
In addition, when the
また、粒子層積層工程では、複合粒子250に加えて、さらに、一体化されていない単粒子、すなわち、活物質を含有する粒子25、導電助剤粒子26、結合剤27のうちの少なくとも1種を更に混合して粒子層を積層してもよい。さらに、複合粒子250を一切用いずに、複合化されていない単粒子、すなわち、活物質を含有する粒子25、導電助剤粒子26、結合剤27を含む粒子層を形成しても、本実施形態に係る電極の形成は可能である。
Further, in the particle layer lamination step, in addition to the
また、加熱された熱ロールによって粒子層210を加熱せず、赤外線ランプ等により粒子層210を加熱した後にこれを非加熱ロール間に通過させてもよい。
Alternatively, the
そして、このようにして製造した電極は、公知の方法により容易に所望の電気化学デバイスとすることができる。 And the electrode manufactured in this way can be easily used as a desired electrochemical device by a well-known method.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、上記実施形態では、活物質を含有する粒子25同士、及び/又は、活物質を含有する粒子25と集電体22との電気的接触を向上させるべく導電助剤粒子26を添加しているが、結合剤27が導電性を有する場合等や活物質を含有する粒子25の特性等によっては、導電助剤粒子26を添加しなくても電極としての動作は可能である。
For example, in the above embodiment, the conductive
また、上記の電気化学デバイスは、本実施形態の電極をアノード及びカソードにそれぞれ備えているが、本実施形態の電極をアノード及びカソードのうちの少なくとも一方の電極として備えていればよい。 In addition, the electrochemical device includes the electrode of the present embodiment on the anode and the cathode, respectively, but the electrode of the present embodiment may be included as at least one of the anode and the cathode.
また、上記の電気化学デバイスは単位セル5を一つ有するが、単位セルを複数積層したものでもよい。この場合、各単位セルを並列に接続してもよく、直列に接続してもよい。
In addition, the electrochemical device has one
また、上述した電気化学デバイスの実施形態の説明では、リチウムイオン2次電池について説明したが、例えば、本発明の電気化学デバイスは、アノードと、カソードと、イオン伝導性を有する電解質層とを少なくとも備えており、アノードとカソードとが電解質層を介して対向配置された構成を有していれば他の二次電池でもよく、一次電池であってもよい。アノードやカソードの活物質含有層の活物質を含有する粒子としては上述の例示物質の他に、既存の一次電池に使用されているものを使用することができる。導電助剤粒子及び結合剤は上述の例示物質と同様であってよい。 In the above description of the embodiment of the electrochemical device, the lithium ion secondary battery has been described. For example, the electrochemical device of the present invention includes at least an anode, a cathode, and an electrolyte layer having ion conductivity. As long as it has a configuration in which the anode and the cathode are arranged to face each other with the electrolyte layer interposed therebetween, another secondary battery or a primary battery may be used. As the particles containing the active material of the active material-containing layer of the anode or the cathode, those used in the existing primary battery can be used in addition to the above-mentioned exemplified materials. The conductive auxiliary particles and the binder may be the same as those exemplified above.
更に、本発明の電極は、電池用の電極に限定されず、例えば、電気分解セル、電気化学キャパシタ(電気二重層キャパシタ、アルミ電解コンデンサ等)、又は、電気化学センサに使用される電極であってもよい。また、本発明の電気化学デバイスも、電池のみに限定されるものではなく、例えば、電気分解セル、電気化学キャパシタ(電気二重層キャパシタ、アルミ電解コンデンサ等)、又は、電気化学センサであってもよい。例えば、電気二重層キャパシタ用電極の場合、アノードやカソードの活物質含有層の活物質を含有する粒子としては、ヤシガラ活性炭、ピッチ系活性炭、フェノール樹脂系活性炭等の電気二重層容量の高い炭素材料を使用することができる。ここで、2重層キャパシタの場合には、カソード3及びアノード2ともに活物質を含有する粒子の比表面積は500〜3000m2/gであることが好ましい。
Furthermore, the electrode of the present invention is not limited to an electrode for a battery. For example, the electrode is used in an electrolytic cell, an electrochemical capacitor (such as an electric double layer capacitor or an aluminum electrolytic capacitor), or an electrochemical sensor. May be. Further, the electrochemical device of the present invention is not limited to a battery, and may be, for example, an electrolytic cell, an electrochemical capacitor (such as an electric double layer capacitor or an aluminum electrolytic capacitor), or an electrochemical sensor. Good. For example, in the case of an electrode for an electric double layer capacitor, the particles containing the active material of the active material-containing layer of the anode or cathode include carbon materials having a high electric double layer capacity such as coconut shell activated carbon, pitch activated carbon, and phenol resin activated carbon. Can be used. Here, in the case of a double layer capacitor, the specific surface area of the particles containing the active material in both the
更に、例えば、食塩電解に使用されるアノードとして、例えば、酸化ルテニウム(或いは酸化ルテニウムとこれ以外の金属酸化物との複合酸化物)を熱分解したものを活物質含有層の活物質を含有する粒子として使用してもよい。 Further, for example, as an anode used for salt electrolysis, for example, an active material of an active material containing layer obtained by thermally decomposing ruthenium oxide (or a composite oxide of ruthenium oxide and other metal oxides) is contained. It may be used as particles.
また、本発明の電気化学デバイスが電気化学キャパシタの場合、電解質溶液としては、公知の電気二重層キャパシタ等の電気化学キャパシタに用いられている水系電解質溶液及び非水電解質溶液(有機溶媒を使用する非水電解質溶液)の双方を使用することができる。 When the electrochemical device of the present invention is an electrochemical capacitor, the electrolyte solution is an aqueous electrolyte solution or non-aqueous electrolyte solution (an organic solvent is used) used in an electrochemical capacitor such as a known electric double layer capacitor. Both non-aqueous electrolyte solutions) can be used.
更に、非水電解質溶液の種類は特に限定されないが、一般的には溶質の溶解度、解離度、液の粘性を考慮して選択され、高導電率でかつ広い電位窓の非水電解質溶液であることが望ましい。有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、ジエチレンカーボネート、アセトニトリルが挙げられる。また、電解質としては、例えば、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート(4フッ化ホウ素テトラエチルアンモニウム)のような4級アンモニウム塩が挙げられる。なお、この場合、混入水分を厳重に管理する必要がある。 Furthermore, the type of the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but is generally selected in consideration of the solubility, dissociation degree, and liquid viscosity of the solute, and is a non-aqueous electrolyte solution having a high conductivity and a wide potential window. It is desirable. Examples of the organic solvent include propylene carbonate, diethylene carbonate, and acetonitrile. Examples of the electrolyte include quaternary ammonium salts such as tetraethylammonium tetrafluoroborate (boron tetrafluoride tetraethylammonium). In this case, it is necessary to strictly manage the moisture content.
なお、2次電池1を金属リチウム2次電池とする場合には、そのアノード(図示せず)は、集電体を兼ねた金属リチウム又はリチウム合金のみからなる電極であってもよい。リチウム合金は特に限定されず、例えば、Li−Al,LiSi,LiSn等の合金(ここでは、LiSiも合金として取り扱うものとする)があげられる。この場合、カソードは後述する構成の複合粒子250を用いて構成すればよい。
When the secondary battery 1 is a metal lithium secondary battery, the anode (not shown) may be an electrode made of only metal lithium or a lithium alloy that also serves as a current collector. The lithium alloy is not particularly limited, and examples thereof include alloys such as Li—Al, LiSi, and LiSn (here, LiSi is also handled as an alloy). In this case, the cathode may be configured using
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明について更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited to these Examples at all.
(実施例A1)
ここでは、まず、電気二重層キャパシタ用の電極を作成した。
(Example A1)
Here, first, an electrode for an electric double layer capacitor was prepared.
(1)複合粒子の作製
先ず、以下に示す手順により、電気二重層キャパシタ用の各電極における活物質含有層の製造に用いる複合粒子250を作製した。ここで、複合粒子250は、カソード又はアノード用の活物質(90質量%)、導電助剤粒子(5質量%)及び結合剤(5質量%)から構成した。
(1) Preparation of Composite Particles First,
カソード及びアノード用の活物質(活物質を含有する粒子)としては、活性炭(平均粒径15μm)を用いた。また、導電助剤粒子としては、カーボンブラック(アセチレンブラック)を用いた。更に、結合剤としてはポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いた。 As the active material (particles containing the active material) for the cathode and anode, activated carbon (average particle size: 15 μm) was used. Carbon black (acetylene black) was used as the conductive auxiliary agent particles. Furthermore, polyvinylidene fluoride (PVDF) was used as a binder.
先ず、ポリフッ化ビニリデンを溶媒としてのN,N−ジメチルホルムアミドに溶解させた溶液にカーボンブラックを分散させた「原料液」(カーボンブラック3質量%、ポリフッ化ビニリデン2質量%)を調製した。 First, a “raw material solution” (3% by mass of carbon black, 2% by mass of polyvinylidene fluoride) was prepared by dispersing carbon black in a solution in which polyvinylidene fluoride was dissolved in N, N-dimethylformamide as a solvent.
次に、図5に示した流動槽55と同様の構成を有する容器内で空気からなる気流を発生させ、活性炭の粒子を投入しこれを流動層化させた。次に、上記の原料液を流動層化した活性炭の粒子に噴霧し、当該粒子表面に溶液を付着させ、活性炭同士を凝集させた。なお、この噴霧を行う際の活性炭粒子の置かれる雰囲気中の温度を一定に保持することにより、噴霧とほぼ同時に当該粒子表面からN,N−ジメチルホルムアミドを除去した。このようにして活性炭がカーボンブラックを含むポリフッ化ビニリデンで結合されて一体化した複合粒子250(平均粒子径:200μm)を得た。
Next, an air flow consisting of air was generated in a container having the same configuration as that of the
なお、この造粒処理において使用する活性炭、カーボンブラック及びポリフッ化ビニリデンのそれぞれの量は、最終的に得られる複合粒子250中のこれらの成分の質量比が上述の値となるように調節した。
The amounts of activated carbon, carbon black, and polyvinylidene fluoride used in the granulation treatment were adjusted so that the mass ratio of these components in the finally obtained
(2)電極の作製
続いて、電極(カソード、アノード)を作製した。先ず、集電体としてのアルミ箔(厚さ:20μm)の一方の面に、導電性の樹脂層(厚み:5μm)を形成した。導電性の樹脂層は、複合粒子に含まれるものと同様の導電助剤粒子(カーボンブラック)と複合粒子に含まれるのと同様の結合剤(ポリフッ化ビニリデン)とを含む層(カーボンブラック:30質量%,ポリフッ化ビニリデン:70質量%)とした。
(2) Production of electrode Subsequently, an electrode (cathode, anode) was produced. First, a conductive resin layer (thickness: 5 μm) was formed on one surface of an aluminum foil (thickness: 20 μm) as a current collector. The conductive resin layer is a layer (carbon black: 30) containing the same conductive additive particles (carbon black) as those contained in the composite particles and the same binder (polyvinylidene fluoride) as contained in the composite particles. Mass%, polyvinylidene fluoride: 70 mass%).
次に、図6に示したものと同様の構成を有する熱ロールプレス機を用いて、集電体22の樹脂層上に、先に製造した複合粒子を散布して粒子層を積層し、粒子層が積層された集電体を熱ロールにより高温で圧延した。圧延条件は、ロール温度を180℃、ロール間にかかる線圧(以下ロール線圧とする)を700×102N/mとした。このようにして、活物質含有層の厚さ150μm、活物質担持量:45.0mg/cm2、空孔率:25体積%である一対の電極(カソード、アノード)を得た。
Next, using a hot roll press machine having a configuration similar to that shown in FIG. 6, the previously produced composite particles are dispersed on the resin layer of the
(3)電気二重層キャパシタの作成
この電極をセルロース製のセパレータを挟むように対向させ、TEMA+BF4 −(トリエチルメチルアンモニウムテトラフロロボレート)1.2mol/Lのポリカーボネート溶液をセパレータ及び活物質含有層に含浸させ、アルミラミネートパックに封入して、電気二重層キャパシタを得た。
(3) an electric double Creating layer capacitors are opposed to the electrode so as to sandwich the cellulosic separator, TEMA + BF 4 - (triethylmethylammonium tetrafluoroborate) 1.2 mol / polycarbonate solution separator and the active material containing the L The layer was impregnated and sealed in an aluminum laminate pack to obtain an electric double layer capacitor.
(実施例A2、A3)
実施例A2、A3では、ロール線圧を200×102N/m、2000×102N/mとする以外は実施例A1と同様にした。
(Examples A2, A3)
Examples A2 and A3 were the same as Example A1 except that the roll linear pressure was 200 × 10 2 N / m and 2000 × 10 2 N / m.
(実施例A4)
実施例A4では、リチウムイオン二次電池を作成した。アノードには実施例A1と同じ電極を用いた。一方、カソードは、以下の複合粒子と、以下の集電体と、を用い実施例A1と同様の熱ロール加工を用いて作成した。
(Example A4)
In Example A4, a lithium ion secondary battery was created. The same electrode as in Example A1 was used for the anode. On the other hand, the cathode was prepared using the following composite particles and the following current collector using the same hot roll processing as in Example A1.
複合粒子は、活物質を含有する粒子としてのLiCoO2粒子(平均粒径0.5mm)、導電助剤粒子としてのアセチレンブラック(デンカブラック)、及び、結合剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いて、実施例A1と同様にして作成した。複合粒子の粒径は200μmとした。また、複合粒子の構成比は、活物質を含有する粒子(90質量%)、導電助剤粒子(7質量%)及び結合剤(3質量%)とした。 The composite particles include LiCoO 2 particles (average particle size 0.5 mm) as particles containing an active material, acetylene black (Denka black) as a conductive auxiliary agent particle, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder. And prepared in the same manner as in Example A1. The particle size of the composite particles was 200 μm. The composition ratio of the composite particles was particles containing active material (90% by mass), conductive auxiliary agent particles (7% by mass), and binder (3% by mass).
また、集電体はアルミニウム箔(厚み:20μm)であり、表面にアセチレンブラック30質量%、ポリフッ化ビニリデン70質量%を含む導電性の樹脂層(厚み:5μm)が形成されたものを用いた。また、電解液として1mol/LのLiBF4溶液を用い、電解液の溶媒としてエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートを70:30の体積割合で含む混合物を用いた。 Further, the current collector was an aluminum foil (thickness: 20 μm), and a surface on which a conductive resin layer (thickness: 5 μm) containing 30% by mass of acetylene black and 70% by mass of polyvinylidene fluoride was used. . Further, a 1 mol / L LiBF 4 solution was used as the electrolytic solution, and a mixture containing ethylene carbonate and propylene carbonate in a volume ratio of 70:30 was used as the solvent of the electrolytic solution.
(比較例A1)
比較例A1では、複合粒子を予め120℃の熱ロールでロール線圧700×102N/mで熱間圧延して活物質含有シートを形成した後、この活物質含有シートを集電体と重ね合わせて180℃、5MPaで熱圧着する以外は、実施例A1と同様にした。
(Comparative Example A1)
In Comparative Example A1, the composite particles were previously hot-rolled with a hot roll at 120 ° C. at a roll linear pressure of 700 × 10 2 N / m to form an active material-containing sheet, and then the active material-containing sheet was used as a current collector. Except for superposition and thermocompression bonding at 180 ° C. and 5 MPa, the procedure was the same as Example A1.
これらの電気化学デバイスの1kHzでの直流インピーダンスを図7に示す。従来のように活物質含有層のシートを形成した後これを集電体と張り合わせた比較例1に比べて、本発明の如く集電体に積層した粒子層を熱間圧延して活物質含有層を形成した実施例1〜4では電池やキャパシタのインピーダンスを低減できることが確認された。 The DC impedance of these electrochemical devices at 1 kHz is shown in FIG. Compared with the comparative example 1 which formed the sheet | seat of the active material content layer conventionally, and bonded this with the electrical power collector, the particle layer laminated | stacked on the electrical power collector like this invention is hot-rolled, and an active material content is contained. In Examples 1 to 4 in which the layers were formed, it was confirmed that the impedance of the battery or capacitor could be reduced.
(実施例B1)
複合粒子を、活物質を含有する粒子としての粒径2μmの活性炭(90質量%)、導電助剤粒子としてのアセチレンブラック(6質量%)及び結合剤としてのPVDF(4質量%)から構成し、複合粒子の粒径を60μmとし、圧延におけるロール温度を120℃とし、活物質含有層の活物質担持量を9.0mg/cm2とする以外は実施例A1と同様として電気二重層キャパシタを得た。
(Example B1)
The composite particles are composed of activated carbon (90% by mass) having a particle size of 2 μm as particles containing active material, acetylene black (6% by mass) as conductive auxiliary particles and PVDF (4% by mass) as a binder. An electric double layer capacitor was prepared in the same manner as in Example A1, except that the composite particle size was 60 μm, the roll temperature in rolling was 120 ° C., and the active material loading of the active material-containing layer was 9.0 mg / cm 2. Obtained.
(実施例B2〜B6)
実施例B2では、活性炭の粒径を5μm、複合粒子の粒径を120μmとする以外は実施例B1と同様にした。実施例B3では、活性炭の粒径を15μm、複合粒子の粒径を200μmとする以外は実施例B1と同様にした。実施例B4では、活性炭の粒径を18μm、複合粒子の粒径を300μmとする以外は実施例B1と同様にした。実施例B5では、活性炭の粒径を22μm、複合粒子の粒径を450μmとする以外は実施例B1と同様にした。実施例B6では、活性炭の粒径を28μm、複合粒子の粒径を580μmとする以外は実施例B1と同様にした。
(Examples B2 to B6)
Example B2 was the same as Example B1 except that the activated carbon had a particle size of 5 μm and the composite particles had a particle size of 120 μm. Example B3 was the same as Example B1 except that the activated carbon had a particle size of 15 μm and the composite particles had a particle size of 200 μm. Example B4 was the same as Example B1, except that the activated carbon particle size was 18 μm and the composite particle particle size was 300 μm. Example B5 was the same as Example B1 except that the activated carbon had a particle size of 22 μm and the composite particles had a particle size of 450 μm. Example B6 was the same as Example B1 except that the activated carbon particle size was 28 μm and the composite particle particle size was 580 μm.
(実施例B7〜B10)
実施例B7では、プレス時のロール線圧を150×102N/mとする以外は実施例B3と同様にした。実施例B8では、プレス時のロール線圧を250×102N/mとする以外は実施例B3と同様にした。実施例B9では、プレス時のロール線圧を1900×102N/mとする以外は実施例B3と同様にした。実施例B10では、プレス時のロール線圧を2200×102N/mとする以外は実施例B3と同様にした。
(Examples B7 to B10)
Example B7 was the same as Example B3, except that the roll linear pressure during pressing was 150 × 10 2 N / m. Example B8 was the same as Example B3 except that the roll linear pressure during pressing was 250 × 10 2 N / m. Example B9 was the same as Example B3 except that the roll linear pressure during pressing was 1900 × 10 2 N / m. Example B10 was the same as Example B3 except that the roll linear pressure during pressing was 2200 × 10 2 N / m.
(実施例B11)
複合粒子を形成せずに、活物質を含有する粒子としての活性炭、導電助剤粒子としてのアセチレンブラック、及び結合剤としてのPVDFを混合した複合化されていない粒子層を集電体上で熱ロールする以外は実施例B3と同様にした。
(Example B11)
Without forming composite particles, an uncomposited particle layer in which activated carbon as active material-containing particles, acetylene black as conductive aid particles, and PVDF as a binder are mixed is heated on the current collector. Except for rolling, the procedure was the same as Example B3.
(実施例C1)
実施例C1では、リチウムイオン二次電池を作成した。アノードには実施例B3と同じ電極を用いた。一方、以下の複合粒子及び以下の集電体を用いて実施例B3と同様に700×102N/mのロール線圧で熱ロール加工を行うことによりカソードを作成した。カソードの活物質担持量は45mg/cm2とし、空孔率を28体積%とした。
(Example C1)
In Example C1, a lithium ion secondary battery was created. The same electrode as in Example B3 was used for the anode. On the other hand, a cathode was prepared by performing hot roll processing with a roll linear pressure of 700 × 10 2 N / m using the following composite particles and the following current collector in the same manner as in Example B3. The active material loading of the cathode was 45 mg / cm 2 and the porosity was 28% by volume.
複合粒子は、活物質を含有する粒子として平均粒径2μmのLiCoO2粒子、導電助剤粒子としてのアセチレンブラック(デンカブラック)、及び、結合剤としてのPVDFにより形成し、その構成は順に90質量%、7質量%、及び、3質量%であり、複合粒子の粒径は60μmとした。 The composite particles are formed of LiCoO 2 particles having an average particle diameter of 2 μm as particles containing an active material, acetylene black (Denka black) as a conductive auxiliary agent particle, and PVDF as a binder, and the constitution is 90 masses in order. %, 7% by mass, and 3% by mass, and the particle size of the composite particles was 60 μm.
また、集電体はアルミニウム箔(厚み:20μm)であり、表面にアセチレンブラック30質量%、ポリフッ化ビニリデン70質量%を含む導電性の樹脂層(厚み:5μm)が形成されたものを用いた。また、電解液として1mol/LのLiBF4溶液を用い、電解液の溶媒としてエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートを70:30の体積割合で含む混合物を用いた。 Further, the current collector was an aluminum foil (thickness: 20 μm), and a surface on which a conductive resin layer (thickness: 5 μm) containing 30% by mass of acetylene black and 70% by mass of polyvinylidene fluoride was used. . Further, a 1 mol / L LiBF 4 solution was used as the electrolytic solution, and a mixture containing ethylene carbonate and propylene carbonate in a volume ratio of 70:30 was used as the solvent of the electrolytic solution.
(実施例C2〜C5)
実施例C2では、カソードについて、LiCoO2粒子の粒径を5μm、複合粒子の粒径を180μmとする以外は実施例C1と同様にした。実施例C3では、カソードについて、LiCoO2粒子の粒径を8μm、複合粒子の粒径を250μmとする以外は実施例C1と同様にした。実施例C4では、カソードについて、LiCoO2粒子の粒径を12μm、複合粒子の粒径を300μmとする以外は実施例C1と同様にした。実施例C5では、カソードについて、LiCoO2粒子の粒径を15μm、複合粒子の粒径を420μmとする以外は実施例C1と同様にした。
(Examples C2 to C5)
In Example C2, the cathode was the same as Example C1 except that the LiCoO 2 particles had a particle size of 5 μm and the composite particles had a particle size of 180 μm. In Example C3, the cathode was the same as Example C1, except that the LiCoO 2 particles had a particle size of 8 μm and the composite particles had a particle size of 250 μm. In Example C4, the cathode was the same as Example C1 except that the LiCoO 2 particles had a particle size of 12 μm and the composite particles had a particle size of 300 μm. In Example C5, the cathode was the same as Example C1, except that the LiCoO 2 particles had a particle size of 15 μm and the composite particles had a particle size of 420 μm.
(実施例C6〜C9)
実施例C6では、カソードについて、プレス時のロール線圧を150×102N/mとする以外は実施例C2と同様にした。実施例C7では、カソードについて、プレス時のロール線圧を250×102N/mとする以外は実施例C2と同様にした。実施例C8では、カソードについて、プレス時のロール線圧を1800×102N/mとする以外は実施例C2と同様にした。実施例C9では、カソードについて、プレス時のロール線圧を2200×102N/mとする以外は実施例C2と同様にした。
(Examples C6 to C9)
In Example C6, the cathode was the same as Example C2 except that the roll linear pressure during pressing was 150 × 10 2 N / m. In Example C7, the cathode was the same as Example C2 except that the roll linear pressure during pressing was 250 × 10 2 N / m. In Example C8, the cathode was the same as Example C2 except that the roll linear pressure during pressing was 1800 × 10 2 N / m. In Example C9, the cathode was the same as Example C2 except that the roll linear pressure during pressing was 2200 × 10 2 N / m.
(実施例C10)
カソードについて、複合粒子を形成せずに、活物質を含有する粒子としての活性炭、導電助剤粒子としてのアセチレンブラック、及び結合剤としてのPVDFを混合した複合化されていない粒子層を集電体上で熱ロールする以外は実施例C2と同様にした。
(Example C10)
For the cathode, an uncomposited particle layer in which activated carbon as active material-containing particles, acetylene black as a conductive auxiliary agent particle, and PVDF as a binder are mixed without forming composite particles is a current collector The same procedure as in Example C2 was performed except that the hot roll was performed.
実施例B1〜B11の電気二重層キャパシタ、実施例C1〜C10のリチウムイオン二次電池では、比較的低い例えば、700×102N/m程度のロール線圧で、インピーダンスが十分に低くなる(図8、図9参照)。好適なロール線圧は200〜2000×102N/mである。また、活物質を含有する粒子の粒径が大きくなると、インピーダンスが大きくなる傾向がある。 In the electric double layer capacitors of Examples B1 to B11 and the lithium ion secondary batteries of Examples C1 to C10, the impedance is sufficiently low, for example, at a relatively low roll linear pressure of about 700 × 10 2 N / m ( (Refer FIG. 8, FIG. 9). A suitable roll linear pressure is 200 to 2000 × 10 2 N / m. Moreover, when the particle diameter of the particle | grains containing an active material becomes large, there exists a tendency for impedance to become large.
さらに、複合粒子を形成した場合には、複合粒子を形成しない場合に比してインピーダンスが低くなる傾向が得られた。 Furthermore, when the composite particles were formed, the impedance tended to be lower than when the composite particles were not formed.
1…電池(電気化学デバイス)、2…アノード(電極)、3…カソード(電極)、4…電解質層、5…単位セル、22,32…活物質含有層、22a,32a…窪み部、22b…樹脂層、24,34…集電体、25,35…活物質を含有する粒子、26,36…導電助剤粒子、27,37…結合剤、52…開口部、54…開口部、55…流動槽、250,350…複合粒子、256…原料液の液滴、210…粒子層、312,314…熱ロール。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery (electrochemical device), 2 ... Anode (electrode), 3 ... Cathode (electrode), 4 ... Electrolyte layer, 5 ... Unit cell, 22, 32 ... Active material containing layer, 22a, 32a ... Depression part, 22b ... resin layer, 24, 34 ... current collector, 25, 35 ... particles containing active material, 26, 36 ... conductive auxiliary agent particles, 27, 37 ... binder, 52 ... opening, 54 ... opening, 55 ... Fluidized tank, 250, 350 ... Composite particles, 256 ... Raw material liquid droplets, 210 ... Particle layer, 312, 314 ... Heat roll.
Claims (11)
前記活物質含有層は、活物質を含有する複数の粒子、及び、前記活物質を含有する粒子同士を結合すると共に前記活物質を含有する粒子と前記集電体とを結合する結合剤を有し、前記集電体の表面は前記活物質を含有する粒子の形状に沿って窪んでいる電極。 A plate-like current collector, and an active material-containing layer provided on the current collector,
The active material-containing layer includes a plurality of particles containing an active material, and a binder that bonds particles containing the active material and the current collector together with the particles containing the active material. The surface of the current collector is an electrode recessed along the shape of the particles containing the active material.
前記一対の電極の少なくとも一つは、
板状の集電体と、前記集電体上に設けられた活物質含有層とを有し、
前記活物質含有層は、活物質を含有する複数の粒子、及び、前記活物質を含有する粒子同士を結合すると共に前記活物質を含有する粒子と前記集電体とを結合する結合剤を含み、前記集電体の表面は前記活物質を含有する粒子の形状に沿って窪んでいる電気化学デバイス。 A pair of electrodes, and an electrolyte interposed between the electrodes,
At least one of the pair of electrodes is
A plate-like current collector, and an active material-containing layer provided on the current collector,
The active material-containing layer includes a plurality of particles containing an active material, and a binder that bonds the particles containing the active material and the current collector together with the particles containing the active material. An electrochemical device in which the surface of the current collector is recessed along the shape of the particles containing the active material.
前記粒子層を加熱すると共に、回転するロール間に前記集電体及び前記粒子層を通過させて前記粒子層を圧延し、前記活物質を含有する粒子同士を前記結合剤により結合すると共に前記活物質を含有する粒子と前記集電体とを前記結合剤により結合するロール工程と、 を備える電極の製造方法。 A particle layer laminating step of laminating a particle layer containing a plurality of particles containing a binder and an active material, which is melted by heating, on a plate-shaped current collector,
The particle layer is heated, and the current collector and the particle layer are passed between rotating rolls to roll the particle layer, and the particles containing the active material are bonded to each other by the binder and the active layer is rolled. A roll process for bonding particles containing a substance and the current collector with the binder, and a method for producing an electrode.
The method for producing an electrode according to any one of claims 5 to 10, wherein a particle diameter of the particles containing the active material is 0.1 to 500 µm.
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