JP6347165B2 - Method for producing composite particle for electrochemical element electrode, method for producing electrochemical element electrode, and method for producing electrochemical element - Google Patents
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Description
本発明は、電気化学素子電極用複合粒子の製造方法、電気化学素子電極用複合粒子、電気化学素子電極、および電気化学素子に関する。 The present invention relates to a method for producing a composite particle for an electrochemical element electrode, a composite particle for an electrochemical element electrode, an electrochemical element electrode, and an electrochemical element.
小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能なリチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなどの電気化学素子は、その特性を活かして需要を急速に拡大している。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が大きいことから、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなどの分野で広く利用されている。一方、電気二重層キャパシタは、急速な充放電が可能なので、パソコン等のメモリバックアップ小型電源として利用されている。さらに、電気二重層キャパシタは自動車のブレーキによる回生エネルギーを瞬時に回収するための電源としても活用されている。また、高いエネルギー密度と充放電速度の両立を目指し、正極、負極の2つの電極のうち、一方に分極性電極、もう一方に非分極性電極を使用するハイブリッドキャパシタやリチウムイオンキャパシタも開発が進められている。これら電気化学素子には、用途の拡大や発展に伴い、低抵抗化、高容量化、機械的特性の向上など、より一層の特性の改善が求められている。このような状況において、電気化学素子の性能を向上させるために、電気化学素子電極を形成する材料についても様々な改善が行われている。 Electrochemical elements such as lithium ion secondary batteries and electric double layer capacitors that are small, lightweight, have high energy density, and can be repeatedly charged and discharged are rapidly expanding in demand by utilizing their characteristics. Lithium ion secondary batteries are widely used in fields such as mobile phones and notebook personal computers because of their high energy density. On the other hand, the electric double layer capacitor can be rapidly charged and discharged, and thus is used as a memory backup compact power source for a personal computer or the like. Furthermore, the electric double layer capacitor is also used as a power source for instantaneously recovering regenerative energy by the brake of the automobile. In addition, with the aim of achieving both high energy density and charge / discharge speed, development of hybrid capacitors and lithium ion capacitors that use a polarizable electrode for one of the positive and negative electrodes and a nonpolarizable electrode for the other is progressing. It has been. With the expansion and development of applications, these electrochemical elements are required to further improve characteristics such as low resistance, high capacity, and improved mechanical characteristics. In such a situation, in order to improve the performance of the electrochemical element, various improvements have been made on the material forming the electrochemical element electrode.
たとえば、特許文献1では、活物質、導電材、分散型結着剤及び溶解型樹脂を、溶媒に分散又は溶解して、活物質、導電材及び分散型結着剤が分散され、かつ溶解型樹脂が溶解されてなるスラリーを調製し、加圧ノズルで噴霧乾燥して得られる複合粒子をシート成形して得られる合剤層を有する電気化学素子電極が記載されている。また、特許文献2では、活物質、導電材、分散型結着剤及び溶解型樹脂を、溶媒に分散又は溶解して、活物質、導電材及び分散型結着剤が分散され且つ溶解型樹脂が溶解されてなるスラリーを得、ピン型ディスクアトマイザーで噴霧乾燥して得られる複合粒子をシート成形して得られる合剤層を有する電気化学素子電極が記載されている。また、特許文献3ではピン型ディスクアトマイザーで噴霧乾燥して得られる複合粒子を用いて700、800μmといった、現在の電気化学素子電極に用いられている合剤層膜厚と比較して、非常に厚膜の電気化学素子電極をロール加圧成形法によって膜厚精度よく製造する技術が記載されている。
For example, in Patent Document 1, an active material, a conductive material, a dispersion-type binder, and a soluble resin are dispersed or dissolved in a solvent, and the active material, the conductive material, and the dispersion-type binder are dispersed, and a soluble type An electrochemical element electrode having a mixture layer obtained by preparing a slurry in which a resin is dissolved and spray-drying with a pressure nozzle to form composite particles is described. In
特許文献4ではロール加圧成形装置においてのロール径を小径化させたプレ成形ロールを用い、P点をニップ点に近づけることで加圧ロールへの複合粒子の喰い込み量を減らし、ロール加圧成形法で実用的な電気化学素子電極を製造する技術が記載されている。
In
特許文献5ではロール加圧成形装置におけるホッパーを備えた定量フィーダーを用いて成形ロール上のホッパー内の粉体量を一定にし、流れ方向における電気化学素子電極の膜厚精度を高めるための技術が記載されている。 In Patent Document 5, there is a technique for making the amount of powder in the hopper on the forming roll constant by using a quantitative feeder equipped with a hopper in a roll pressure forming apparatus and increasing the film thickness accuracy of the electrochemical element electrode in the flow direction. Have been described.
特許文献6、特許文献7ではロール加圧成形装置において成形ロール上に設けられるホッパー形状に着目し、上記ホッパー内における複合粒子の流動を制御することで幅方向の合剤層の膜厚制御を改善する技術が記載されている。 Patent Document 6 and Patent Document 7 focus on the hopper shape provided on the forming roll in the roll pressure forming apparatus, and control the thickness of the mixture layer in the width direction by controlling the flow of the composite particles in the hopper. Techniques to improve are described.
しかしながら、特許文献1および特許文献2、特許文献3に記載の製法で得られる複合粒子は、その形状が略球状であるため、形状が略球状でない複合粒子と比較して、ロール加圧成形法においてロール上における粉体層内の複合粒子の流動性が相対的に富み、比較的均質で厚膜電極の製造に適する一方で、特許文献4に記載の装置を用いて200μm以下の実用的な厚みの合剤層を集電体上に形成した電気化学素子電極を製造しようとした場合には、膜厚が均質な電気化学素子電極が得られ難いという課題を有していた。また、その課題は特許文献5、特許文献6、および特許文献7に記載の技術を用いたとしても上記膜厚の電気化学素子電極を製造する場合にはその膜厚精度を改善することはできなかった。
However, since the composite particles obtained by the manufacturing methods described in Patent Document 1,
本発明の目的は、ロール加圧成形法を用いて複合粒子からなる電気化学素子電極を製造する場合に、合剤層の膜厚が200μm以下の実用的、かつ膜厚精度に優れる電気化学素子電極を製造するための電気化学素子電極用複合粒子を生産性高く製造できる電気化学素子電極用複合粒子の製造方法、ならびにその製造方法により製造された複合粒子、電気化学素子電極、および電気化学素子を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to produce an electrochemical element electrode composed of composite particles by using a roll pressure molding method, and an electrochemical element having a mixture layer thickness of 200 μm or less and excellent in film thickness accuracy. Method for producing composite particle for electrochemical device electrode capable of producing composite particle for electrochemical device electrode for producing electrode with high productivity, composite particle produced by the production method, electrochemical device electrode, and electrochemical device The purpose is to provide.
発明者はこの課題について鋭意検討した結果、特許文献1、特許文献2、および特許文献3等で得られる複合粒子を用いてロール加圧成形法により電気化学素子電極を製造しようとした場合に成形ロール上に設けられたホッパー内、および任意に設けられる前記ロール上の成形ホッパーに複合粒子を供給するための定量フィーダーのホッパー内において前記複合粒子がラットホール、ブリッジ、ブロッキング等の種々の状態で凝集して存在する結果、成形ロールに供給される複合粒子量が微視的に常に一定とならないために高い膜厚精度が確保できないことを見出した。
As a result of diligent study on this problem, the inventor formed the composite element obtained in Patent Literature 1,
発明者はさらに検討を進め、粒子径が40μm以下である複合粒子が強い付着性を有する事実、そして、この寄与により粒子径が40μm以下の複合粒子を多く含む複合粒子群の凝集性が高くなる結果、高い膜厚精度が確保できないという事実を見出した。 The inventor has further investigated, the fact that the composite particles having a particle size of 40 μm or less have strong adhesion, and this contribution increases the cohesiveness of the composite particle group including many composite particles having a particle size of 40 μm or less. As a result, it was found that high film thickness accuracy cannot be ensured.
上記課題の解決のためには、製造する複合粒子のメディアン径を相対的に大きくし、上記した粒子径が40μm以下の複合粒子を相対的に減らすことが有効である。一方で、発明者は同対策を講じた結果、噴霧する液滴のサイズを大きくすることによって液滴が乾燥により固形化する前に乾燥装置内壁に付着してしまい、造粒工程の収率が大きく低下するという別の課題が生じることを明らかにした。この現象は、特許文献2等に見られる回転ディスクアトマイザーを用いた場合に特に顕著に生じる課題である。
In order to solve the above problems, it is effective to relatively increase the median diameter of the composite particles to be manufactured and to relatively reduce the composite particles having the particle diameter of 40 μm or less. On the other hand, as a result of taking the above measures, the inventor increased the size of the droplets to be sprayed, so that the droplets adhered to the inner wall of the drying apparatus before solidifying by drying, and the yield of the granulation process was reduced. It was clarified that another problem of significant decline arises. This phenomenon is a particularly significant problem when the rotating disk atomizer found in
また、特許文献1、特許文献2、および特許文献3等に記載されるスラリーの噴霧方法を用いて得られる複合粒子は広範な粒子径分布を有するため、上述した複合粒子のメディアン径を相対的に大きくすることで得られる電気化学素子電極用複合粒子は、大きな粒子径の複合粒子の存在頻度が必然的に増加し、この複合粒子を用いて200μm以下といった実用的な膜厚の電気化学素子電極用合剤層を製造した場合には粒子径の大きな複合粒子の存在が逆に合剤層の膜厚精度に対して悪影響を及ぼしてしまう。
Moreover, since the composite particles obtained by using the slurry spraying method described in Patent Document 1,
そのため、乾燥装置内壁に液滴が付着しない条件にて噴霧乾燥造粒を行い、のちに分級処理によって粒子径が40μm以下の複合粒子、および目標とする膜厚の電気化学素子電極用合剤層の製造において障害となる粒子径の複合粒子を除去することにより、ホッパー内の複合粒子の凝集、および電気化学素子電極用合剤層の低い膜厚精度といった不具合を解決することが可能である。一方で、特許文献1、および特許文献2で見られる噴霧乾燥造粒によって得られる複合粒子に分級操作を加えると工程収率はおおよそ50%程度となってしまい、特許文献1および特許文献2で見られる噴霧乾燥造粒工程に分級工程を加えた電気化学素子電極用複合粒子の製造方法は生産性が低く、現実的ではない。
Therefore, spray drying granulation is performed under the condition that the droplets do not adhere to the inner wall of the drying apparatus, and then the composite particles having a particle diameter of 40 μm or less by the classification process, and the electrochemical device electrode mixture layer having a target film thickness By removing the composite particles having a particle diameter which becomes an obstacle in the production of the composite material, it is possible to solve problems such as aggregation of the composite particles in the hopper and low film thickness accuracy of the electrochemical device electrode mixture layer. On the other hand, when the classification operation is applied to the composite particles obtained by spray-drying granulation found in Patent Document 1 and
従って、特許文献1および特許文献2で見られる噴霧乾燥造粒方法により上記した種々の課題を全て解決し、なおかつ生産性も確保された電気化学素子電極用複合粒子を製造するのはもはや限界である。
発明者はこれら課題を全て解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、静電微粒化法により液滴を生成し、これを乾燥して複合粒子を製造することで狭小な粒度分布の電気化学素子電極用複合粒子を生産性高く製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
Therefore, it is no longer possible to produce the composite particles for electrochemical element electrodes that solve all the above-mentioned various problems by the spray-drying granulation method found in Patent Document 1 and
As a result of intensive investigations to solve all of these problems, the inventor produced droplets by electrostatic atomization and dried them to produce composite particles, thereby producing an electrochemical device having a narrow particle size distribution. It has been found that composite particles for electrodes can be produced with high productivity, and the present invention has been completed.
即ち、本発明によれば、
(1) 少なくとも活物質、および結着剤を有してなる複合粒子に乾式の状態で加圧操作を加えることにより電気化学素子電極を製造するための複合粒子の製造方法であって、少なくとも前記活物質、および前記結着剤を溶媒に含んでなるスラリーを得るスラリー化工程(I)と、前記スラリーを静電微粒化法により液滴とする液滴生成工程(II)と、前記液滴を乾燥により固形化して複合粒子を得る液滴乾燥工程(III)とを有し、前記液滴乾燥工程(III)より得られる複数の前記複合粒子からなる複合粒子群の、体積基準で求めた粒子径分布におけるメディアン径が50μm以上、160μm以下であることを特徴とする電気化学素子電極用複合粒子の製造方法、
(2) 前記溶媒は水であり、前記スラリーはさらに溶解型樹脂を含むことを特徴とする(1)に記載の電気化学素子電極用複合粒子の製造方法、
(3) 前記液滴乾燥工程(III)より得られる複数の前記複合粒子からなる前記複合粒子群の、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度が50%以下であることを特徴とする(1)又は(2)に記載の電気化学素子電極用複合粒子の製造方法、
(4) 前記液滴乾燥工程(III)より得られる複数の前記複合粒子からなる前記複合粒子群の、体積基準で求めた粒子径分布におけるモード径の頻度が12%以上であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の電気化学素子電極用複合粒子の製造方法、
(5) 少なくとも活物質、および結着剤を有してなる複合粒子に乾式の状態で加圧操作を加えることにより電気化学素子電極を製造するための複合粒子であって、少なくとも前記活物質、および前記結着剤を溶媒に含んでなるスラリーを得るスラリー化工程(I)と、前記スラリーを静電微粒化法により液滴とする液滴生成工程(II)と、前記液滴を乾燥により固形化して複合粒子を得る液滴乾燥工程(III)とを有する工程を経て得られ、前記液滴乾燥工程(III)より得られる複数の前記複合粒子からなる複合粒子群の、体積基準で求めた粒子径分布におけるメディアン径が50μm以上、160μm以下であることを特徴とする電気化学素子電極用複合粒子、
(6) (5)に記載の電気化学素子電極用複合粒子を含んでなる電極合剤層を集電体上に積層してなることを特徴とする電気化学素子電極、
(7) (6)に記載の電気化学素子電極を備えることを特徴とする電気化学素子、
が提供される。
That is, according to the present invention,
(1) A method for producing composite particles for producing an electrochemical device electrode by applying a pressure operation in a dry state to composite particles comprising at least an active material and a binder, wherein A slurrying step (I) for obtaining a slurry comprising an active material and the binder in a solvent, a droplet generating step (II) for converting the slurry into droplets by electrostatic atomization, and the droplets And a droplet drying step (III) for solidifying by drying to obtain composite particles, and the volume of the composite particle group composed of a plurality of the composite particles obtained from the droplet drying step (III) was determined on a volume basis. The method for producing composite particles for electrochemical device electrodes, wherein the median diameter in the particle size distribution is 50 μm or more and 160 μm or less,
(2) The method for producing composite particles for electrochemical element electrodes according to (1), wherein the solvent is water, and the slurry further contains a soluble resin,
(3) The cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution of the composite particle group consisting of a plurality of the composite particles obtained from the droplet drying step (III) is 50% or less. (1) or the method for producing a composite particle for an electrochemical element electrode according to (2),
(4) The frequency of the mode diameter in the particle size distribution obtained on a volume basis of the composite particle group composed of a plurality of the composite particles obtained from the droplet drying step (III) is 12% or more. (1) A method for producing the composite particle for an electrochemical element electrode according to any one of (1) to (3)
(5) Composite particles for producing an electrochemical element electrode by applying a pressure operation in a dry state to composite particles having at least an active material and a binder, wherein at least the active material, And a slurry forming step (I) for obtaining a slurry containing the binder in a solvent, a droplet generating step (II) for converting the slurry into droplets by electrostatic atomization, and drying the droplets A droplet drying step (III) for solidifying to obtain composite particles, and obtained on a volume basis of a composite particle group composed of a plurality of the composite particles obtained from the droplet drying step (III). A composite particle for an electrochemical device electrode, wherein the median diameter in the particle size distribution is 50 μm or more and 160 μm or less,
(6) An electrochemical element electrode comprising an electrode mixture layer comprising the composite particle for an electrochemical element electrode according to (5) laminated on a current collector,
(7) An electrochemical element comprising the electrochemical element electrode according to (6),
Is provided.
本発明の電気化学素子電極用複合粒子の製造方法によれば、膜厚精度に優れた電気化学素子電極を製造するための電気化学素子電極用複合粒子を生産性高く製造することができる。また、この製造方法により製造された電気化学素子電極用複合粒子を提供することができる。また、この電気化学素子電極用複合粒子を用いた電気化学素子電極を提供することができる。また、この電気化学素子電極を用いた電気化学素子を提供することができる。 According to the method for producing a composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention, the composite particle for an electrochemical element electrode for producing an electrochemical element electrode excellent in film thickness accuracy can be produced with high productivity. Moreover, the composite particle for electrochemical element electrodes manufactured by this manufacturing method can be provided. Moreover, the electrochemical element electrode using this composite particle for electrochemical element electrodes can be provided. Moreover, the electrochemical element using this electrochemical element electrode can be provided.
また、高い生産性を有する本発明の製造方法によって得られる複合粒子からなる複合粒子群は、メディアン径が、薄厚な電気化学素子電極が得られる大きさであっても、前記複合粒子群は、狭小な粒子径分布を有するために強い付着性を有する特定の大きさ以下の複合粒子の含有量が特定量以下である。そのため、本発明の製造方法により得られた複合粒子を用いて電気化学素子電極を製造することで薄厚かつ、膜厚精度に優れる電気化学素子電極を得ることができる。 In addition, the composite particle group composed of composite particles obtained by the production method of the present invention having high productivity, even if the median diameter is a size that can provide a thin electrochemical element electrode, the composite particle group is The content of the composite particles having a specific size or less having strong adhesion due to the narrow particle size distribution is not more than a specific amount. Therefore, an electrochemical element electrode that is thin and excellent in film thickness accuracy can be obtained by manufacturing an electrochemical element electrode using the composite particles obtained by the manufacturing method of the present invention.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る電気化学素子電極用複合粒子(以下、単に「複合粒子」ということがある。)の製造方法について説明する。 Hereinafter, a method for producing an electrochemical element electrode composite particle (hereinafter, simply referred to as “composite particle”) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<電気化学素子電極用複合粒子の製造方法>
本発明の電気化学素子電極用複合粒子の製造方法は、少なくとも活物質、および結着剤を溶媒に分散してスラリーを得るスラリー化工程(I)、このスラリーを静電微粒化法により液滴とする液滴生成工程(II)、そして生成した液滴を乾燥により固形化させる液滴乾燥工程(III)を有する。以下、各工程について説明する。
<Method for producing composite particle for electrochemical element electrode>
The method for producing composite particles for an electrochemical device electrode according to the present invention comprises a slurrying step (I) in which at least an active material and a binder are dispersed in a solvent to obtain a slurry, and the slurry is dropped into a droplet by electrostatic atomization. And a droplet drying step (III) for solidifying the generated droplets by drying. Hereinafter, each step will be described.
(スラリー化工程(I))
スラリー化工程(I)においては、上記した活物質、および結着剤ならびに必要に応じて溶解型樹脂、導電材、およびその他の添加剤を溶媒に分散または溶解して、活物質、および結着剤ならびに必要に応じて溶解型樹脂、導電材およびその他の添加剤が分散または溶解されてなるスラリーを得る。以下、スラリーに用いる各成分について説明する。
(Slurry process (I))
In the slurrying step (I), the active material and the binder are dispersed or dissolved in the solvent, and the active material and the binder are dissolved or dissolved in the solvent as necessary. A slurry is obtained in which a dissolving resin, a conductive material and other additives are dispersed or dissolved as required. Hereinafter, each component used for the slurry will be described.
<活物質>
本発明の複合粒子を構成する活物質は、電気化学素子の種類によって適宜選択される。例えば、複合粒子に用いる活物質にリチウムイオン二次電池の正極用活物質を用いることで複合粒子をリチウムイオン二次電池正極用複合粒子として機能させることができる。また、同様にして複合粒子に用いる活物質にリチウムイオン二次電池の負極用活物質を用いることで複合粒子をリチウムイオン二次電池負極用複合粒子として機能させることができる。
<Active material>
The active material constituting the composite particle of the present invention is appropriately selected depending on the type of electrochemical element. For example, by using an active material for a positive electrode of a lithium ion secondary battery as an active material used for the composite particle, the composite particle can function as a composite particle for a lithium ion secondary battery positive electrode. Similarly, by using an active material for a negative electrode of a lithium ion secondary battery as an active material used for the composite particles, the composite particles can function as composite particles for a lithium ion secondary battery negative electrode.
リチウムイオン二次電池の正極用活物質としては、ここに例示されるものに限定されるものではないが、例えばLiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiFeVO4、およびこれらの元素を一部置換したリチウム含有複合金属酸化物; TiS2、TiS3、非晶質MoS3などの遷移金属硫化物; Cu2V2O3、非晶質V2O・P2O5、MoO3、V2O5、V6O13などの遷移金属酸化物; が挙げられる。さらに、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレンなどの導電性高分子が挙げられる。 The active material for the positive electrode of the lithium ion secondary battery is not limited to those exemplified here. For example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , LiFeVO 4 , and Lithium-containing composite metal oxide partially substituted with these elements; transition metal sulfides such as TiS 2 , TiS 3 , and amorphous MoS 3 ; Cu 2 V 2 O 3 , amorphous V 2 O · P 2 O 5 , transition metal oxides such as MoO 3 , V 2 O 5 , V 6 O 13 ; Furthermore, conductive polymers such as polyacetylene and poly-p-phenylene are listed.
さらに、無機化合物及び有機化合物を組み合わせた複合材料からなる正極用活物質を用いてもよい。
また、例えば、鉄系酸化物を炭素源物質の存在下において還元焼成することで、炭素材料で覆われた複合材料を作製し、この複合材料を正極用活物質として用いてもよい。鉄系酸化物は電気伝導性に乏しい傾向があるが、前記のような複合材料にすることにより、高性能な正極用活物質として使用できる。さらに、前記の化合物を部分的に元素置換したものを正極用活物質として用いてもよい。 これらの正極用活物質は、1種類だけを用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。また、前述の無機化合物と有機化合物との混合物を正極用活物質として用いてもよい。
Furthermore, you may use the active material for positive electrodes which consists of a composite material which combined the inorganic compound and the organic compound.
Further, for example, a composite material covered with a carbon material may be produced by reducing and firing an iron-based oxide in the presence of a carbon source material, and the composite material may be used as an active material for a positive electrode. Iron-based oxides tend to be poor in electrical conductivity, but can be used as a high-performance positive electrode active material by using a composite material as described above. Furthermore, you may use as a positive electrode active material what substituted the said compound partially elementally. These positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more at any ratio. Moreover, you may use the mixture of the above-mentioned inorganic compound and organic compound as a positive electrode active material.
正極用活物質の粒子径は、電池の他の構成要件との兼ね合いで適宜選択される。負荷特性、サイクル特性などの電池特性の向上の観点から、正極用活物質のメディアン径は、通常0.1μm以上、好ましくは1μm以上であり、通常50μm以下、好ましくは20μm以下である。正極用活物質のメディアン径がこの範囲であると、充放電容量が大きい二次電池を得ることができ、かつ合剤スラリーを製造する際の取扱いが容易である。 The particle diameter of the positive electrode active material is appropriately selected in view of other constituent elements of the battery. From the viewpoint of improving battery characteristics such as load characteristics and cycle characteristics, the median diameter of the positive electrode active material is usually 0.1 μm or more, preferably 1 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 20 μm or less. When the median diameter of the positive electrode active material is within this range, a secondary battery having a large charge / discharge capacity can be obtained, and handling at the time of producing a mixture slurry is easy.
リチウムイオン二次電池の負極用活物質としては、ここに例示されるものに限定されるものではないが、例えば、アモルファスカーボン、グラファイト、天然黒鉛、人造黒鉛、メゾカーボンマイクロビーズ、ピッチ系炭素繊維等の炭素質材料;ポリアセン等の導電性重合体;などが挙げられる。また、ケイ素、錫、亜鉛、マンガン、鉄およびニッケル等の金属並びにこれらの合金;前記金属又は合金の酸化物;前記金属又は合金の硫酸塩;なども挙げられる。また、金属リチウム;Li−Al、Li−Bi−Cd、Li−Sn−Cd等のリチウム合金;リチウム遷移金属窒化物;シリコン;チタン酸リチウム、酸化チタン等を使用してもよい。また、活物質は、機械的改質法により表面に導電材を付着させたものを使用してもよい。
これらの負極用活物質は、1種類だけを用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
The active material for the negative electrode of the lithium ion secondary battery is not limited to those exemplified here. For example, amorphous carbon, graphite, natural graphite, artificial graphite, mesocarbon microbeads, pitch-based carbon fiber And carbonaceous materials; conductive polymers such as polyacene; and the like. Further, metals such as silicon, tin, zinc, manganese, iron and nickel, and alloys thereof; oxides of the metals or alloys; sulfates of the metals or alloys; Alternatively, metallic lithium; lithium alloys such as Li—Al, Li—Bi—Cd, and Li—Sn—Cd; lithium transition metal nitride; silicon; lithium titanate, titanium oxide, and the like may be used. Further, the active material may be a material obtained by attaching a conductive material to the surface by a mechanical modification method.
These negative electrode active materials may be used alone or in combination of two or more at any ratio.
負極用活物質の粒子径は、電池の他の構成要件との兼ね合いで適宜選択される。初期効率、負荷特性、高温サイクル特性などの電池特性の向上の観点から、負極用活物質のメディアン径は、通常1〜50μmであり、好ましくは5〜30μmである。 The particle diameter of the negative electrode active material is appropriately selected in view of other constituent elements of the battery. From the viewpoint of improving battery characteristics such as initial efficiency, load characteristics, and high-temperature cycle characteristics, the median diameter of the negative electrode active material is usually 1 to 50 μm, preferably 5 to 30 μm.
また、複合粒子に用いる活物質にナトリウムイオン二次電池活物質を用いることで電気化学素子をナトリウムイオン二次電池として機能させることができる。
ナトリウムイオン二次電池の正極用活物質としては、ここに例示されるものに限定されるものではないが、NaFeO2、NaMnO2、NaNiO2およびNaCoO2等のNaM1a1O2で表される酸化物、Na0.44Mn1-a2M1a2O2で表される酸化物、Na0.7Mn1-a2M1a2O2.05で表される酸化物(M1は1種以上の遷移金属元素、0<a1<1、0≦a2<1);Na6Fe2Si12O30およびNa2Fe5Si12O30等のNabM2cSi12O30で表される酸化物(M2は1種以上の遷移金属元素、2≦b≦6、2≦c≦5); Na2Fe2Si6O18およびNa2MnFeSi6O18等のNadM3eSi6O18で表される酸化物(M3は1種以上の遷移金属元素、2≦d≦6、1≦e≦2); Na2FeSiO6等のNafM4gSi2O6で表される酸化物(M4は遷移金属元素、MgおよびAlからなる群より選ばれる1種以上の元素、1≦f≦2、1≦g≦2)NaFePO4、NaMnPO4、Na3Fe2(PO4)3等のリン酸塩;Na2FePO4F、Na2VPO4F、Na2MnPO4F、Na2CoPO4F、Na2NiPO4F等のフッ化リン酸塩;NaFeSO4F、NaMnSO4F、NaCoSO4F、NaFeSO4F等のフッ化硫酸塩;NaFeBO4、Na3Fe2(BO4)3等のホウ酸塩;およびNa3FeF6、Na2MnF6等のNahM5F6で表されるフッ化物(M5は1種以上の遷移金属元素、2≦h≦3)。
Moreover, an electrochemical element can be functioned as a sodium ion secondary battery by using a sodium ion secondary battery active material for the active material used for composite particles.
The active material for the positive electrode of the sodium ion secondary battery is not limited to those exemplified here, but is an oxidation represented by NaM1 a1 O 2 such as NaFeO 2 , NaMnO 2 , NaNiO 2 and NaCoO 2. Na 0.44 Mn 1-a2 M1 a2 O 2 oxide, Na 0.7 Mn 1-a2 M1 a2 O 2.05 oxide (M1 is one or more transition metal elements, 0 <a1 < 1, 0 ≦ a2 <1); oxides represented by Na b M2 c Si 12 O 30 such as Na 6 Fe 2 Si 12 O 30 and Na 2 Fe 5 Si 12 O 30 (M2 is one or more transitions) Metal elements, 2 ≦ b ≦ 6, 2 ≦ c ≦ 5); oxides represented by Na d M3 e Si 6 O 18 such as Na 2 Fe 2 Si 6 O 18 and Na 2 MnFeSi 6 O 18 (M3 is One or more transition metal elements, 2 ≦ d ≦ 6, 1 ≦ e ≦ 2); N such as Na 2 FeSiO 6 oxide represented by a f M4 g Si 2 O 6 (M4 is one or more elements selected from the group consisting of transition metal elements, Mg and Al, 1 ≦ f ≦ 2, 1 ≦ g ≦ 2) NaFePO 4 Phosphates such as NaMnPO 4 and Na 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 ; Na 2 FePO 4 F, Na 2 VPO 4 F, Na 2 MnPO 4 F, Na 2 CoPO 4 F, Na 2 NiPO 4 F, etc. Fluorophosphates; fluorinated sulfates such as NaFeSO 4 F, NaMnSO 4 F, NaCoSO 4 F, NaFeSO 4 F; borate salts such as NaFeBO 4 , Na 3 Fe 2 (BO 4 ) 3 ; and Na 3 FeF 6, Na 2 MnF 6 fluorides represented by NahM5F 6 such (M5 is one or more transition metal elements, 2 ≦ h ≦ 3).
ナトリウムイオン二次電池の負極用活物質としては、ナトリウムイオンをドープ、脱ドープできる材料がナトリウムイオン二次電池負極用活物質として使用が可能である。ここに例示されるものに限定されるものではないが、例えば、炭素材料が挙げられる。 As an active material for a negative electrode of a sodium ion secondary battery, a material capable of doping and dedoping sodium ions can be used as an active material for a negative electrode of a sodium ion secondary battery. Although not limited to what is illustrated here, a carbon material is mentioned, for example.
また、複合粒子に用いる活物質に電気化学キャパシタ用活物質を用いることで電気化学素子を電気化学キャパシタとして機能させることができる。活物質に活性炭を選択し、この活物質を用いた複合粒子からなる電気化学素子電極を正極および負極に用いることで電気化学キャパシタを電気二重層キャパシタとして機能させることができる。 Moreover, an electrochemical element can be functioned as an electrochemical capacitor by using the active material for electrochemical capacitors for the active material used for composite particles. By selecting activated carbon as the active material and using an electrochemical element electrode composed of composite particles using this active material for the positive electrode and the negative electrode, the electrochemical capacitor can function as an electric double layer capacitor.
また、この活性炭を活物質に用いた複合粒子からなる電気化学素子電極を正極に、上記リチウムイオン二次電池負極用活物質を活物質に用いた複合粒子からなる電気化学素子電極を負極に用いることで電気化学素子をリチウムイオンキャパシタとして機能させることができる。 In addition, an electrochemical element electrode composed of composite particles using the activated carbon as an active material is used as a positive electrode, and an electrochemical element electrode composed of composite particles using the active material for a negative electrode of the lithium ion secondary battery as an active material is used as a negative electrode. Thus, the electrochemical element can function as a lithium ion capacitor.
以上、上記した本発明の複合粒子が適用可能な電気化学素子はあくまで例示に過ぎず、開示した電気化学素子に何ら限定されるものでない。当業者であれば電気化学的に活性な物質を活物質として本発明の複合粒子に用いることで種々の電気化学素子を機能させることが容易に想到できる。 As described above, the electrochemical device to which the composite particle of the present invention can be applied is merely an example, and is not limited to the disclosed electrochemical device. A person skilled in the art can easily conceive that various electrochemical elements function by using an electrochemically active material as an active material in the composite particles of the present invention.
<結着剤>
本発明に用いる結着剤としては、上述の活物質を相互に結着させることができる物質であれば特に限定はない。結着剤としては、水溶性の結着剤、溶媒に分散する性質のある分散型結着剤を好ましく用いることができ、分散型結着剤を用いることがより好ましい。
<Binder>
The binder used in the present invention is not particularly limited as long as it is a substance that can bind the above active materials to each other. As the binder, a water-soluble binder and a dispersion-type binder having a property of being dispersed in a solvent can be preferably used, and a dispersion-type binder is more preferably used.
分散型結着剤として、例えば、シリコン系重合体、フッ素含有重合体、共役ジエン系重合体、アクリレート系重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン等の高分子化合物が挙げられ、好ましくはフッ素含有重合体、共役ジエン系重合体およびアクリレート系重合体、より好ましくは共役ジエン系重合体およびアクリレート系重合体が挙げられる。これらの重合体は、それぞれ単独で、または2種以上混合して、分散型結着剤として用いることができる。 Examples of the dispersion-type binder include high molecular compounds such as silicon polymers, fluorine-containing polymers, conjugated diene polymers, acrylate polymers, polyimides, polyamides, polyurethanes, and preferably fluorine-containing polymers. Conjugated diene polymers and acrylate polymers, more preferably conjugated diene polymers and acrylate polymers. These polymers can be used alone or in combination of two or more as a dispersion-type binder.
フッ素系重合体は、フッ素原子を含む単量体単位を含有する重合体である。フッ素系重合体の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、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、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体、パーフルオロエチレン・プロペン共重合体が挙げられる。中でもPVDFを含むことが好ましい。 The fluorine-based polymer is a polymer containing a monomer unit containing a fluorine atom. Specific examples of the fluoropolymer include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, ethylene / tetrafluoroethylene copolymer, and ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer. Examples thereof include a polymer and a perfluoroethylene / propene copolymer. Among these, PVDF is preferably included.
共役ジエン系重合体は、共役ジエンの単独重合体もしくは共役ジエンを含む単量体混合物を重合して得られる共重合体、またはそれらの水素添加物である。共役ジエン系単量体として、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3ブタジエン、2−クロル−1,3−ブタジエン、置換直鎖共役ペンタジエン類、置換および側鎖共役ヘキサジエン類などを用いることが好ましく、電極とした際における柔軟性を向上させることができ、割れに対する耐性を高いものとすることができる点で1,3−ブタジエンを用いることがより好ましい。また、単量体混合物においてはこれらの共役ジエン系単量体を2種以上含んでもよい。 The conjugated diene polymer is a homopolymer of a conjugated diene or a copolymer obtained by polymerizing a monomer mixture containing a conjugated diene, or a hydrogenated product thereof. As conjugated diene monomers, 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-chloro-1,3-butadiene, substituted linear conjugated pentadiene It is preferable to use alkenyl, substituted and side chain conjugated hexadienes, etc., and 1,3-butadiene is used in that it can improve flexibility when used as an electrode and can have high resistance to cracking. It is more preferable. Further, the monomer mixture may contain two or more of these conjugated diene monomers.
共役ジエン系重合体が、上述した共役ジエン系単量体と、これと共重合可能な単量体との共重合体である場合、かかる共重合可能な単量体としては、たとえば、α,β−不飽和ニトリル化合物や酸成分を有するビニル化合物などが挙げられる。 When the conjugated diene polymer is a copolymer of the above conjugated diene monomer and a monomer copolymerizable therewith, examples of the copolymerizable monomer include α, Examples thereof include β-unsaturated nitrile compounds and vinyl compounds having an acid component.
共役ジエン系重合体の具体例としては、ポリブタジエンやポリイソプレンなどの共役ジエン単独重合体; カルボキシ変性されていてもよいスチレン・ブタジエン共重合体(SBR)などの芳香族ビニル・共役ジエン共重合体;アクリロニトリル・ブタジエン共重合体(NBR)などのシアン化ビニル・共役ジエン共重合体;水素化SBR、水素化NBR等が挙げられる。 Specific examples of conjugated diene polymers include conjugated diene homopolymers such as polybutadiene and polyisoprene; aromatic vinyl / conjugated diene copolymers such as carboxy-modified styrene / butadiene copolymers (SBR) A vinyl cyanide / conjugated diene copolymer such as acrylonitrile / butadiene copolymer (NBR); hydrogenated SBR, hydrogenated NBR, and the like.
アクリレート系重合体は、一般式(1):CH2=CR1−COOR2(式中、R1は水素原子またはメチル基を、R2はアルキル基またはシクロアルキル基を表す。R2はさらにエーテル基、水酸基、リン酸基、アミノ基、カルボキシル基、フッ素原子、またはエポキシ基を有していてもよい。)で表される化合物〔(メタ)アクリル酸エステル〕由来の単量体単位を含む重合体、具体的には、一般式(1)で表される化合物の単独重合体、または前記一般式(1)で表される化合物を含む単量体混合物を重合して得られる共重合体である。一般式(1)で表される化合物の具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソペンチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸イソボニル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル、および(メタ)アクリル酸トリデシル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;(メタ)アクリル酸ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシジエチレングリコール、(メタ)アクリル酸メトキシジプロピレングリコール、(メタ)アクリル酸メトキシポリエチレングリコール、(メタ)アクリル酸フェノキシエチル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル等のエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル、2−(メタ)アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシエチルフタル酸等の水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル;2−(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸等のカルボン酸含有(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸パーフロロオクチルエチル等のフッ素基含有(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸リン酸エチル等のリン酸基含有(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸グリシジル等のエポキシ基含有(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル等のアミノ基含有(メタ)アクリル酸エステル;等が挙げられる。 The acrylate polymer has the general formula (1): CH 2 ═CR 1 —COOR 2 (wherein R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 2 represents an alkyl group or a cycloalkyl group. R 2 further represents A monomer unit derived from a compound represented by an ether group, a hydroxyl group, a phosphate group, an amino group, a carboxyl group, a fluorine atom, or an epoxy group. Copolymer obtained by polymerizing a polymer containing, specifically, a homopolymer of a compound represented by the general formula (1) or a monomer mixture containing the compound represented by the general formula (1) It is a coalescence. Specific examples of the compound represented by the general formula (1) include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, and (meth) acrylate n. -Butyl, isobutyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, isopentyl (meth) acrylate, isooctyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, (meth) (Meth) acrylic acid alkyl esters such as isodecyl acrylate, lauryl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, and tridecyl (meth) acrylate; butoxyethyl (meth) acrylate, ethoxydiethylene glycol (meth) acrylate , (Meth) acrylic acid methoxydipropylene Recall, (meth) acrylic acid methoxypolyethylene glycol, (meth) acrylic acid phenoxyethyl, (meth) acrylic acid tetrahydrofurfuryl ether group-containing (meth) acrylic acid ester; (meth) acrylic acid-2-hydroxyethyl, Hydroxyl-containing (meth) acrylic such as (meth) acrylic acid-2-hydroxypropyl, (meth) acrylic acid-2-hydroxy-3-phenoxypropyl, 2- (meth) acryloyloxyethyl-2-hydroxyethylphthalic acid Acid ester; 2- (meth) acryloyloxyethylphthalic acid, carboxylic acid-containing (meth) acrylic acid ester such as 2- (meth) acryloyloxyethylphthalic acid; Fluorine such as perfluorooctylethyl (meth) acrylate Group-containing (meth) acrylic acid ester; Phosphoric acid group-containing (meth) acrylic acid esters such as ethyl phosphate; Epoxy group-containing (meth) acrylic acid esters such as glycidyl (meth) acrylate; Amino group content such as dimethylaminoethyl (meth) acrylate ( (Meth) acrylic acid ester; and the like.
なお、本明細書において、「(メタ)アクリル」は「アクリル」及び「メタクリル」を意味する。また、「(メタ)アクリロイル」は「アクリロイル」及び「メタクリロイル」を意味する。 In the present specification, “(meth) acryl” means “acryl” and “methacryl”. “(Meth) acryloyl” means “acryloyl” and “methacryloyl”.
これら(メタ)アクリル酸エステルは、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、(メタ)アクリル酸アルキルエステルが好ましく、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、および(メタ)アクリル酸n−ブチルやアルキル基の炭素数が6〜12である(メタ)アクリル酸アルキルエステルがより好ましい。これらを選択することにより、電解液に対する膨潤性を低くすることが可能となり、サイクル特性を向上させることができる。 These (meth) acrylic acid esters can be used alone or in combination of two or more. Among these, (meth) acrylic acid alkyl ester is preferable, and (meth) acrylic acid methyl, (meth) acrylic acid ethyl, and (meth) acrylic acid n-butyl and the alkyl group have 6 to 12 carbon atoms. (Meth) acrylic acid alkyl ester is more preferred. By selecting these, it becomes possible to reduce the swellability with respect to the electrolytic solution, and to improve the cycle characteristics.
また、アクリレート系重合体が、上述した一般式(1)で表される化合物と、これと共重合可能な単量体との共重合体である場合、かかる共重合可能な単量体としては、たとえば、2つ以上の炭素−炭素二重結合を有するカルボン酸エステル類、芳香族ビニル系単量体、アミド系単量体、オレフィン類、ジエン系単量体、ビニルケトン類、及び複素環含有ビニル化合物などのほか、α,β−不飽和ニトリル化合物や酸成分を有するビニル化合物が挙げられる。 In addition, when the acrylate polymer is a copolymer of the compound represented by the general formula (1) and a monomer copolymerizable therewith, as the copolymerizable monomer, For example, carboxylic acid esters having two or more carbon-carbon double bonds, aromatic vinyl monomers, amide monomers, olefins, diene monomers, vinyl ketones, and heterocyclic rings In addition to vinyl compounds, α, β-unsaturated nitrile compounds and vinyl compounds having an acid component are mentioned.
上記共重合可能な単量体の中でも、電極を製造した際に変形しにくく強度が強いものとすることができ、また、合剤層と集電体との十分な密着性が得られる点で、芳香族ビニル系単量体を用いることが好ましい。芳香族ビニル系単量体としては、スチレン等が挙げられる。 Among the above-mentioned copolymerizable monomers, it is difficult to be deformed when an electrode is produced, and it can be strong, and sufficient adhesion between the mixture layer and the current collector can be obtained. It is preferable to use an aromatic vinyl monomer. Examples of the aromatic vinyl monomer include styrene.
なお、芳香族ビニル系単量体の割合が多すぎると合剤層と集電体との十分な密着性が得られない傾向がある。また、芳香族ビニル系単量体の割合が少なすぎると、電極を製造した際に耐電解液性が低下する傾向がある。 In addition, when there is too much ratio of an aromatic vinyl-type monomer, there exists a tendency for sufficient adhesiveness of a mixture layer and a collector to be not acquired. Moreover, when the ratio of an aromatic vinyl-type monomer is too small, there exists a tendency for electrolyte solution resistance to fall, when manufacturing an electrode.
分散型結着剤を構成する重合体に用いられる、前記α,β−不飽和ニトリル化合物としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル、及びα−ブロモアクリロニトリルなどが挙げられる。これらは、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルが好ましく、アクリロニトリルがより好ましい。 Examples of the α, β-unsaturated nitrile compound used in the polymer constituting the dispersion type binder include acrylonitrile, methacrylonitrile, α-chloroacrylonitrile, and α-bromoacrylonitrile. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, acrylonitrile and methacrylonitrile are preferable, and acrylonitrile is more preferable.
分散型結着剤中におけるα,β−不飽和ニトリル化合物単位の割合は、好ましくは0.1〜40重量%、より好ましくは0.5〜30重量%、さらに好ましくは1〜20重量%である。分散型結着剤中にα,β−不飽和ニトリル化合物単位を含有させると、電極を製造した際に変形しにくく強度が強いものとすることができる。また、分散型結着剤中にα,β−不飽和ニトリル化合物単位を含有させると、複合粒子を含む合剤層と集電体との密着性を十分なものとすることができる。 The proportion of the α, β-unsaturated nitrile compound unit in the dispersion-type binder is preferably 0.1 to 40% by weight, more preferably 0.5 to 30% by weight, and further preferably 1 to 20% by weight. is there. When an α, β-unsaturated nitrile compound unit is contained in the dispersion-type binder, it is difficult to be deformed when the electrode is manufactured, and the strength can be increased. In addition, when the α, β-unsaturated nitrile compound unit is contained in the dispersion-type binder, the adhesion between the mixture layer containing the composite particles and the current collector can be made sufficient.
なお、α,β−不飽和ニトリル化合物単位の割合が多すぎると合剤層と集電体との十分な密着性が得られない傾向がある。また、α,β−不飽和ニトリル化合物単位の割合が少なすぎると、電極を製造した際に耐電解液性が低下する傾向がある。 If the proportion of the α, β-unsaturated nitrile compound unit is too large, there is a tendency that sufficient adhesion between the mixture layer and the current collector cannot be obtained. On the other hand, if the proportion of the α, β-unsaturated nitrile compound unit is too small, the resistance to the electrolytic solution tends to decrease when the electrode is produced.
前記酸成分を有するビニル化合物としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、及びフマル酸などが挙げられる。これらは、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、アクリル酸、メタクリル酸、およびイタコン酸が好ましく、接着力が良くなる点でメタクリル酸がより好ましい。 Examples of the vinyl compound having an acid component include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, and fumaric acid. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid are preferable, and methacrylic acid is more preferable in terms of improving adhesive strength.
分散型結着剤中における酸成分を有するビニル化合物単位の割合は、複合粒子用スラリーとした際における安定性が向上する観点から、好ましくは0.5〜10重量%、より好ましくは1〜8重量%、さらに好ましくは2〜7重量%である。 The proportion of vinyl compound units having an acid component in the dispersion-type binder is preferably 0.5 to 10% by weight, more preferably 1 to 8% from the viewpoint of improving the stability when the composite particle slurry is prepared. % By weight, more preferably 2 to 7% by weight.
なお、酸成分を有するビニル化合物単位の割合が多すぎると、複合粒子用スラリーの粘度が高くなり、取扱いが困難になる傾向がある。また、酸成分を有するビニル化合物単位の割合が少なすぎると複合粒子用スラリーの安定性が低下する傾向がある。 In addition, when there are too many ratios of the vinyl compound unit which has an acid component, there exists a tendency for the viscosity of the slurry for composite particles to become high, and for handling to become difficult. Moreover, when the ratio of the vinyl compound unit which has an acid component is too small, there exists a tendency for stability of the slurry for composite particles to fall.
分散型結着剤の形状は、特に限定はないが、粒子状であることが好ましい。粒子状であることにより、結着性が良く、また、製造した電極の容量の低下や充放電の繰り返しによる劣化を抑えることができる。粒子状の結着剤としては、例えば、ラテックスのごとき結着剤の粒子が水に分散した状態のものや、このような分散液を乾燥して得られる粉末状のものが挙げられる。 The shape of the dispersion-type binder is not particularly limited, but is preferably particulate. By being particulate, the binding property is good, and it is possible to suppress deterioration of the capacity of the manufactured electrode and deterioration due to repeated charge and discharge. Examples of the particulate binder include those in which binder particles such as latex are dispersed in water, and powders obtained by drying such a dispersion.
分散型結着剤の平均粒子径は、複合粒子用スラリーとした際における安定性を良好なものとしながら、得られる電極の強度及び柔軟性が良好となる点から、好ましくは0.001〜10μm、より好ましくは10〜5000nm、さらに好ましくは50〜1000nmである。 The average particle size of the dispersion-type binder is preferably 0.001 to 10 μm from the viewpoint that the strength and flexibility of the obtained electrode are good while making the stability when making a composite particle slurry good. More preferably, it is 10-5000 nm, More preferably, it is 50-1000 nm.
上記の中でも、結着剤としては、集電体との結着性や強度に優れた合剤層が得られるという観点から、共役ジエン系重合体およびアクリレート系重合体を用いることが好ましい。 Among these, as the binder, it is preferable to use a conjugated diene polymer and an acrylate polymer from the viewpoint that a mixture layer excellent in binding property and strength to the current collector can be obtained.
本発明に使用される結着剤は、ガラス転移温度を有することが好ましく、そのガラス転移温度は、通常−40℃〜+80℃、好ましくは−40℃〜+50℃ 、より好ましくは−40℃〜+30℃である。 The binder used in the present invention preferably has a glass transition temperature, and the glass transition temperature is usually −40 ° C. to + 80 ° C., preferably −40 ° C. to + 50 ° C., more preferably −40 ° C. to + 30 ° C.
また、本発明に用いる結着剤の製造方法は特に限定されず、乳化重合法、懸濁重合法、分散重合法または溶液重合法等の公知の重合法を採用することができる。中でも、乳化重合法で製造することが、結着剤の粒子径の制御が容易であるので好ましい。また、本発明に用いる結着剤は、2種以上の単量体混合物を段階的に重合することにより得られるコアシェル構造を有する粒子であっても良い。 Moreover, the manufacturing method of the binder used for this invention is not specifically limited, Well-known polymerization methods, such as an emulsion polymerization method, a suspension polymerization method, a dispersion polymerization method, or a solution polymerization method, are employable. Among them, it is preferable to produce by an emulsion polymerization method because the particle diameter of the binder is easy to control. Further, the binder used in the present invention may be particles having a core-shell structure obtained by stepwise polymerization of a mixture of two or more monomers.
複合粒子中における、結着剤の配合量は、得られる合剤層と集電体との密着性が十分に確保でき、かつ、電気化学素子の内部抵抗を低くすることができる観点から、活物質100質量部に対して、通常は0.5〜20質量部、好ましくは0.5〜10質量部、より好ましくは0.5〜8質量部の範囲である。 The compounding amount of the binder in the composite particles is active from the viewpoint of ensuring sufficient adhesion between the obtained mixture layer and the current collector and reducing the internal resistance of the electrochemical element. The amount is usually 0.5 to 20 parts by mass, preferably 0.5 to 10 parts by mass, and more preferably 0.5 to 8 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the substance.
<溶解型樹脂>
本発明の複合粒子は、上記の他に溶解型樹脂を含有していてもよい。溶解型樹脂は、溶媒に溶解する樹脂であり、好適には後述するスラリーの調製時に溶媒に溶解させて用いられて、活物質、導電材等を溶媒に均一に分散させる作用を有するものである。溶解型樹脂としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、および、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のセルロース系ポリマー、ならびにこれらのアンモニウム塩またはアルカリ金属塩;ポリアクリル酸またはポリメタクリル酸のアンモニウム塩またはアルカリ金属塩;ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルアミド、;ポリビニルピロリドン、ポリカルボン酸、酸化スターチ、リン酸スターチ、カゼイン、各種変性デンプン、キチン、キトサン誘導体等が挙げられる。これらの溶解型樹脂は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。中でも、溶解型樹脂としては、セルロース系ポリマーが好ましく、カルボキシメチルセルロースまたはそのアンモニウム塩もしくはアルカリ金属塩が特に好ましい。
<Dissolving resin>
In addition to the above, the composite particles of the present invention may contain a soluble resin. The soluble resin is a resin that dissolves in a solvent, and is preferably used by being dissolved in a solvent at the time of preparing a slurry to be described later, and has an action of uniformly dispersing an active material, a conductive material, and the like in the solvent. . Examples of the soluble resin include cellulose polymers such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose, hydroxypropylcellulose, and hydroxypropylmethylcellulose, and ammonium salts or alkali metal salts thereof; ammonium salts or alkalis of polyacrylic acid or polymethacrylic acid Metal salts; polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyacrylamide; polyvinyl pyrrolidone, polycarboxylic acid, oxidized starch, phosphate starch, casein, various modified starches, chitin, chitosan derivatives and the like. These soluble resins can be used alone or in combination of two or more. Among these, as the soluble resin, a cellulose polymer is preferable, and carboxymethyl cellulose or its ammonium salt or alkali metal salt is particularly preferable.
溶解型樹脂の使用量は、特に限定されないが、複合粒子中において、活物質100質量部に対して、通常は0.3〜10質量部、好ましくは0.3〜7質量部、より好ましくは0.5〜5質量部の範囲である。溶解型樹脂を用いることで、スラリー中の固形分の沈降や凝集を抑制できる。なお、これらの溶解型樹脂は、単独で用いてもよいが、異なる種類の溶解型樹脂を組み合わせて用いてもよい。また、同一の溶解型樹脂であっても分子量やその他物性が異なる溶解型樹脂を組み合わせて用いてもよい。組み合わせて用いることによりスラリーの分散安定性や粘度の経時的安定性を制御することが可能となる。 Although the usage-amount of melt | dissolving resin is not specifically limited, Usually, 0.3-10 mass parts with respect to 100 mass parts of active materials in a composite particle, Preferably it is 0.3-7 mass parts, More preferably It is the range of 0.5-5 mass parts. By using the dissolution type resin, sedimentation and aggregation of solid content in the slurry can be suppressed. These soluble resins may be used alone, or different types of soluble resins may be used in combination. Moreover, even if it is the same soluble resin, you may use it combining the soluble resin from which molecular weight and other physical properties differ. When used in combination, the dispersion stability of the slurry and the stability over time of the viscosity can be controlled.
(非水溶性多糖高分子繊維)
また、必要に応じて、水溶性高分子に非水溶性多糖高分子繊維を更に加えて用いてもよい。本発明に記載の技術において、非水溶性多糖高分子繊維を添加することにより得られる複合粒子の強度を向上させることが可能である。非水溶性多糖高分子繊維は、多糖類の中でいわゆる高分子化合物に属するものであり、非水溶性の繊維状のものであればそれ以外の限定はないが、通常は、機械的せん断力によりフィブリル化させた繊維(短繊維)である。なお、本発明に用いる非水溶性多糖高分子繊維とは、25℃において、多糖高分子繊維0.5gを100gの純水に溶解させた場合の未溶解分が90重量%以上となる多糖高分子繊維をいう。
(Water-insoluble polysaccharide polymer fiber)
If necessary, a water-insoluble polysaccharide polymer fiber may be further added to the water-soluble polymer. In the technique described in the present invention, it is possible to improve the strength of the composite particles obtained by adding a water-insoluble polysaccharide polymer fiber. The water-insoluble polysaccharide polymer fiber belongs to a so-called polymer compound among polysaccharides, and there is no other limitation as long as it is a water-insoluble fiber-like fiber. It is the fiber (short fiber) fibrillated by. In addition, the water-insoluble polysaccharide polymer fiber used in the present invention is a high-polysaccharide fiber having an undissolved content of 90% by weight or more when 0.5 g of polysaccharide polymer fiber is dissolved in 100 g of pure water at 25 ° C. Refers to molecular fiber.
非水溶性多糖高分子繊維としては、多糖高分子のナノファイバーを用いることが好ましく、多糖高分子のナノファイバーのなかでも柔軟性を有し、かつ、繊維の引張強度が大きいため複合粒子の補強効果が高く、粒子強度を向上させることができる観点、および、導電材の分散性が良好となる観点から、セルロースナノファイバー、キチンナノファイバー、キトサンナノファイバーなどの生物由来のバイオナノファイバーから選ばれる単独又は任意の混合物を使用するのがより好ましい。これらのなかでも、セルロースナノファイバーを使用するのがさらに好ましく、竹、針葉樹、広葉樹、綿を原料とするセルロースナノファイバーを使用するのが特に好ましい。 Polysaccharide polymer nanofibers are preferably used as water-insoluble polysaccharide polymer fibers, and among the polysaccharide polymer nanofibers, they are flexible and have high tensile strength. Independently selected from bio-derived bio-nanofibers such as cellulose nanofibers, chitin nanofibers, chitosan nanofibers, etc., from the viewpoints of high effects and the ability to improve particle strength and the good dispersibility of conductive materials Or any mixture is more preferred. Among these, it is more preferable to use cellulose nanofibers, and it is particularly preferable to use cellulose nanofibers made from bamboo, conifers, hardwoods, and cotton.
これらの非水溶性多糖高分子繊維に機械的せん断力を加えてフィブリル化(短繊維化)する方法としては、非水溶性多糖高分子繊維を水に分散させた後に、叩解させる方法、オリフィスを通過させる方法などが挙げられる。また、非水溶性多糖高分子繊維は、各種繊維径の短繊維が市販されており、これらを水中分散させて用いてもよい。 These water-insoluble polysaccharide polymer fibers can be fibrillated (short fiber) by applying mechanical shearing force. After water-insoluble polysaccharide polymer fibers are dispersed in water, they are beaten. The method of making it pass is mentioned. As the water-insoluble polysaccharide polymer fiber, short fibers having various fiber diameters are commercially available, and these may be used by dispersing in water.
本発明で用いる非水溶性多糖高分子繊維の平均繊維径は、複合粒子中により多く非水溶性多糖高分子繊維を存在させ、活物質間の密着性を強くすることにより複合粒子および電極の強度を十分なものとする観点、および、得られる電気化学素子の電気化学特性に優れる観点から、好ましくは5〜3000nm、より好ましくは5〜2000nm、さらに好ましくは5〜1000nm、特に好ましくは5〜100nmである。非水溶性多糖高分子繊維の平均繊維径が大きすぎると複合粒子内に非水溶性多糖高分子繊維が十分に存在することができないため、複合粒子の強度を十分なものとすることができない。また、複合粒子の流動性が悪くなり、均一な合剤層の形成が困難となる。 The average fiber diameter of the water-insoluble polysaccharide polymer fibers used in the present invention is such that more water-insoluble polysaccharide polymer fibers are present in the composite particles, and the strength of the composite particles and the electrodes is increased by increasing the adhesion between the active materials. Is preferably 5 to 3000 nm, more preferably 5 to 2000 nm, still more preferably 5 to 1000 nm, and particularly preferably 5 to 100 nm. It is. If the average fiber diameter of the water-insoluble polysaccharide polymer fiber is too large, the water-insoluble polysaccharide polymer fiber cannot be sufficiently present in the composite particle, so that the strength of the composite particle cannot be made sufficient. Further, the fluidity of the composite particles is deteriorated, and it is difficult to form a uniform mixture layer.
<導電材>
本発明の複合粒子には必要に応じて導電材を添加してもよい。導電材は、導電性を有する粒子状、繊維状の物質であり、電気化学素子電極の導電性を向上させるものである。例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、およびケッチェンブラック(アクゾノーベル ケミカルズ ベスローテン フェンノートシャップ社の登録商標)等の導電性カーボンブラック;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛;ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、VGCF(気相法炭素繊維)、カーボンナノチューブ、グラフェン等が挙げられる。これらの導電材は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
<Conductive material>
A conductive material may be added to the composite particles of the present invention as necessary. The conductive material is a particulate or fibrous substance having conductivity, and improves the conductivity of the electrochemical element electrode. For example, conductive carbon black such as furnace black, acetylene black, and ketjen black (registered trademark of Akzo Nobel Chemicals Besloten Fennaut Shap); graphite such as natural graphite and artificial graphite; polyacrylonitrile carbon fiber, pitch carbon Examples thereof include fiber, VGCF (vapor grown carbon fiber), carbon nanotube, and graphene. These conductive materials can be used alone or in combination of two or more.
複合粒子中における、導電材の配合量は、活物質100質量部に対して通常0.1〜50質量部、好ましくは0.5〜15質量部、より好ましくは1〜10質量部の範囲である。この範囲の量の導電材を含有する複合粒子を用いて電極を形成することによって、電気化学素子の容量を高く、かつ内部抵抗を低くすることができる。 The compounding amount of the conductive material in the composite particles is usually 0.1 to 50 parts by mass, preferably 0.5 to 15 parts by mass, more preferably 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material. is there. By forming the electrode using composite particles containing an amount of the conductive material in this range, the capacity of the electrochemical element can be increased and the internal resistance can be decreased.
<その他の添加剤>
本発明の複合粒子は、さらに必要に応じてその他の添加剤を含有していてもよい。その他の添加剤としては、例えば、界面活性剤がある。界面活性剤としては、アニオン性、カチオン性、ノニオン性、ノニオニックアニオン等の両性の界面活性剤が挙げられるが、中でもアニオン性またはノニオン性界面活性剤で熱分解しやすいものが好ましい。界面活性剤の量は、特に限定されないが、複合粒子中において、活物質100質量部に対して0〜50質量部、好ましくは0.1〜10質量部、より好ましくは0.5〜5質量部の範囲である。界面活性剤の添加によりスラリーの表面張力を調整できる。本発明の静電微粒化法において、表面張力は微粒化特性に影響を及ぼす因子である。表面張力を制御することで本発明の静電微粒化造粒法における複合粒子群の粒子径分布を調整することができる。
<Other additives>
The composite particles of the present invention may further contain other additives as necessary. Examples of other additives include a surfactant. Examples of the surfactant include amphoteric surfactants such as anionic, cationic, nonionic, and nonionic anions. Among them, anionic or nonionic surfactants that are easily thermally decomposed are preferable. The amount of the surfactant is not particularly limited, but in the composite particles, 0 to 50 parts by weight, preferably 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the active material. Part range. The surface tension of the slurry can be adjusted by adding a surfactant. In the electrostatic atomization method of the present invention, the surface tension is a factor affecting the atomization characteristics. By controlling the surface tension, the particle size distribution of the composite particle group in the electrostatic atomization granulation method of the present invention can be adjusted.
<溶媒>
スラリーを得るために用いる溶媒として、特に限定されないが、上記の溶解型樹脂を用いる場合には、溶解型樹脂を溶解可能な溶媒が好適に用いられる。具体的には、通常水が用いられるが、有機溶媒を用いることもできるし、水と有機溶媒との混合溶媒を用いてもよい。
<Solvent>
Although it does not specifically limit as a solvent used in order to obtain a slurry, When using said soluble resin, the solvent which can melt | dissolve soluble resin is used suitably. Specifically, water is usually used, but an organic solvent may be used, or a mixed solvent of water and an organic solvent may be used.
有機溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール等のアルキルアルコール類; アセトン、メチルエチルケトン等のアルキルケトン類; テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグライム等のエーテル類; ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルイミダゾリジノン等のアミド類; ジメチルスルホキサイド、スルホラン等のイオウ系溶剤; 等が挙げられる。この中でも有機溶媒としては、アルコール類やN−メチル−2−ピロリドンが好ましい。例えば、水と、水よりも沸点の低い有機溶媒とを併用すると、液滴の乾燥時に、乾燥速度を速くすることができる。また、水と併用する有機溶媒の量または種類によって、結着剤の分散性または溶解型樹脂の溶解性、スラリーの表面張力が変わる。これにより、スラリーの粘度や流動性を調整することができ、生産効率の向上や得られる複合粒子群の粒子径分布を制御が可能である。 Examples of the organic solvent include alkyl alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol and propyl alcohol; alkyl ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as tetrahydrofuran, dioxane and diglyme; diethylformamide, dimethylacetamide and N-methyl- Amides such as 2-pyrrolidone and dimethylimidazolidinone; Sulfur solvents such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; and the like. Among these, alcohols and N-methyl-2-pyrrolidone are preferable as the organic solvent. For example, when water and an organic solvent having a lower boiling point than water are used in combination, the drying speed can be increased when the droplets are dried. Further, the dispersibility of the binder or the solubility of the soluble resin and the surface tension of the slurry vary depending on the amount or type of the organic solvent used in combination with water. Thereby, the viscosity and fluidity of the slurry can be adjusted, and the production efficiency can be improved and the particle size distribution of the resulting composite particle group can be controlled.
本発明の静電微粒化法を用いた電気化学素子電極用複合粒子の製造方法において、スラリーの固形分濃度は、液滴生成工程(II)にて生成される液滴のサイズと関係する。すなわち、スラリーの固形分濃度が低くなる程生成される液滴のサイズが小さくなり、その後の液滴乾燥工程(III)によって得られる複合粒子からなる複合粒子群のメディアン径が小さくなる。 In the method for producing composite particles for an electrochemical element electrode using the electrostatic atomization method of the present invention, the solid content concentration of the slurry is related to the size of the droplet generated in the droplet generation step (II). That is, the smaller the solid content concentration of the slurry, the smaller the size of the generated droplets, and the smaller the median diameter of the composite particle group composed of composite particles obtained by the subsequent droplet drying step (III).
<メディアン径>
メディアン径とは、小粒子径側(オーバーサイズ)からの体積基準で求めた粒子径分布において累積50%地点における粒子径のことである。50%平均粒子径とも称されることがある。
<Median diameter>
The median diameter is the particle diameter at a cumulative 50% point in the particle diameter distribution obtained on the volume basis from the small particle diameter side (oversize). Sometimes referred to as 50% average particle size.
本明細書で開示するこの限りではないが、スラリーの粘度は室温において、通常10〜3,000mPa・s、好ましくは15〜1,500m Pa・s、より好ましくは20〜1,000mPa・sの範囲である。本発明の静電微粒化法を用いた電気化学素子電極用複合粒子の製造方法において、スラリーの粘度は、後述する液滴生成工程(II)にて生成される液滴のサイズと関係する。すなわち、スラリーの粘度が低くなる程生成される液滴のサイズが小さくなり、その後の液滴乾燥工程(III)によって得られる複合粒子からなる複合粒子群のメディアン径が小さくなる。
なお、本明細書において記載する粘度は25℃、せん断速度10s-1における粘度である。ブルックフィールドデジタル粘度計DV−II+Proを用いることで測定が可能である。
Although it is not this limitation disclosed by this specification, the viscosity of a slurry is 10-3,000 mPa * s normally at room temperature, Preferably it is 15-1,500 mPa * s, More preferably, it is 20-1,000 mPa * s. It is a range. In the method for producing composite particles for an electrochemical element electrode using the electrostatic atomization method of the present invention, the viscosity of the slurry is related to the size of the droplet generated in the droplet generation step (II) described later. That is, the smaller the viscosity of the slurry, the smaller the size of the generated droplets, and the smaller the median diameter of the composite particle group composed of composite particles obtained by the subsequent droplet drying step (III).
In addition, the viscosity described in this specification is a viscosity at 25 ° C. and a shear rate of 10 s −1 . Measurement is possible using a Brookfield digital viscometer DV-II + Pro.
活物質、導電材、結着剤、溶解型樹脂およびその他の添加剤を溶媒に分散または溶解する方法または手順は特に限定されず、例えば、溶媒に活物質、導電材、結着剤および溶解型樹脂を添加し混合する方法、溶媒に溶解型樹脂を溶解した後、溶媒に分散させた結着剤(例えば、ラテックス)を添加して混合し、最後に活物質および導電材を添加して混合する方法、溶媒に分散させた結着剤に活物質および導電材を添加して混合し、この混合物に溶媒に溶解させた溶解型樹脂を添加して混合する方法等が挙げられる。混合の手段としては、例えば、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、ホモミキサー、プラネタリーミキサー等の混合機器が挙げられる。混合は、通常、室温〜80℃の範囲で、10分〜数時間行う。 The method or procedure for dispersing or dissolving the active material, conductive material, binder, soluble resin and other additives in the solvent is not particularly limited. For example, the active material, conductive material, binder, and soluble type are used in the solvent. Method of adding and mixing the resin, dissolving the soluble resin in the solvent, then adding and mixing the binder (for example, latex) dispersed in the solvent, and finally adding and mixing the active material and conductive material And a method in which an active material and a conductive material are added to a binder dispersed in a solvent and mixed, and a soluble resin dissolved in a solvent is added to the mixture and mixed. Examples of the mixing means include mixing equipment such as a ball mill, a sand mill, a bead mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a homomixer, and a planetary mixer. Mixing is usually performed in the range of room temperature to 80 ° C. for 10 minutes to several hours.
ここで、得られるスラリーの粒子径分布は、小粒子径側(オーバーサイズ)から体積基準で求めた粒子径分布において100μm以上のサイズの粒子の累積頻度が1%未満であることが好ましい。上記範囲内であると、後述するアトマイザーノズルからスラリーを安定して噴霧することが可能であり、狭小な粒子径分布を有する複合粒子群を得ることができる。一方、100μm以上のサイズの粒子の累積頻度が1%以上存在すると、上記粒子がアトマイザーノズル内部に堆積することで得られる複合粒子のメディアン径、および粒子径分布が徐々に変化したり、アトマイザーノズル内部を閉塞させることで噴霧ができなくなったりと品質上、および操業上の不具合を生じさせてしまう。 Here, in the particle size distribution of the obtained slurry, the cumulative frequency of particles having a size of 100 μm or more is preferably less than 1% in the particle size distribution obtained on the volume basis from the small particle size side (oversize). Within the above range, the slurry can be stably sprayed from an atomizer nozzle described later, and a composite particle group having a narrow particle size distribution can be obtained. On the other hand, when the cumulative frequency of particles having a size of 100 μm or more is 1% or more, the median diameter and particle size distribution of the composite particles obtained by depositing the particles inside the atomizer nozzle gradually change, or the atomizer nozzle If the inside is blocked, spraying cannot be performed, causing problems in quality and operation.
スラリーの粒子径分布は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置(例えば日機装株式会社製: マイクロトラックMT−3200II)等を用いて測定することができる。
ここで、粒子径分布測定装置の装置仕様の都合により、丁度100μmのチャンネルがない場合がある。この場合、100μm以上のサイズの粒子の累積頻度は100μmに最も近い測定チャンネルからの累積頻度と置き換えて構わない。
The particle size distribution of the slurry can be measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (for example, Nikkiso Co., Ltd .: Microtrac MT-3200II).
Here, there are cases where there is no channel of exactly 100 μm due to the convenience of the apparatus specification of the particle size distribution measuring apparatus. In this case, the cumulative frequency of particles having a size of 100 μm or more may be replaced with the cumulative frequency from the measurement channel closest to 100 μm.
(液滴生成工程(II))
次に、液滴生成工程(II)について説明する。本発明の液滴生成工程(II)においては、スラリー化工程(I)で得られたスラリーを静電微粒化法により液滴を生成させ、乾燥装置に向けて前記液滴を噴霧する。
ここで、本発明における液滴生成方法である静電微粒化法は、アトマイザーノズルに数kV以上の高電圧を加え、アトマイザーノズル先端部に電荷を集中させることでアトマイザーノズルに供給されるスラリーの分裂を促し、前記スラリーからなる液滴を生成する方法である。
(Droplet generation process (II))
Next, the droplet generation step (II) will be described. In the droplet generation step (II) of the present invention, droplets are generated from the slurry obtained in the slurrying step (I) by an electrostatic atomization method, and the droplets are sprayed toward a drying apparatus.
Here, the electrostatic atomization method, which is a droplet generation method according to the present invention, applies a high voltage of several kV or more to the atomizer nozzle, and concentrates the electric charge at the tip of the atomizer nozzle, thereby the slurry supplied to the atomizer nozzle. This is a method for promoting the division and generating droplets composed of the slurry.
アトマイザーノズルに印加する電圧を変えることによって数100μm〜数μmの均一な液滴を生成、噴霧することができる。
また、ノズル先端部の形状を針状に尖らせることによってアトマイザーノズル先端部に電荷を集中させることが可能であり、静電微粒化法における液滴の生成を促すことができる。ノズル先端部の形状の工夫によって所望の範囲の粒子径分布を有する複合粒子群の製造に必要な印加電圧を低く設定することが可能になり、装置コストや、ランニングコスト、操業における安全性の面において有利に働く。
By changing the voltage applied to the atomizer nozzle, uniform droplets of several hundred μm to several μm can be generated and sprayed.
In addition, by sharpening the shape of the tip of the nozzle in a needle shape, it is possible to concentrate charges on the tip of the atomizer nozzle, and it is possible to promote the generation of droplets in the electrostatic atomization method. By devising the shape of the tip of the nozzle, it is possible to set the applied voltage required for the production of a composite particle group having a particle size distribution in the desired range low, and the equipment cost, running cost, and safety in operation Works in favor.
液滴の生成に適した印加電圧は、アトマイザーノズルの先端形状、スラリーの表面張力、粘度、固形分濃度、供給速度、電導度、および活物質が蓄積可能な静電容量、および後述するアトマイザーノズル近傍に設置可能な接地電極の形状や設置位置により種々異なるため特に制限されないが、通常2kV以上である。当業者らはこれら要素を考慮しつつ、適宜液滴の生成に適した電圧条件を検討することで所望のサイズの液滴を生成することができる。
ここで、アトマイザーノズルに供給されるスラリーの温度は、通常は室温であるが、状況や目的に応じて加温して室温以上にしたものであってもよい。
The applied voltage suitable for generating droplets is the shape of the tip of the atomizer nozzle, the surface tension of the slurry, the viscosity, the solid content concentration, the supply speed, the electric conductivity, the capacitance that can accumulate the active material, and the atomizer nozzle described later. Although it is not particularly limited because it varies depending on the shape and installation position of the ground electrode that can be installed in the vicinity, it is usually 2 kV or more. A person skilled in the art can generate a droplet having a desired size by considering voltage conditions suitable for generating a droplet as appropriate while considering these factors.
Here, the temperature of the slurry supplied to the atomizer nozzle is usually room temperature, but it may be heated to room temperature or higher according to the situation or purpose.
液滴を生成するためのアトマイザーのノズルは乾燥装置に複数個設けられ、単一の電源から電圧が印加されて各アトマイザーのノズルから生成、噴霧される液滴は、後述する液滴を乾燥して固形化するための乾燥装置に供給される。 A plurality of atomizer nozzles for generating droplets are provided in the drying device, and the droplets generated and sprayed from each atomizer nozzle by applying a voltage from a single power source dry the droplets described later. And supplied to a drying device for solidification.
本発明で開示するように、一の電源によりアトマイザーのノズルに電圧を印加し、この単一の電源によって複数のアトマイザーのノズルから液滴を生成、噴霧させるようにすれば、電源をアトマイザー毎に設ける場合に比較して信頼性が向上する。その理由は、電源が複数存在する場合には各電源が独立に故障する恐れがあり、その結果、生成、噴霧される液滴の粒度分布が変化する恐れがあるが、電源を単一とすることによってこの不具合を回避することができるためである。かかる観点に鑑みると、一の電源が作用を及ぼすアトマイザーのノズル孔数が多いほど信頼性が向上し、後述する所定の粒径分布の1セットが単一の電源によって得られることが最も好ましい。但し、本発明は、所定の粒径分布の1セットが単一の電源によって得られる場合に限定されない。 As disclosed in the present invention, if a voltage is applied to the nozzles of the atomizer by one power source, and droplets are generated and sprayed from the nozzles of the plurality of atomizers by this single power source, the power source is changed for each atomizer. Reliability is improved as compared with the case of providing. The reason is that when there are multiple power supplies, each power supply may fail independently, and as a result, the particle size distribution of the generated and sprayed droplets may change. This is because this problem can be avoided. In view of this point of view, it is most preferable that the reliability increases as the number of nozzle holes of the atomizer on which one power supply acts increases, and that one set of a predetermined particle size distribution described later is obtained by a single power supply. However, the present invention is not limited to the case where one set of a predetermined particle size distribution is obtained by a single power source.
前記一の電源により印加させるアトマイザーノズルの個数には特に制限はないが、アトマイザーノズルに加わる外乱を抑制する観点から、開口面積の分布に極端な偏りがないことが望ましい。また、ノズル同士の距離に関しては、噴霧された液滴同士が接触しない様に設定する必要がある。この条件は、静電微粒化法による液滴生成、噴霧における液滴の帯電状態や液滴径、液滴の密度、乾燥装置内の気流状態等によって異なる。 The number of atomizer nozzles to be applied by the one power source is not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing disturbance applied to the atomizer nozzle, it is desirable that the distribution of the opening area is not extremely biased. Further, the distance between the nozzles needs to be set so that the sprayed droplets do not contact each other. This condition varies depending on the generation of droplets by the electrostatic atomization method, the charged state of droplets in spraying, the droplet diameter, the density of the droplets, the airflow state in the drying apparatus, and the like.
但し、最も理想的な条件、すなわち電圧の変動がなく、また乾燥装置内に液滴飛翔方向とは異なる向きの気流が一切発生していない状態であったとしても、アトマイザーノズル同士の最近接距離は、隣接するノズルから噴霧される各液滴の半径の和よりも大きいことが好ましい。また、同じ粒径の液滴、および複合粒子を製造するためのアトマイザーノズル同士の最近接距離は、形成される液滴径の直径以上離れていることが好ましい。 However, the closest distance between the atomizer nozzles is the most ideal condition, i.e., there is no voltage fluctuation and no airflow in the direction different from the droplet flight direction is generated in the drying device. Is preferably greater than the sum of the radii of the droplets sprayed from adjacent nozzles. Moreover, it is preferable that the closest distance between the atomizer nozzles for producing the droplets having the same particle diameter and the composite particles is more than the diameter of the formed droplet diameter.
以上の詳細に説明した様に、液滴生成部に多数のアトマイザーノズルを備えることで、アトマイザーノズルの吐出孔から発生する液滴による粒子数を1秒当り数万〜数百万個と非常に多くすることもでき、生産性という観点から優れている。 As explained in detail above, by providing a large number of atomizer nozzles in the droplet generation unit, the number of particles due to droplets generated from the discharge holes of the atomizer nozzle is extremely high, from tens of thousands to several millions per second. It can be increased and is excellent from the viewpoint of productivity.
また、図示しないが(下記図1参照)ノズル先端部直下には、アトマイザーノズルに対向して個別に接地電極が設けられている。接地電極の形状としては、特に制限はなく、適宜選択することができるが、例えば、リング状に形成するのが好ましい。
アトマイザーノズルの直下に接地電極を設けることで、静電微粒化による液滴の生成をより促すことが可能になる。
Although not shown (see FIG. 1 below), a ground electrode is provided directly below the nozzle tip so as to face the atomizer nozzle. There is no restriction | limiting in particular as a shape of a ground electrode, Although it can select suitably, For example, forming in a ring shape is preferable.
By providing a ground electrode directly under the atomizer nozzle, it is possible to further promote the generation of droplets by electrostatic atomization.
(液滴乾燥工程(III))
本発明の液滴乾燥工程(III)においては、液滴生成工程(II)により生成した液滴を乾燥により固形化させ複合粒子を得るとともに、複合粒子に帯電した電荷を除電した上で複合粒子を回収する。
(Droplet drying process (III))
In the droplet drying step (III) of the present invention, the droplets generated in the droplet generation step (II) are solidified by drying to obtain composite particles, and the composite particles are discharged after the charges charged in the composite particles are removed. Recover.
乾燥装置には、室温以上に加温された熱交換媒体が導入される。乾燥装置に導入する熱交換媒体は乾燥空気でもよいし、加熱水蒸気でもよい。溶媒が有機溶媒を含む場合は静電着火等の事故を防止するため、熱交換媒体は不活性な加熱窒素等であることが望ましい。また、また、前記乾燥装置は、防曝仕様であることが好ましい。 A heat exchange medium heated to room temperature or higher is introduced into the drying apparatus. The heat exchange medium introduced into the drying apparatus may be dry air or heated steam. When the solvent contains an organic solvent, it is desirable that the heat exchange medium be inert heated nitrogen or the like in order to prevent accidents such as electrostatic ignition. Moreover, it is preferable that the said drying apparatus is an exposure protection specification.
液滴を乾燥して固形化させるための熱交換媒体の温度は、通常60〜500℃、好ましくは100〜400℃である。本液滴乾燥工程(III)において、熱風の吹き込み方法は特に制限されず、例えば、熱風と噴霧方向が横方向に並流する方式、乾燥塔頂部で噴霧され熱風と共に下降する方式、噴霧した滴と熱風が向流接触する方式、噴霧した滴が最初熱風と並流し次いで重力落下して向流接触する方式等が挙げられる。 The temperature of the heat exchange medium for drying and solidifying the droplets is usually 60 to 500 ° C, preferably 100 to 400 ° C. In this droplet drying step (III), the method of blowing hot air is not particularly limited, for example, a method in which the hot air and the spraying direction flow side by side, a method in which the hot air is sprayed at the top of the drying tower and descends with the hot air, and the sprayed droplets. And a method in which the hot air is in countercurrent contact, and a method in which the sprayed droplets first flow in parallel with the hot air and then drop by gravity and contact in countercurrent.
なお、乾燥装置の内壁面には液滴が前記乾燥装置の壁面に付着することにより生じる収率の低下を抑制するために液滴の電荷と同極性に帯電された電界カーテンを設けるのが好ましい。電界カーテンで周囲が覆われた搬送路を形成し、前記乾燥装置壁面に液滴を付着させることなく該搬送路内に液滴を通過させることによって、液滴の固形化が十分行われ、後述する除電部、回収部(例えば、下記図1のサイクロン38および複合粒子回収タンク18)へと複合粒子を送ることができる。これにより収率高く、かつシャープな粒子径分布を有する複合粒子群を製造することができる。
In addition, it is preferable to provide an electric field curtain charged with the same polarity as the electric charge of the liquid droplets on the inner wall surface of the drying apparatus in order to suppress a decrease in yield caused by the droplets adhering to the wall surface of the drying apparatus. . By forming a transport path whose periphery is covered with an electric field curtain and allowing the droplets to pass through the transport path without adhering the droplets to the drying device wall surface, solidification of the droplets is sufficiently performed, which will be described later. The composite particles can be sent to a static elimination unit and a recovery unit (for example, a
除電部は除電器により複合粒子に帯電した電荷を中和させ、複合粒子を安全に複合粒子回収部へと送る部分である。除電器による除電の方法としては、特に制限はなく、通常知られている方法を適宜選択して使用することができるが、効率的に除電が可能であることから、例えば、軟X線照射、プラズマ照射等により行うのが好ましい。 The static elimination unit is a part that neutralizes the electric charge charged to the composite particles by the static eliminator and safely sends the composite particles to the composite particle recovery unit. There is no particular limitation on the method of static elimination by the static eliminator, and a generally known method can be appropriately selected and used. However, since neutralization can be efficiently performed, for example, soft X-ray irradiation, It is preferably performed by plasma irradiation or the like.
複合粒子の回収部は、複合粒子を効率的に捕集し、搬送する観点から、乾燥装置の底部に設けられる。前記複合粒子回収部の構造としては、粒子を捕集できれば特に制限はないが、確実に複合粒子を回収容器に移送できる観点から、サイクロン構造であることが好ましい。 The recovery unit for the composite particles is provided at the bottom of the drying device from the viewpoint of efficiently collecting and transporting the composite particles. The structure of the composite particle recovery unit is not particularly limited as long as the particles can be collected, but a cyclone structure is preferable from the viewpoint of reliably transferring the composite particles to the recovery container.
(電気化学素子電極用複合粒子)
本発明に係る複合粒子は、上述の通り、少なくともスラリー化工程(I)、液滴生成工程(II)及び液滴乾燥工程(III)を有する製造方法により得られる。
(Composite particles for electrochemical device electrodes)
As described above, the composite particles according to the present invention are obtained by a production method having at least a slurrying step (I), a droplet generation step (II) and a droplet drying step (III).
本発明の複合粒子は、少なくとも活物質、および結着剤を含んでなるが、活物質、および結着剤のそれぞれが個別に独立した粒子として存在するのではなく、構成成分である活物質、結着剤を含む2成分以上によって一粒子を形成するものである。具体的には、上述した2成分以上の個々の粒子が実質的に形状を維持した状態で複数個が結合して二次粒子を形成しており、複数個(好ましくは数十個〜数千個)の活物質が、結着剤によって結着されて粒子を形成しているものが好ましい。 The composite particle of the present invention comprises at least an active material and a binder, but each of the active material and the binder does not exist as independent particles, but is an active material that is a constituent component, One particle is formed by two or more components including a binder. Specifically, a plurality of particles (preferably dozens to thousands) are formed by combining a plurality of the above-described individual particles having two or more components while maintaining a substantial shape. The active material is preferably bound with a binder to form particles.
また、本発明の複合粒子の形状は、流動性が良好でホッパートラブルを防止できる観点、ホッパーからの複合粒子の供給が良好であり、厚み精度に優れる電極を得ることができる観点から実質的に球形であることが好ましい。すなわち、複合粒子の短軸径をls、長軸径をll、la=(ls+ll)/2としたとき、(ll−ls)×100/laで表される球形度(%)が好ましくは15%以下、より好ましくは13%以下、さらに好ましくは12%以下、最も好ましくは10%以下である。ここで、短軸径lsおよび長軸径llは、透過型電子顕微鏡または走査型電子顕微鏡の写真像から測定することができる。球形度が大きすぎると、複合粒子の流動性が悪化し、ホッパートラブルが起きやすくなる。また、製造する電極の膜厚精度が悪化する。
複合粒子の製造に用いる複合粒子製造装置は、特に限定されないが、例えば図1に示す複合粒子製造装置を用いることができる。
In addition, the shape of the composite particles of the present invention is substantially from the viewpoint of good fluidity and prevention of hopper troubles, good supply of composite particles from the hopper, and the ability to obtain an electrode with excellent thickness accuracy. It is preferably spherical. That is, when the minor axis diameter of the composite particle is ls, the major axis diameter is ll, and la = (ls + ll) / 2, the sphericity (%) represented by (ll−ls) × 100 / la is preferably 15 % Or less, more preferably 13% or less, still more preferably 12% or less, and most preferably 10% or less. Here, the minor axis diameter ls and the major axis diameter ll can be measured from a photographic image of a transmission electron microscope or a scanning electron microscope. When the sphericity is too large, the fluidity of the composite particles is deteriorated, and hopper trouble is likely to occur. In addition, the film thickness accuracy of the electrode to be manufactured deteriorates.
Although the composite particle manufacturing apparatus used for manufacture of a composite particle is not specifically limited, For example, the composite particle manufacturing apparatus shown in FIG. 1 can be used.
図1に示すように複合粒子製造装置2は、原料投入管4を介して投入された原料を撹拌翼6により撹拌し、スラリー8を作製するスラリータンク10、スラリー8から複合粒子12を製造する造粒装置14、造粒装置14により製造された複合粒子12を移送する複合粒子用配管16、複合粒子用配管16を介して移送された複合粒子12を回収する複合粒子回収タンク18を備えている。
As shown in FIG. 1, the composite
ここで、造粒装置14は乾燥塔22及び高圧電源24を備え、乾燥塔22の上部にはスラリー8を噴霧する複数のアトマイザーノズル26が設けられている。また、アトマイザーノズル26には、スラリータンク10にて作製されたスラリー8を導入するスラリー用配管28が設けられており、スラリー用配管28の途中には、スラリー8をアトマイザーノズル26に供給するポンプ30が備えられている。また、乾燥塔22の上部には、熱交換器32および熱交換器32に熱交換媒体を導入する送風機34が設けられている。また、アトマイザーノズル26の上部には、冷却空気を導入する冷風ファン36が設けられている。
Here, the
なお、高圧電源24のプラス極はアトマイザーノズル26に接続され、マイナス極は接地され、また乾燥塔22の下部に接続される。
The positive pole of the high
なお、複合粒子回収タンク18の上部には、複合粒子12と空気とを分離し、空気の一部を流出させるサイクロン38が設けられている。サイクロン38には、空気流出口40が設けられており、空気流出口40からはブロア42により空気が吸引される。
A
スラリー化工程(I)は、例えば、図1に示す複合粒子製造装置2のスラリータンク10において実施され、スラリー8は、スラリータンク10に活物質、結着剤及び溶媒を含む原料を投入し、撹拌翼6により撹拌することにより得ることができる。
The slurrying step (I) is performed, for example, in the
液滴生成工程(II)は、例えば、図1に示す複合粒子製造装置2の造粒装置14を用いて実施することができる。即ち、スラリー化工程(I)で得られたスラリー8を、アトマイザーノズル26に数kV以上の高電圧を加え、アトマイザーノズル26の先端部に電荷を集中させることでアトマイザーノズル26に供給されるスラリー8の分裂を促し、前記スラリー8からなる液滴を生成させ、乾燥装置としての乾燥塔22に向けて前記液滴を噴霧する。
The droplet generation step (II) can be performed using, for example, the
液滴乾燥工程(III)は、例えば、図1に示す複合粒子製造装置2の造粒装置14に設けられた乾燥塔22を用いて実施することができる。即ち、液滴生成工程(II)によって乾燥装置としての乾燥塔22内に噴霧された液滴を乾燥により固形化して複合粒子12を得るとともに、複合粒子12に帯電した電荷を除電した上で、複合粒子12を複合粒子用配管16を介して移送し、サイクロン38により空気と分離された複合粒子12を複合粒子回収タンク18に回収する。
The droplet drying step (III) can be carried out, for example, using a drying
<メディアン径>
また、本発明の製造方法により得られる複数の複合粒子からなる複合粒子群の、体積基準で求めた粒子径分布におけるメディアン径は50μm以上、160μm以下、好ましくは50μm以上、130μm以下、より好ましくは50μm以上、110μm以下の範囲である。
<Median diameter>
Further, the median diameter in the particle size distribution obtained on a volume basis of the composite particle group composed of a plurality of composite particles obtained by the production method of the present invention is 50 μm or more and 160 μm or less, preferably 50 μm or more and 130 μm or less, more preferably The range is 50 μm or more and 110 μm or less.
ここで、メディアン径とは、上述の通り、小粒子径側(オーバーサイズ)からの体積基準で求めた粒子径分布において累積50%地点における粒子径のことである。50%平均粒子径とも称されることがある。 Here, as described above, the median diameter is a particle diameter at a cumulative 50% point in the particle diameter distribution determined on the volume basis from the small particle diameter side (oversize). Sometimes referred to as 50% average particle size.
メディアン径が上記範囲にあると、ロール加圧成形において、ロール加圧成形法による電気化学素子電極の製造において実用的な膜厚、かつ膜厚精度に優れる電気化学素子電極を得ることができる。 When the median diameter is in the above range, an electrochemical element electrode having a practical film thickness and excellent film thickness accuracy in the production of an electrochemical element electrode by roll pressure molding can be obtained in roll pressure molding.
複合粒子群のメディアン径が上記範囲から小さくなると、複合粒子は強い付着性を有する40μm以下の粒子を多く含むことになるためにホッパー部において複合粒子同士がブロッキング等の凝集を起こしやすくなり、ロール加圧成形法による電気化学素子電極の製造において得られる膜厚の精度が低くなる。一方、複合粒子群のメディアン径が上記範囲から大きくなると、ロール加圧成形法による電気化学素子電極の製造において200μm以下といった実用的な膜厚の電気化学素子電極が得られ難くなるばかりか、電気化学素子電極に複合粒子のサイズが大きすぎることに起因して得られる電極に大きな凸凹が生じ、膜厚精度が低くなる。 When the median diameter of the composite particle group becomes smaller than the above range, the composite particle contains many particles having a strong adhesion of 40 μm or less, so that the composite particles tend to cause aggregation such as blocking in the hopper portion, and the roll The accuracy of the film thickness obtained in the production of the electrochemical element electrode by the pressure molding method is lowered. On the other hand, when the median diameter of the composite particle group is increased from the above range, it is difficult to obtain an electrochemical element electrode having a practical film thickness of 200 μm or less in the production of an electrochemical element electrode by a roll pressure molding method. A large unevenness occurs in the electrode obtained due to the size of the composite particle being too large in the chemical element electrode, and the film thickness accuracy is lowered.
また、メディアン径の範囲は上記した通り、50μm以上、160μm以下であることが必要であるが、好ましくは50μm以上、130μm以下、より好ましくは50μm以上、110μm以下にすることが好ましいとした理由は、メディアン径を50μm以上、130μm以下、より好ましくは50μm以上、110μm以下にすることによって、薄厚な電気化学素子電極を製造するにあたり、より高い膜厚精度が得られるためである。 As described above, the median diameter range needs to be 50 μm or more and 160 μm or less, preferably 50 μm or more and 130 μm or less, more preferably 50 μm or more and 110 μm or less. This is because, when the median diameter is 50 μm or more and 130 μm or less, more preferably 50 μm or more and 110 μm or less, higher film thickness accuracy can be obtained in manufacturing a thin electrochemical element electrode.
複合粒子群のメディアン径は、乾式レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製: マイクロトラックMT−3200II)等を用いて複合粒子を圧搾空気により加圧噴霧して測定することができる。 The median diameter of the composite particle group can be measured by pressurizing and spraying the composite particles with compressed air using a dry laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus (manufactured by Nikkiso Co., Ltd .: Microtrac MT-3200II). .
<累積頻度>
また、本発明により得られる複数の複合粒子からなる複合粒子群の個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は、オーバーサイズの累積粒子径分布曲線において40μm以下の累積頻度が50%以下、好ましくは30%以下、より好ましくは15%以下、最も好ましくは0%である。
<Cumulative frequency>
Further, the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number of composite particles composed of a plurality of composite particles obtained by the present invention is 50% of the cumulative frequency of 40 μm or less in the oversized cumulative particle size distribution curve. Below, it is preferably 30% or less, more preferably 15% or less, and most preferably 0%.
上記にもあるが、40μm以下のサイズの複合粒子は強い付着性を有するため、複合粒子群において40μm以下の複合粒子の存在量が多くなるほど、ロール加圧成形による電気化学素子電極の製造工程において成形ロールより上流のホッパー部において複合粒子同士がブロッキング等の凝集を起こし易くなり、得られる電気化学素子電極の膜厚精度が低くなる。よって、複合粒子群の個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は少なくなればなる程好ましい。 Although it exists also in the above, since the composite particle of the size of 40 micrometers or less has strong adhesiveness, in the manufacturing process of the electrochemical element electrode by roll press molding, the amount of composite particles of 40 micrometers or less increases in the composite particle group. In the hopper portion upstream from the forming roll, the composite particles tend to cause aggregation such as blocking, and the film thickness accuracy of the obtained electrochemical element electrode is lowered. Therefore, the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number of composite particle groups is preferably as small as possible.
複合粒子群の粒子径分布の個数頻度はメディアン径同様、乾式レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製: マイクロトラックMT−3200II)等を用いて複合粒子群を圧搾空気により加圧噴霧して測定することができる。 The number frequency of the particle size distribution of the composite particle group is the same as the median diameter, and the composite particle group is pressurized with compressed air using a dry laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd .: Microtrac MT-3200II). Can be measured by spraying.
なお、粒子径分布測定装置の装置仕様の都合により、丁度40μmのチャンネルがない場合がある。この場合、40μmに最も近い測定チャンネルを本発明にて定義する40μmと置き換えて構わない。個数基準の粒子径分布はレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて複合粒子を圧搾空気により加圧噴霧して測定し、得られた体積基準の粒子径分布を個数基準に変換することで求めることができる。 Note that there may be no channel of 40 μm just due to the equipment specifications of the particle size distribution measuring apparatus. In this case, the measurement channel closest to 40 μm may be replaced with 40 μm defined in the present invention. The number-based particle size distribution is determined by measuring the composite particles by pressure spraying with compressed air using a laser diffraction particle size distribution measuring device, and converting the resulting volume-based particle size distribution into the number-based distribution. Can do.
<モード径>
また、本発明により得られる複数の複合粒子からなる複合粒子群のモード径の頻度は、12%以上、好ましくは13%以上、より好ましくは15%以上である。
<Mode diameter>
Further, the frequency of the mode diameter of the composite particle group composed of a plurality of composite particles obtained by the present invention is 12% or more, preferably 13% or more, more preferably 15% or more.
ここで、モード径とは、粒子の存在確率が最も大きい粒子径のことをいい、粒子径の対数に対して個別の粒子径が存在する頻度をプロットした粒子径分布曲線において、最大値を示す粒子径のことであり、本発明におけるモード径の頻度とはその粒子径分布曲線における最大値のことである。モード径の頻度が大きくなるほど、複合粒子群の粒子径分布曲線はシャープな粒子径分布曲線を示すことになる。 Here, the mode diameter means a particle diameter having the highest particle existence probability, and shows a maximum value in a particle diameter distribution curve in which the frequency of the existence of individual particle diameters is plotted against the logarithm of the particle diameter. It is the particle diameter, and the frequency of the mode diameter in the present invention is the maximum value in the particle diameter distribution curve. As the frequency of the mode diameter increases, the particle size distribution curve of the composite particle group shows a sharp particle size distribution curve.
モード径の頻度が12%以上であると、複合粒子群のメディアン径が本発明で規定した範囲の下限値である50μmに近づいたとしても、複合粒子群に含まれる強い付着性を有する40μm以下の粒子の存在量が低減するため、ロール加圧成形法による電気化学素子電極の製造において実用的な膜厚、かつ膜厚精度に優れる電気化学素子電極を得ることができる。 When the frequency of the mode diameter is 12% or more, even if the median diameter of the composite particle group approaches 50 μm which is the lower limit value of the range defined in the present invention, it has a strong adhesiveness contained in the composite particle group of 40 μm or less. Therefore, an electrochemical element electrode having a practical film thickness and excellent film thickness accuracy can be obtained in the production of an electrochemical element electrode by a roll pressure molding method.
複合粒子群のモード径はメディアン径同様、乾式レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製: マイクロトラックMT−3200II)等を用いて複合粒子群を圧搾空気により加圧噴霧して測定することができる。 Similar to the median diameter, the mode diameter of the composite particle group is measured by spraying the composite particle group with compressed air using a dry laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer (manufactured by Nikkiso Co., Ltd .: Microtrac MT-3200II). can do.
(電気化学素子電極)
本発明の電気化学素子電極(以下、単に「電極」ということがある。)は、前記の電気化学素子電極用複合粒子から形成される合剤層を集電体上に積層してなるものである。
(Electrochemical element electrode)
The electrochemical element electrode of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “electrode”) is formed by laminating a mixture layer formed from the above-described composite particle for an electrochemical element electrode on a current collector. is there.
(集電体)
集電体としては、電気導電性を有し且つ電気化学的に耐久性のある材料が使用可能である。中でも、耐熱性を有するとの観点から、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などの金属材料が好ましい。その中でも、電気化学素子をリチウムイオン二次電池、あるいは電気化学キャパシタの中でもとりわけリチウムイオンキャパシタとして機能させるには、正極用としてはアルミニウムが特に好ましく、負極用としては銅が特に好ましい。また、電気化学素子をナトリウムイオン二次電池、あるいは電気化学キャパシタの中でもとりわけ電気二重層キャパシタとして機能させるには、正極用および負極用共にアルミニウムであることが特に好ましい。
(Current collector)
As the current collector, a material having electrical conductivity and electrochemical durability can be used. Among these, metal materials such as iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold, and platinum are preferable from the viewpoint of heat resistance. Among them, in order to make the electrochemical element function as a lithium ion secondary battery or a lithium ion capacitor among electrochemical capacitors, aluminum is particularly preferable for the positive electrode and copper is particularly preferable for the negative electrode. Moreover, in order to make an electrochemical element function as an electric double layer capacitor among sodium ion secondary batteries or electrochemical capacitors, it is particularly preferable that both positive electrode and negative electrode are aluminum.
形状は、フィルムまたはシート状であり、その厚みは、使用目的に応じて適宜選択されるが、通常1〜200μm、好ましくは5〜100μm、より好ましくは8〜50μmである。またシート状集電体は、エキスパンドメタル、パンチングメタル、網状などの空孔を有した形状であってもよい。 The shape is a film or a sheet, and the thickness is appropriately selected depending on the purpose of use, but is usually 1 to 200 μm, preferably 5 to 100 μm, more preferably 8 to 50 μm. Further, the sheet-like current collector may have a shape having holes such as expanded metal, punching metal, and net-like shape.
集電体には、合剤層との接触抵抗の低減、または合剤層との付着性向上のために、必要に応じて表面化学処理、表面粗面化処理があらかじめ施されていても良い。表面化学処理としては、酸処理、クロメート処理等が挙げられる。表面粗面化処理としては、電気化学的エッチング処理、酸またアルカリによるエッチング処理が挙げられる。 The current collector may be subjected to a surface chemical treatment or a surface roughening treatment in advance to reduce contact resistance with the mixture layer or improve adhesion to the mixture layer as necessary. . Examples of the surface chemical treatment include acid treatment and chromate treatment. Examples of the surface roughening treatment include electrochemical etching treatment and etching treatment with acid or alkali.
また、集電体と合剤層との接着性を向上させる目的のため、集電体にはその表面に接着性塗料を塗布したものを用いてもよい。なお、接着性塗料に含まれる結着剤は通常絶縁性であるため、接着性塗料を塗布した集電体を電気化学素子電極に用いると電気化学素子としての抵抗を著しく増大させてしまうため、接着性塗料には導電材を含むことがより好ましい。導電材を使用した接着性塗料は通常、導電性接着剤、あるいはアンダーコートスラリー、カーボンコートスラリーなどと称される。 Further, for the purpose of improving the adhesion between the current collector and the mixture layer, a current collector having an adhesive coating applied to the surface thereof may be used. In addition, since the binder contained in the adhesive paint is usually insulative, if the current collector coated with the adhesive paint is used for an electrochemical element electrode, the resistance as an electrochemical element is significantly increased. More preferably, the adhesive paint contains a conductive material. An adhesive paint using a conductive material is usually referred to as a conductive adhesive, undercoat slurry, carbon coat slurry or the like.
導電性接着剤は、導電材と結着剤と、必要に応じ添加される溶解型樹脂とを水または有機溶媒中に分散させたさせたものである。導電性接着剤の導電材としては、銀、ニッケル、金、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラックが挙げられ、好ましくは黒鉛、アセチレンブラックである。 The conductive adhesive is obtained by dispersing a conductive material, a binder, and a soluble resin added as necessary in water or an organic solvent. Examples of the conductive material of the conductive adhesive include silver, nickel, gold, graphite, acetylene black, and ketjen black, and graphite and acetylene black are preferable.
接着性塗料の結着剤としては、上記本発明の複合粒子に使用される結着剤として例示したものをいずれも使用できる。また、水ガラス、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ウレタン樹脂等も用いることができ、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。接着性塗料の結着剤として好ましくは、アクリレート系重合体、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩またはアルカリ金属塩、水ガラス、ポリアミドイミド樹脂である。また、導電性接着剤の分散剤としては、複合粒子に使用してもよい溶解型樹脂、または界面活性剤を用いることができる。 As the binder for the adhesive paint, any of those exemplified as the binder used in the composite particles of the present invention can be used. Moreover, water glass, an epoxy resin, a polyamideimide resin, a urethane resin, etc. can also be used, and each can be used individually or in combination of 2 or more types. Preferred binders for adhesive paints are acrylate polymers, ammonium salts or alkali metal salts of carboxymethyl cellulose, water glass, and polyamideimide resins. Further, as the dispersant for the conductive adhesive, a soluble resin or a surfactant that may be used for the composite particles can be used.
(合剤層)
合剤層を形成する方法としては、加圧成形法等の乾式成形方法、および塗布方法等の湿式成形方法があるが、乾燥工程が不要で製造コストを抑えることが可能な乾式成形法が好ましい。乾式成形法としては、加圧成形法、押出成形法(ペースト押出ともいう。)等がある。加圧成形法は、複合粒子に圧力を加えることで電極材料の再配列、変形により緻密化を行い、合剤層を成形する方法である。押出成形法は、複合粒子を押出成形機で押し出しフィルム、シート等に成形する方法である。
(Mixture layer)
As a method for forming the mixture layer, there are a dry molding method such as a pressure molding method, and a wet molding method such as a coating method, but a dry molding method that does not require a drying step and can reduce manufacturing costs is preferable. . Examples of the dry molding method include a pressure molding method and an extrusion molding method (also referred to as paste extrusion). The pressure forming method is a method of forming a mixture layer by applying pressure to the composite particles to perform densification by rearrangement and deformation of the electrode material. The extrusion molding method is a method of molding composite particles into an extruded film, sheet or the like with an extruder.
これらのうち、簡略な設備で行えることから、加圧成形法を採用することが好ましい。加圧成形法としては、例えば、複合粒子をスクリューフィーダー等の供給装置でロール加圧成形装置に供給し、2本の成形ロールで複合粒子をニップすることで、ロールに併せて供給される集電体や支持体上に合剤層を成形する方法や、特許第4687458号公報に見られる技術の様に複合粒子を接着剤層が設けられた集電体上に散布し、複合粒子をブレード等でならして厚みを調整し、次いでロール加圧成形装置で成形する方法、電極材料を金型に充填し、金型を加圧して成形する方法等がある。 Of these, the pressure molding method is preferably employed because it can be performed with simple equipment. As the pressure molding method, for example, the composite particles are supplied to the roll pressure molding device with a supply device such as a screw feeder, and the composite particles are nipped between the two molding rolls to be supplied together with the roll. The composite particles are spread on the current collector provided with the adhesive layer as in the method of forming the mixture layer on the electric body or the support, or the technique disclosed in Japanese Patent No. 4687458, and the composite particles are bladed For example, there is a method of adjusting the thickness by adjusting the thickness and then forming with a roll pressure forming apparatus, a method of filling the mold with an electrode material, and pressurizing the mold to form.
これら加圧成形のうち、ロール加圧成形装置を用いて、集電体や特許第5293383号公報に見られる様な支持体上に合剤層を形成する方法が好適である。成形時の温度は、通常室温〜150℃であり、複合粒子の結着剤の融点またはガラス転移温度より高いことが好ましく、融点またはガラス転移温度より20℃以上高いことがより好ましい。ロール加圧成形においては、成形速度を通常0.1〜30m/分、好ましくは4〜30m/分の範囲が好ましい。また、成形ロール間のプレス線圧は、通常0.2〜30kN/cm、好ましくは1.5〜15kN/cmが好ましい。 Among these pressure forming methods, a method of forming a mixture layer on a current collector or a support as seen in Japanese Patent No. 5293383 using a roll pressure forming apparatus is suitable. The molding temperature is usually room temperature to 150 ° C., preferably higher than the melting point or glass transition temperature of the binder of the composite particles, and more preferably 20 ° C. higher than the melting point or glass transition temperature. In roll press molding, the molding speed is usually in the range of 0.1 to 30 m / min, preferably 4 to 30 m / min. The press linear pressure between the forming rolls is usually 0.2 to 30 kN / cm, preferably 1.5 to 15 kN / cm.
なお、ロール加圧成形装置において、成形ロールの前にプレ成形ロールを備えていてもよい。プレ成形ロールにより複合粒子を圧縮する際において、プレ成形ロールを構成する一対のロールのロール径が小さくなるほど、ロールへの複合粒子の咬み込み量を小さくすることができ、シート状のプレ成形体及び最終的に得られる電気化学素子電極における合材層の厚みを小さくすることができる。一方、プレ成形ロールを構成する一対のロールのロール径が小さすぎると複合粒子を圧縮する際にロールのゆがみ等が生じることにより、シート状のプレ成形体の厚みにバラツキが生じるおそれがある。 In the roll pressure forming apparatus, a pre-forming roll may be provided before the forming roll. When the composite particles are compressed by the pre-molding roll, the amount of biting of the composite particles into the roll can be reduced as the roll diameter of the pair of rolls constituting the pre-molding roll becomes smaller. And the thickness of the composite material layer in the electrochemical element electrode finally obtained can be made small. On the other hand, if the roll diameter of the pair of rolls constituting the pre-molded roll is too small, the roll may be distorted when the composite particles are compressed, thereby causing variations in the thickness of the sheet-shaped pre-molded body.
ここで、ロールニップ点(一対のロール間の間隙が最も狭くなる点)近傍のロールの周速度と複合粒子の移動速度とが同じになる点をP点というが、坪量が決定されるP点から複合粒子の出口(プレ成形ロールのロールの下部)までの間が複合粒子で満たされていないと、シート状のプレ成形体を成形した際にまだら模様やスジといった電気化学素子電極としての不良が生じる場合がある。 Here, the point at which the peripheral speed of the roll in the vicinity of the roll nip point (the point at which the gap between the pair of rolls becomes narrowest) and the moving speed of the composite particles are the same is referred to as P point. When the sheet-shaped pre-molded body is molded, if it is not filled with the composite particles, the area from the outlet to the composite particle outlet (lower part of the roll of the pre-molding roll) is defective as an electrochemical element electrode. May occur.
複合粒子群の粒子径分布において40μm以下の複合粒子が多く含まれる場合に上記不良は生じ易くなる。また、ロールの回転速度が一定である場合にはロール径が小さいほどP点は下がる。従って、ロール径を小さくすることによりP点と複合粒子の出口までの間の容量を小さくすることができ、最終的に得られる電気化学素子電極の合剤層を薄膜とすることができる。 The above defects are likely to occur when a large number of composite particles of 40 μm or less are contained in the particle size distribution of the composite particle group. Further, when the roll rotation speed is constant, the point P decreases as the roll diameter decreases. Therefore, by reducing the roll diameter, the capacity between the point P and the exit of the composite particles can be reduced, and the finally obtained electrochemical device electrode mixture layer can be made into a thin film.
そのため、このような点を考慮し、プレ成形ロールを構成する一対のロールのロール径は、好ましく10〜500mm、より好ましくは10〜250mm、さらに好ましくは10〜150mmである。 Therefore, considering such points, the roll diameter of the pair of rolls constituting the pre-molded roll is preferably 10 to 500 mm, more preferably 10 to 250 mm, and still more preferably 10 to 150 mm.
また、成形ロールを構成する一対のロールのロール径は、シート状のプレ成形体を圧縮する際における圧力が、プレ成形ロールによる圧力よりも大きくなるように、プレ成形ロールを構成する一対のロールのロール径よりも大きなものとすればよいが、そのロール径は、好ましくは50〜1000mm、より好ましくは100〜500mmである。 Moreover, the roll diameter of a pair of roll which comprises a forming roll is a pair of roll which comprises a pre-forming roll so that the pressure at the time of compressing a sheet-like pre-molding body may become larger than the pressure by a pre-forming roll. The roll diameter may be larger than the roll diameter, but the roll diameter is preferably 50 to 1000 mm, more preferably 100 to 500 mm.
成形した電極の厚みのばらつきをなくし、合剤層の密度を上げて高容量化、高強度化をはかるために、必要に応じてさらに後加圧を行っても良い。後加圧の方法は、ロールプレス工程が一般的である。ロールプレス工程では、2本の円柱状のロールを狭い間隔で平行に上下にならべ、それぞれを反対方向に回転させて、その間に電極を咬み込ませ加圧する。ロールは加熱または冷却等して温度調節しても良い。ロールを加熱するときのロール温度は25〜200℃、より好ましくは50〜150℃、さらに好ましくは80〜120℃である。この範囲であると、合剤層をより高強度化できるだけでなく、合剤層と集電体との接着性をより高めることができる。 In order to eliminate variations in the thickness of the molded electrode and increase the density of the mixture layer to increase the capacity and strength, post-pressurization may be further performed as necessary. The post-pressing method is generally a roll press process. In the roll press step, two cylindrical rolls are arranged vertically in parallel at a narrow interval, and each is rotated in the opposite direction, and the electrode is bitten and pressed between them. The temperature of the roll may be adjusted by heating or cooling. The roll temperature when heating the roll is 25 to 200 ° C, more preferably 50 to 150 ° C, and still more preferably 80 to 120 ° C. Within this range, not only the strength of the mixture layer can be increased, but also the adhesion between the mixture layer and the current collector can be further enhanced.
(電気化学素子)
本発明の電気化学素子は、上述のようにして得られる正極、負極、セパレーターおよび電解液を備え、正極または負極のうちの少なくとも一方に本発明の電気化学素子電極を用いる。電気化学素子としては、例えば、二次電池や電気化学キャパシタが挙げられる。二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池やナトリウムイオン二次電池などが挙げられる。また、電気化学キャパシタとしては、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等が挙げられる。
(Electrochemical element)
The electrochemical element of the present invention includes the positive electrode, the negative electrode, the separator and the electrolytic solution obtained as described above, and uses the electrochemical element electrode of the present invention for at least one of the positive electrode and the negative electrode. Examples of the electrochemical element include a secondary battery and an electrochemical capacitor. Examples of the secondary battery include a lithium ion secondary battery and a sodium ion secondary battery. Examples of the electrochemical capacitor include an electric double layer capacitor and a lithium ion capacitor.
(セパレーター)
セパレーターとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂や、芳香族ポリアミド樹脂を含んでなる微孔膜または不織布;無機セラミック粉末を含む多孔質の樹脂コート;セルロースからなる不織布;などを用いることができる。具体例を挙げると、ポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)、及びこれらの混合物あるいは共重合体等の樹脂からなる微多孔膜;ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン、ポリエーテルスルフォン、ポリアミド、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアラミド、ポリシクロオレフィン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂からなる微多孔膜;ポリオレフィン系の繊維を織ったもの又はその不織布;絶縁性物質粒子の集合体等が挙げられる。これらの中でも、セパレーター全体の膜厚を薄くすることができ、リチウムイオン二次電池内の活物質比率を上げて体積あたりの容量を上げることができるため、ポリオレフィン系の樹脂からなる微多孔膜が好ましい。
(separator)
As the separator, for example, a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, or a microporous membrane or nonwoven fabric containing an aromatic polyamide resin; a porous resin coat containing inorganic ceramic powder; a nonwoven fabric made of cellulose; it can. Specific examples include microporous membranes made of polyolefin resins (polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride), and resins such as mixtures or copolymers thereof; polyethylene terephthalate, polycycloolefin, polyether sulfone, polyamide, Examples thereof include a microporous film made of a resin such as polyimide, polyimide amide, polyaramid, polycycloolefin, nylon, and polytetrafluoroethylene; a polyolefin fiber woven or non-woven fabric thereof; an aggregate of insulating substance particles, and the like. Among these, since the film thickness of the entire separator can be reduced and the active material ratio in the lithium ion secondary battery can be increased to increase the capacity per volume, a microporous film made of polyolefin resin is used. preferable.
セパレーターの厚さは、リチウムイオン二次電池においてセパレーターによる内部抵抗を小さくすることができる観点、および、リチウムイオン二次電池を製造する際の作業性に優れる観点から、好ましくは0.5〜40μm、より好ましくは1〜30μm、さらに好ましくは1〜25μmである。 The thickness of the separator is preferably 0.5 to 40 μm from the viewpoint of reducing the internal resistance due to the separator in the lithium ion secondary battery and excellent workability when manufacturing the lithium ion secondary battery. More preferably, it is 1-30 micrometers, More preferably, it is 1-25 micrometers.
(電解液)
リチウムイオン二次電池用の電解液としては、例えば、非水溶媒に支持電解質を溶解した非水電解液が用いられる。支持電解質としては、リチウム塩が好ましく用いられる。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLiなどが挙げられる。中でも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すLiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。解離度の高い支持電解質を用いるほど、リチウムイオン伝導度が高くなるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
(Electrolyte)
As an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery, for example, a nonaqueous electrolytic solution in which a supporting electrolyte is dissolved in a nonaqueous solvent is used. As the supporting electrolyte, a lithium salt is preferably used. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , CF 3 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 3 Li, CF 3 COOLi, (CF 3 CO) 2 NLi , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) NLi, and the like. Among these, LiPF 6 , LiClO 4 , and CF 3 SO 3 Li that are easily soluble in a solvent and exhibit a high degree of dissociation are preferable. One of these may be used alone, or two or more of these may be used in combination at any ratio. Since the lithium ion conductivity increases as the supporting electrolyte having a higher degree of dissociation is used, the lithium ion conductivity can be adjusted depending on the type of the supporting electrolyte.
電解液における支持電解質の濃度は、支持電解質の種類に応じて、0.5〜2.5モル/Lの濃度で用いることが好ましい。支持電解質の濃度が低すぎても高すぎても、イオン伝導度が低下する可能性がある。 The concentration of the supporting electrolyte in the electrolytic solution is preferably used at a concentration of 0.5 to 2.5 mol / L depending on the type of the supporting electrolyte. If the concentration of the supporting electrolyte is too low or too high, the ionic conductivity may decrease.
非水溶媒としては、支持電解質を溶解できるものであれば特に限定されない。非水溶媒の例を挙げると、ジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、メチルエチルカーボネート(MEC)などのカーボネート類;γ−ブチロラクトン、ギ酸メチルなどのエステル類;1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフランなどのエーテル類;スルホラン、ジメチルスルホキシドなどの含硫黄化合物類;支持電解質としても使用されるイオン液体などが挙げられる。中でも、誘電率が高く、安定な電位領域が広いので、カーボネート類が好ましい。非水溶媒は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。一般に、非水溶媒の粘度が低いほどリチウムイオン伝導度が高くなり、誘電率が高いほど支持電解質の溶解度が上がるが、両者はトレードオフの関係にあるので、溶媒の種類や混合比によりリチウムイオン伝導度を調節して使用するのがよい。また、非水溶媒は全部あるいは一部の水素をフッ素に置き換えたものを併用あるいは全量用いてもよい。 The non-aqueous solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte. Examples of non-aqueous solvents include dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), methyl ethyl carbonate ( Carbonates such as MEC); esters such as γ-butyrolactone and methyl formate; ethers such as 1,2-dimethoxyethane and tetrahydrofuran; sulfur-containing compounds such as sulfolane and dimethyl sulfoxide; ions used also as a supporting electrolyte Examples include liquids. Among these, carbonates are preferable because they have a high dielectric constant and a wide stable potential region. A non-aqueous solvent may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios. In general, the lower the viscosity of the non-aqueous solvent, the higher the lithium ion conductivity, and the higher the dielectric constant, the higher the solubility of the supporting electrolyte, but since both are in a trade-off relationship, the lithium ion conductivity depends on the type of solvent and the mixing ratio. It is recommended to adjust the conductivity. In addition, the nonaqueous solvent may be used in combination or in whole or in a form in which all or part of hydrogen is replaced with fluorine.
また、電解液には添加剤を含有させてもよい。添加剤としては、例えば、ビニレンカーボネート(VC)などのカーボネート系;エチレンサルファイト(ES)などの含硫黄化合物;フルオロエチレンカーボネート(FEC)などのフッ素含有化合物が挙げられる。添加剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
なお、リチウムイオンキャパシタ用の電解液としては、上述のリチウムイオン二次電池に用いることができる電解液と同様のものを用いることができる。
Moreover, you may contain an additive in electrolyte solution. Examples of the additive include carbonates such as vinylene carbonate (VC); sulfur-containing compounds such as ethylene sulfite (ES); and fluorine-containing compounds such as fluoroethylene carbonate (FEC). An additive may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
In addition, as an electrolyte solution for lithium ion capacitors, the same electrolyte solution that can be used for the above-described lithium ion secondary battery can be used.
(電気化学素子の製造方法)
リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等の電気化学素子の具体的な製造方法としては、例えば、正極と負極とをセパレーターを介して重ね合わせ、これを電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口する方法が挙げられる。さらに、必要に応じてエキスパンドメタル;ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子;リード板などを入れ、電池内部の圧力上昇、過充放電を防止してもよい。リチウムイオン二次電池の形状は、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。電池容器の材質は、電池内部への水分の侵入を阻害するものであればよく、金属製、アルミニウムなどのラミネート製など特に限定されない。
(Method for producing electrochemical element)
As a specific method for producing an electrochemical element such as a lithium ion secondary battery, an electric double layer capacitor, or a lithium ion capacitor, for example, a positive electrode and a negative electrode are overlapped via a separator, and this is wound according to the battery shape. For example, the battery may be folded and put into a battery container, and an electrolyte solution may be injected into the battery container and sealed. Further, if necessary, an expanded metal; an overcurrent prevention element such as a fuse or a PTC element; a lead plate or the like may be inserted to prevent an increase in pressure inside the battery or overcharge / discharge. The shape of the lithium ion secondary battery may be any of a coin type, a button type, a sheet type, a cylindrical type, a square type, a flat type, and the like. The material of the battery container is not particularly limited as long as it inhibits the penetration of moisture into the battery, and is not particularly limited, such as a metal or a laminate such as aluminum.
本発明の電気化学素子電極用複合粒子の製造方法によれば、膜厚精度に優れた電気化学素子電極を製造するための電気化学素子電極用複合粒子を生産性高く製造することができる。また、本発明に係る電気化学素子電極用複合粒子を用いて電気化学素子電極を製造することで薄厚かつ、膜厚精度に優れる電気化学素子電極、および電気化学素子を得ることができる。 According to the method for producing a composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention, the composite particle for an electrochemical element electrode for producing an electrochemical element electrode excellent in film thickness accuracy can be produced with high productivity. Moreover, the electrochemical element electrode and electrochemical element which are thin and are excellent in film thickness precision can be obtained by manufacturing an electrochemical element electrode using the composite particle for electrochemical element electrodes which concerns on this invention.
以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例における部および%は、特に断りのない限り重量基準である。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited to these Examples. In the examples and comparative examples, “part” and “%” are based on weight unless otherwise specified.
(実施例1)
(正極用粒子状結着樹脂の製造)
メカニカルスターラー及びコンデンサを装着した反応器に、窒素雰囲気下、イオン交換水210部、濃度30%のアルキルジフェニルオキシドジスルホネート(ダウファックス(登録商標)2A1、ダウ・ケミカル社製)1.67部、を仕込み、撹拌しながら70℃に加熱し、1.96%過硫酸カリウム水溶液25.5部を反応器に添加した。次いで、メカニカルスターラーを装着した上記とは別の容器に、窒素雰囲気下、アクリル酸ブチル35部、メタクリル酸エチル62.5部、メタクリル酸2.4部、濃度30%のアルキルジフェニルオキシドジスルホネート(ダウファックス(登録商標)2A1、ダウ・ケミカル社製)1.67部、及びイオン交換水22.7部を添加し、これを攪拌乳化させて単量体混合液を調製した。そして、この単量体混合液を攪拌乳化させた状態にて、2.5時間かけて一定の速度で、イオン交換水210部及び過硫酸カリウム水溶液を仕込んだ反応器に添加し、重合転化率が95%になるまで反応させて、粒子状結着樹脂A(アクリレート系重合体)の水分散液を得た。
Example 1
(Manufacture of particulate binder resin for positive electrode)
In a reactor equipped with a mechanical stirrer and a condenser, under a nitrogen atmosphere, 210 parts of ion exchange water, 30% concentration of alkyldiphenyl oxide disulfonate (Dowfax (registered trademark) 2A1, manufactured by Dow Chemical Co.) 1.67 parts, Was heated to 70 ° C. with stirring, and 25.5 parts of a 1.96% aqueous potassium persulfate solution was added to the reactor. Next, in a container different from the above equipped with a mechanical stirrer, in a nitrogen atmosphere, 35 parts of butyl acrylate, 62.5 parts of ethyl methacrylate, 2.4 parts of methacrylic acid, 30% alkyl diphenyl oxide disulfonate ( 1.67 parts of Dowfax (registered trademark) 2A1, manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.) and 22.7 parts of ion-exchanged water were added, and this was stirred and emulsified to prepare a monomer mixture. Then, in a state of stirring and emulsifying the monomer mixture, it was added to a reactor charged with 210 parts of ion exchange water and an aqueous potassium persulfate solution at a constant rate over 2.5 hours, and the polymerization conversion rate To 95%, an aqueous dispersion of particulate binder resin A (acrylate polymer) was obtained.
(リチウムイオン二次電池正極用合剤スラリーの調製)
正極用活物質として50%体積平均粒子径5μmのコバルト酸リチウム(以下、「LCO」ということがある。)100部、導電材としてのアセチレンブラック(HS−100、電気化学工業株式会社製)2部、及び溶解型樹脂としてカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩を固形分換算量で1.0部混合し、さらにイオン交換水を適量加え、プラネタリーミキサーを用いて高粘度の状態にて十分混練した。その後、イオン交換水により希釈し、結着剤として前記粒子状結着樹脂Aの水分散液を固形分換算で1.5部加えることで固形分濃度40%のリチウムイオン二次電池正極用としての合剤スラリーを調製した。
(Preparation of mixture slurry for lithium ion secondary battery positive electrode)
100 parts of lithium cobaltate (hereinafter sometimes referred to as “LCO”) having a 50% volume average particle size of 5 μm as the positive electrode active material, acetylene black (HS-100, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) 2 as the conductive material 1.0 parts of a sodium salt of carboxymethyl cellulose as a solid content amount was mixed as a soluble resin, and an appropriate amount of ion-exchanged water was added, and the mixture was sufficiently kneaded in a high viscosity state using a planetary mixer. Thereafter, it is diluted with ion-exchanged water, and 1.5 parts of an aqueous dispersion of the particulate binder resin A as a binder is added in terms of solid content, so as to be used for a lithium ion secondary battery positive electrode having a solid content concentration of 40%. A mixture slurry was prepared.
(複合粒子の製造)
所定の塔径を有する乾燥塔内の上部に外径200μm、内径120μmの金属製のノズルからなる静電微粒化用アトマイザーが多数設けられた静電微粒化造粒装置に前記リチウムイオン二次電池正極用合剤スラリーを供給し、アトマイザーに電圧をかけることでアトマイザーに供給される前記リチウムイオン二次電池正極用合剤スラリーを液滴化し、塔内に噴霧した。この時印加した電圧は7.0kVであった。
(Manufacture of composite particles)
The lithium ion secondary battery is installed in an electrostatic atomization granulator provided with a large number of atomizers for electrostatic atomization, each comprising a metal nozzle having an outer diameter of 200 μm and an inner diameter of 120 μm in the upper part of a drying tower having a predetermined tower diameter. The positive electrode mixture slurry was supplied, and a voltage was applied to the atomizer, whereby the lithium ion secondary battery positive electrode mixture slurry supplied to the atomizer was dropletized and sprayed into the tower. The voltage applied at this time was 7.0 kV.
次に、噴霧した液滴を静電微粒化造粒装置に導入される加熱空気により熱交換することで前記液滴を乾燥して固形化するともに除電、捕集、そして粗粉を除去することで複合粒子中の含有水分率が1%未満の球形状の実施例1のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子を得た。実施例1のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子の収量と噴霧した前記リチウムイオン二次電池正極用合剤スラリーの固形分重量との比で前記リチウムイオン二次電池正極用合剤スラリーを複合粒子化し、粗粉を除去するまでの工程収率を求めたところ、収率は96.0%であった。また、この実施例1のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子のメディアン径は78μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は0%であり、モード径の頻度は16.8%であった。また、この時の粒子回収出口温度は85℃であった。なお、前記熱風がアトマイザー部に波及してアトマイザーが乾燥により閉塞しない様、アトマイザー周辺部には冷却空気を導入した。 Next, the sprayed droplets are heat-exchanged by heated air introduced into an electrostatic atomization granulator to dry and solidify the droplets, and neutralize, collect, and remove coarse powder. Thus, composite particles for a lithium ion secondary battery positive electrode of Example 1 having a spherical shape with a moisture content of less than 1% were obtained. The lithium ion secondary battery positive electrode mixture slurry is combined with the ratio of the yield of the lithium ion secondary battery positive electrode composite particles of Example 1 and the sprayed lithium ion secondary battery positive electrode mixture slurry solid weight. When the process yield until it was granulated and the coarse powder was removed was determined, the yield was 96.0%. In addition, the median diameter of the composite particles for the positive electrode of the lithium ion secondary battery of Example 1 is 78 μm, the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution determined on the basis of the number is 0%, and the frequency of the mode diameter is 16 8%. The particle recovery outlet temperature at this time was 85 ° C. In addition, cooling air was introduced into the periphery of the atomizer so that the hot air would spread to the atomizer and the atomizer would not be blocked by drying.
(リチウムイオン二次電池正極の作製)
まず、ロール加圧成形装置において50℃に加熱されたロール径50mmφの一対のプレ成形ロール上に、事前に導電性接着剤をアルミニウム集電体上にダイコーターで塗布、乾燥することで得た導電性接着剤層付アルミニウム集電箔を設置した。次に、定量フィーダーを介して、前記プレ成形ロールの上部に設けられたホッパーに上記にて得られたリチウムイオン二次電池正極用複合粒子を供給した。プレ成形ロールの上部に設けられたホッパー内の前記複合粒子の堆積量がある一定高さになったところで、10m/分の速度でロール加圧成形装置を稼働させ、前記プレ成形ロールで複合粒子を加圧成形し、前記導電性接着剤層付アルミニウム集電箔上にリチウムイオン二次電池正極用合剤層のプレ成形体を形成した。その後、前記ロール加圧成形装置のプレ成形ロールの下流に設けられ、100℃に加熱された二対の300mmφ成形ロールで前記正極合剤層がプレ成形された電極をプレスし、前記電極の表面を均すとともに電極密度を高めた。このままロール加圧成形装置を連続して10分間稼働し、実施例1のリチウムイオン二次電池正極を約100m作製した。
(Preparation of lithium ion secondary battery positive electrode)
First, a conductive adhesive was applied on an aluminum current collector with a die coater and dried in advance on a pair of pre-molded rolls having a roll diameter of 50 mmφ heated to 50 ° C. in a roll pressure molding apparatus. An aluminum current collector foil with a conductive adhesive layer was installed. Next, the lithium ion secondary battery positive electrode composite particles obtained above were supplied to a hopper provided on the top of the pre-molding roll via a quantitative feeder. When the accumulated amount of the composite particles in the hopper provided on the upper part of the pre-molding roll reaches a certain height, a roll press molding apparatus is operated at a speed of 10 m / min. Was molded, and a pre-molded body of a mixture layer for a lithium ion secondary battery positive electrode was formed on the aluminum current-collecting foil with the conductive adhesive layer. Thereafter, the electrode on which the positive electrode mixture layer is pre-formed is pressed with two pairs of 300 mmφ forming rolls provided downstream of the pre-forming roll of the roll pressure forming apparatus and heated to 100 ° C., and the surface of the electrode And the electrode density was increased. In this state, the roll pressure molding apparatus was continuously operated for 10 minutes to produce about 100 m of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 1.
(実施例2)
(正極用粒子状結着樹脂の製造)
アクリル酸ブチル、およびメタクリル酸エチルの組成比をそれぞれ81.3部、および16.3部としたこと以外は、実施例1と同様に正極用粒子状結着樹脂の製造を行い、粒子状結着樹脂B(アクリレート系重合体)の水分散液を得た。
(Example 2)
(Manufacture of particulate binder resin for positive electrode)
Except that the composition ratios of butyl acrylate and ethyl methacrylate were 81.3 parts and 16.3 parts, respectively, a particulate binder resin for a positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 to form particulate particles. An aqueous dispersion of landing resin B (acrylate polymer) was obtained.
また、結着剤として粒子状結着樹脂Bを用いたこと、リチウムイオン二次電池正極用合剤スラリーの固形分濃度を50%にしたこと以外は、実施例1と同様にして球形状の実施例2のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子を得た。実施例1と同様にして収率を求めたところ、収率は95.5%であった。また、得られた実施例2のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子群のメディアン径は、153μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は0%であり、モード径の頻度は14.7%であった。
上記により得られた複合粒子を用いて実施例1のリチウムイオン二次電池正極の作製方法と同様にして実施例2のリチウムイオン二次電池正極を約100m作製した。
Further, a spherical shape was obtained in the same manner as in Example 1 except that the particulate binder resin B was used as the binder and the solid content concentration of the lithium ion secondary battery positive electrode mixture slurry was 50%. The composite particle for lithium ion secondary battery positive electrodes of Example 2 was obtained. When the yield was determined in the same manner as in Example 1, the yield was 95.5%. In addition, the median diameter of the obtained composite particle group for a lithium ion secondary battery positive electrode of Example 2 is 153 μm, the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 0%, and the mode diameter The frequency of was 14.7%.
About 100 m of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 2 was produced in the same manner as the production method of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 1 using the composite particles obtained above.
(実施例3)
固形分濃度を36%としたこと以外は実施例2と同様にして球形状の実施例3のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子を得た。実施例1と同様にして収率を求めたところ、収率は96.2%であった。
また、得られた実施例3のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子群のメディアン径は、54μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は31.0%であり、モード径の頻度は13.9%であった。
上記により得られた複合粒子を用いて実施例1のリチウムイオン二次電池正極の作製方法と同様にして実施例3のリチウムイオン二次電池正極を約100m作製した。
(Example 3)
Spherical composite particles for a lithium ion secondary battery positive electrode of Example 3 were obtained in the same manner as Example 2 except that the solid content concentration was 36%. When the yield was determined in the same manner as in Example 1, the yield was 96.2%.
Further, the median diameter of the obtained composite particle group for the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 3 is 54 μm, and the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 31.0%. The frequency of mode diameter was 13.9%.
About 100 m of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 3 was produced in the same manner as the production method of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 1 using the composite particles obtained above.
(実施例4)
印加電圧を10.0kVとしたこと以外は実施例3と同様にして球形状の実施例4のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子を得た。実施例1と同様にして収率を求めたところ、収率は96.3%であった。
また、得られた実施例4のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子群のメディアン径は、61μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は21.2%であり、モード径の頻度は12.8%であった。
上記により得られた複合粒子を用いて実施例1のリチウムイオン二次電池正極の作製方法と同様にして実施例4のリチウムイオン二次電池正極を約100m作製した。
Example 4
Spherical composite particles for a lithium ion secondary battery positive electrode of Example 4 were obtained in the same manner as Example 3 except that the applied voltage was 10.0 kV. When the yield was determined in the same manner as in Example 1, the yield was 96.3%.
Further, the median diameter of the obtained composite particle group for the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 4 is 61 μm, and the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 21.2%, The frequency of mode diameter was 12.8%.
About 100 m of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 4 was produced using the composite particles obtained as described above in the same manner as the production method of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 1.
(実施例5)
(正極用粒子状結着樹脂の製造)
アクリル酸ブチル、およびメタクリル酸エチルの組成比をそれぞれ97.6部、および0部としたこと以外は、実施例1と同様に正極用粒子状結着樹脂の製造を行い粒子状結着樹脂C(アクリレート系重合体)の水分散液を得た。
(Example 5)
(Manufacture of particulate binder resin for positive electrode)
A particulate binder resin C was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition ratios of butyl acrylate and ethyl methacrylate were 97.6 parts and 0 parts, respectively. An aqueous dispersion of (acrylate polymer) was obtained.
結着剤として粒子状結着樹脂Cを用いたこと、固形分濃度を38%としたこと以外は実施例1と同様にして球形状の実施例5のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子を得た。実施例1と同様にして収率を求めたところ、収率は96.2%であった。
また、得られた実施例5のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子群のメディアン径は、70μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は11.8%であり、モード径の頻度は15.8%であった。
上記により得られた複合粒子を用いて実施例1のリチウムイオン二次電池正極の作製方法と同様にして実施例5のリチウムイオン二次電池正極を約100m作製した。
The spherical composite particle for a lithium ion secondary battery positive electrode of Example 5 was used in the same manner as in Example 1 except that the particulate binder resin C was used as the binder and the solid content concentration was 38%. Obtained. When the yield was determined in the same manner as in Example 1, the yield was 96.2%.
In addition, the median diameter of the obtained composite particle group for the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 5 is 70 μm, and the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 11.8%. The frequency of mode diameter was 15.8%.
About 100 m of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 5 was produced in the same manner as the production method of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 1 using the composite particles obtained above.
(実施例6)
粒子状結着樹脂Cの水分散液を固形分換算で3.0部にしたこと以外は、実施例5と同様にして球形状の実施例6のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子を得た。実施例1と同様にして収率を求めたところ、収率は96.1%であった。
また、得られた実施例6のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子群のメディアン径は、72μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は9.8%であり、モード径の頻度は16.7%であった。
上記により得られた複合粒子を用いて実施例1のリチウムイオン二次電池正極の作製方法と同様にして実施例5のリチウムイオン二次電池正極を約100m作製した。
(Example 6)
A spherical composite particle for a lithium ion secondary battery positive electrode of Example 6 is obtained in the same manner as in Example 5 except that the aqueous dispersion of the particulate binder resin C is 3.0 parts in terms of solid content. It was. When the yield was determined in the same manner as in Example 1, the yield was 96.1%.
Further, the median diameter of the obtained composite particle group for a lithium ion secondary battery positive electrode of Example 6 is 72 μm, and the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 9.8%, The frequency of mode diameter was 16.7%.
About 100 m of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 5 was produced in the same manner as the production method of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 1 using the composite particles obtained above.
(実施例7)
(リチウムイオン二次電池正極用合剤スラリーの調製)
正極用活物質として50%体積平均粒子径5μmのコバルト酸リチウム100部、導電材としてのアセチレンブラック(HS−100、電気化学工業株式会社製)2部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(以下、「PVDF」ということがある。)5.0部を混合し、N−メチル−2−ピロリドン(以下、「NMP」ということがある。)を適量加え、プラネタリーミキサーを用いて高粘度の状態にて十分混練したのち、N−メチル−2−ピロリドンにより希釈して固形分濃度30%のリチウムイオン二次電池正極用としての合剤スラリーを調製した。
(Example 7)
(Preparation of mixture slurry for lithium ion secondary battery positive electrode)
100 parts of lithium cobaltate having a 50% volume average particle diameter of 5 μm as the positive electrode active material, 2 parts of acetylene black (HS-100, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as the conductive material, and polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as “binder”) (It may be referred to as “PVDF”.) Mix 5.0 parts, add an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter sometimes referred to as “NMP”), and use a planetary mixer to maintain a high viscosity state. Then, the mixture slurry was diluted with N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a mixture slurry for a positive electrode of a lithium ion secondary battery having a solid content concentration of 30%.
上記により得られた合剤スラリーを用いたこと、複合粒子を製造する際に使用した熱交換媒体として加熱窒素を用いたこと、印加電圧を10.0kVにしたこと以外は、実施例1と同様にして球形状の実施例7のリチウムイオン二次電池用正極用複合粒子を得た。実施例1と同様にして収率を求めたところ、収率は96.1%であった。
また、得られた実施例7のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子群のメディアン径は、82μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は0%であり、モード径の頻度は16.5%であった。
上記により得られた複合粒子を用いて実施例1のリチウムイオン二次電池正極の作製方法と同様にして実施例7のリチウムイオン二次電池正極を約100m作製した。
The same as in Example 1 except that the mixture slurry obtained above was used, that heated nitrogen was used as the heat exchange medium used when producing the composite particles, and that the applied voltage was 10.0 kV. Thus, spherical composite particles for a positive electrode for a lithium ion secondary battery of Example 7 were obtained. When the yield was determined in the same manner as in Example 1, the yield was 96.1%.
Further, the median diameter of the obtained composite particle group for the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 7 is 82 μm, the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 0%, and the mode diameter The frequency of was 16.5%.
About 100 m of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 7 was produced in the same manner as the production method of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 1 using the composite particles obtained above.
(比較例1)
固形分濃度を33%にしたこと以外は実施例5と同様にして球形状の比較例1のリチウムイオン二次電池用正極用複合粒子を得た。実施例1と同様にして収率を求めたところ、収率は95.7%であった。
また、得られた比較例1のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子群のメディアン径は、43μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は53.7%であり、モード径の頻度は13.0%であった。
上記により得られた複合粒子を用いて実施例1のリチウムイオン二次電池正極の作製方法と同様にして比較例1のリチウムイオン二次電池正極を約100m作製した。
(Comparative Example 1)
Spherical composite particles for a positive electrode for a lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 were obtained in the same manner as in Example 5 except that the solid content concentration was 33%. When the yield was determined in the same manner as in Example 1, the yield was 95.7%.
Moreover, the median diameter of the obtained composite particle group for a lithium ion secondary battery positive electrode of Comparative Example 1 is 43 μm, and the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution determined on the basis of the number is 53.7%. The frequency of mode diameter was 13.0%.
About 100 m of the lithium ion secondary battery positive electrode of Comparative Example 1 was produced in the same manner as the production method of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 1 using the composite particles obtained above.
(比較例2)
結着剤を粒子状結着樹脂Bの水分散液から粒子状結着樹脂Cの水分散液に変更したこと、印加電圧を2.5kVに変更したこと以外は、実施例2と同様にして球形状の比較例2のリチウムイオン二次電池用正極用複合粒子を得た。実施例1と同様にして収率を求めたところ、収率は95.1%であった。
また、得られた比較例2のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子群のメディアン径は、185μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は0%であり、モード径の頻度は15.7%であった。
上記により得られた複合粒子を用いて実施例1のリチウムイオン二次電池正極の作製方法と同様にして比較例2のリチウムイオン二次電池正極を約100m作製した。
(Comparative Example 2)
Except that the binder was changed from the aqueous dispersion of the particulate binder resin B to the aqueous dispersion of the particulate binder resin C, and the applied voltage was changed to 2.5 kV, the same as in Example 2. A composite particle for a positive electrode for a lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 having a spherical shape was obtained. When the yield was determined in the same manner as in Example 1, the yield was 95.1%.
Further, the median diameter of the obtained composite particle group for the lithium ion secondary battery positive electrode of Comparative Example 2 is 185 μm, the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 0%, and the mode diameter The frequency of was 15.7%.
About 100 m of the lithium ion secondary battery positive electrode of Comparative Example 2 was produced in the same manner as the method of producing the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 1 using the composite particles obtained above.
(比較例3)
固形分濃度を65%にしたこと、結着剤を粒子状結着樹脂Aの水分散液から粒子状結着樹脂Bの水分散液に変更したこと以外は実施例1と同様にして比較例3のリチウムイオン二次電池正極用合剤スラリーを調製した。
(Comparative Example 3)
Comparative Example as in Example 1 except that the solid content concentration was 65% and the binder was changed from the aqueous dispersion of the particulate binder resin A to the aqueous dispersion of the particulate binder resin B. No. 3 lithium ion secondary battery positive electrode mixture slurry was prepared.
(複合粒子の製造)
スプレー乾燥機(ODB−8型、大川原化工機社製)を用いて、上記合剤スラリーを前記スプレー乾燥機内に組み込まれた17,000rpmの回転数で回転するピン型ディスクアトマイザー(直径84mm)に供給し、遠心法により液滴を生成した。そして、熱交換媒体として加熱空気を導入し、粒子回収出口の温度が90℃となる条件で乾燥することで遠心造粒法による複合粒子を得た。次に、得られた複合粒子の粗粉を除去することで球形状の比較例3のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子を得た。実施例1と同様にして収率を求めたところ、収率は82.0%であった。
また、得られた比較例3のリチウムイオン二次電池正極用複合粒子群のメディアン径は、57μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は63.4%であり、モード径の頻度は10.8%であった。
上記により得られた複合粒子を用いて実施例1のリチウムイオン二次電池正極の作製方法と同様にして比較例3のリチウムイオン二次電池正極を約100m作製した。
(Manufacture of composite particles)
Using a spray dryer (ODB-8, manufactured by Okawahara Chemical Co., Ltd.), the above mixture slurry was put into a pin type disk atomizer (diameter 84 mm) rotating at 17,000 rpm incorporated in the spray dryer. Supplied and produced droplets by centrifugation. And heated air was introduce | transduced as a heat exchange medium, and the composite particle by the centrifugal granulation method was obtained by drying on the conditions from which the temperature of a particle | grain collection exit becomes 90 degreeC. Next, the composite particles for a lithium ion secondary battery positive electrode of Comparative Example 3 having a spherical shape were obtained by removing the coarse powder of the obtained composite particles. When the yield was determined in the same manner as in Example 1, the yield was 82.0%.
Further, the median diameter of the obtained composite particle group for the lithium ion secondary battery positive electrode of Comparative Example 3 is 57 μm, and the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 63.4%, The frequency of mode diameter was 10.8%.
About 100 m of the lithium ion secondary battery positive electrode of Comparative Example 3 was produced in the same manner as the production method of the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 1 using the composite particles obtained above.
(実施例8)
(負極用粒子状結着樹脂の製造)
攪拌機付き5MPa耐圧容器に、スチレン62部、1,3−ブタジエン34部、メタクリル酸3部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム4部、イオン交換水150部、連鎖移動剤としてt−ドデシルメルカプタン0.4部および重合開始剤として過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に攪拌した後、50℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し反応を停止して、粒子状結着樹脂S(スチレン・ブタジエン共重合体;以下、「SBR」と略記することがある。)を得た。
(Example 8)
(Manufacture of particulate binder resin for negative electrode)
In a 5 MPa pressure vessel with a stirrer, 62 parts of styrene, 34 parts of 1,3-butadiene, 3 parts of methacrylic acid, 4 parts of sodium dodecylbenzenesulfonate, 150 parts of ion-exchanged water, 0.4 part of t-dodecyl mercaptan as a chain transfer agent Then, 0.5 part of potassium persulfate was added as a polymerization initiator, and after sufficiently stirring, the mixture was heated to 50 ° C. to initiate polymerization. When the polymerization conversion rate reached 96%, the reaction was stopped by cooling to obtain a particulate binder resin S (styrene / butadiene copolymer; hereinafter abbreviated as “SBR”).
(リチウムイオン二次電池負極用合剤スラリーの調製)
負極用活物質として50%体積平均粒子径10μmの非晶質炭素が被覆された塊状天然黒鉛100部、及び溶解型樹脂としてカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩を固形分換算量で1.0部混合し、さらにイオン交換水を適量加え、プラネタリーミキサーを用いて高粘度の状態にて十分混練した。その後、イオン交換水により希釈し、結着剤として前記粒子状結着樹脂Sの水分散液を固形分換算で1.5部加えることで固形分濃度32%のリチウムイオン二次電池負極用としての合剤スラリーを調製した。
(Preparation of mixture slurry for lithium ion secondary battery negative electrode)
100 parts of bulk natural graphite coated with amorphous carbon having a 50% volume average particle diameter of 10 μm as the negative electrode active material, and 1.0 part of sodium salt of carboxymethyl cellulose as a soluble resin in terms of solid content, Further, an appropriate amount of ion-exchanged water was added, and the mixture was sufficiently kneaded in a high viscosity state using a planetary mixer. Thereafter, it is diluted with ion-exchanged water, and 1.5 parts of an aqueous dispersion of the particulate binder resin S as a binder is added in terms of solid content, so as to be used for a lithium ion secondary battery negative electrode having a solid content concentration of 32%. A mixture slurry was prepared.
(複合粒子の製造)
所定の塔径を有する乾燥塔内の上部に外径200μm、内径120μmの金属製のノズルからなる静電微粒化用アトマイザーが多数設けられた静電微粒化造粒装置に前記リチウムイオン二次電池負極用合剤スラリーを供給し、アトマイザーに電圧をかけることでアトマイザーに供給される前記リチウムイオン二次電池負極用合剤スラリーを液滴にし、塔内に噴霧した。この時印加した電圧は11.0kVであった。
(Manufacture of composite particles)
The lithium ion secondary battery is installed in an electrostatic atomization granulator provided with a large number of atomizers for electrostatic atomization, each comprising a metal nozzle having an outer diameter of 200 μm and an inner diameter of 120 μm in the upper part of a drying tower having a predetermined tower diameter. The negative electrode mixture slurry was supplied and a voltage was applied to the atomizer, whereby the lithium ion secondary battery negative electrode mixture slurry supplied to the atomizer was made into droplets and sprayed into the tower. The voltage applied at this time was 11.0 kV.
次に、噴霧した液滴を静電微粒化造粒装置に導入される加熱空気により熱交換することで前記液滴を乾燥して固形化するともに除電、捕集、そして粗粉を除去することで球形状の実施例8のリチウムイオン二次電池負極用複合粒子を得た。この時の粒子回収出口温度は80℃であった。実施例1と同様にして収率を求めたところ、収率は96.7%であった。
また、得られた実施例8のリチウムイオン二次電池負極用複合粒子群のメディアン径は、85μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は0%であり、モード径の頻度は15.1%であった。
なお、前記熱風がアトマイザー部に波及してアトマイザーが乾燥により閉塞しない様、アトマイザー周辺部には冷却空気を導入した。
Next, the sprayed droplets are heat-exchanged by heated air introduced into an electrostatic atomization granulator to dry and solidify the droplets, and neutralize, collect, and remove coarse powder. Thus, composite particles for a lithium ion secondary battery negative electrode of Example 8 having a spherical shape were obtained. The particle recovery outlet temperature at this time was 80 ° C. When the yield was determined in the same manner as in Example 1, the yield was 96.7%.
Further, the median diameter of the obtained composite particle group for lithium ion secondary battery negative electrode of Example 8 is 85 μm, the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 0%, and the mode diameter The frequency of was 15.1%.
In addition, cooling air was introduced into the periphery of the atomizer so that the hot air would spread to the atomizer and the atomizer would not be blocked by drying.
(リチウムイオン二次電池負極の作製)
まず、ロール加圧成形装置において30℃に加熱されたロール径50mmφの一対のプレ成形ロール上に、事前に正極用とは異なる種類の導電性接着剤を銅集電体上にダイコーターで塗布、乾燥することで得た導電性接着剤層付銅集電箔を設置した。次に、定量フィーダーを介して、前記プレ成形ロールの上部に設けられたホッパーに上記にて得られたリチウムイオン二次電池負極用複合粒子を供給した。プレ成形ロールの上部に設けられたホッパー内の前記複合粒子の堆積量がある一定高さになったところで、10m/分の速度でロール加圧成形装置を稼働させ、前記プレ成形ロールで複合粒子を加圧成形し、前記導電性接着剤層付銅集電箔上にリチウムイオン二次電池負極用負極合剤層のプレ成形体を形成した。その後、前記ロール加圧成形装置のプレ成形ロールの下流に設けられ、100℃に加熱された二対の300mmφ成形ロールで前記負極合剤層がプレ成形された電極をプレスし、前記電極の表面を均すとともに電極密度を高めた。このままロール加圧成形装置を連続して10分間稼働し、実施例8のリチウムイオン二次電池負極を約100m作製した。
(Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery)
First, on a pair of pre-molded rolls having a roll diameter of 50 mmφ heated to 30 ° C. in a roll press molding apparatus, a different type of conductive adhesive from that for the positive electrode was previously applied on a copper current collector with a die coater. Then, a copper current collector foil with a conductive adhesive layer obtained by drying was installed. Next, the composite particles for a lithium ion secondary battery negative electrode obtained above were supplied to a hopper provided on the upper part of the pre-molding roll via a quantitative feeder. When the accumulated amount of the composite particles in the hopper provided on the upper part of the pre-molding roll reaches a certain height, a roll press molding apparatus is operated at a speed of 10 m / min. Was molded, and a pre-molded body of a negative electrode mixture layer for a negative electrode of a lithium ion secondary battery was formed on the copper current collector foil with the conductive adhesive layer. Thereafter, the electrode on which the negative electrode mixture layer is pre-formed is pressed with two pairs of 300 mmφ forming rolls provided downstream of the pre-forming roll of the roll pressure forming apparatus and heated to 100 ° C., and the surface of the electrode And the electrode density was increased. In this state, the roll pressure molding apparatus was continuously operated for 10 minutes to produce about 100 m of the lithium ion secondary battery negative electrode of Example 8.
(実施例9)
用いる粒子状結着樹脂Sの量を固形分換算で3.0部としたこと、リチウムイオン二次電池負極用合剤スラリーの固形分濃度を29%にしたこと以外は、実施例8と同様にして球形状の実施例9のリチウムイオン二次電池負極用複合粒子を得た。実施例1と同様にして収率を求めたところ、収率は96.2%であった。
また、得られた実施例9のリチウムイオン二次電池負極用複合粒子群のメディアン径は、58μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は39.0%であり、モード径の頻度は14.2%であった。
上記により得られた複合粒子を用いて実施例8のリチウムイオン二次電池負極の作製方法と同様にして実施例9のリチウムイオン二次電池負極を約100m作製した。
Example 9
The same as Example 8 except that the amount of the particulate binder resin S used was 3.0 parts in terms of solid content, and the solid content concentration of the lithium ion secondary battery negative electrode mixture slurry was 29%. Thus, spherical composite particles for a lithium ion secondary battery negative electrode of Example 9 were obtained. When the yield was determined in the same manner as in Example 1, the yield was 96.2%.
Further, the median diameter of the obtained composite particle group for lithium ion secondary battery negative electrode of Example 9 is 58 μm, and the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 39.0%, The frequency of mode diameter was 14.2%.
About 100 m of the lithium ion secondary battery negative electrode of Example 9 was produced in the same manner as the production method of the lithium ion secondary battery negative electrode of Example 8 using the composite particles obtained above.
(比較例4)
実施例8のリチウムイオン二次電池負極用合剤スラリーの固形分濃度を35%にすることで比較例4のリチウムイオン二次電池負極用合剤スラリーを調製した。
(Comparative Example 4)
The lithium ion secondary battery negative electrode mixture slurry of Comparative Example 4 was prepared by setting the solid content concentration of the lithium ion secondary battery negative electrode mixture slurry of Example 8 to 35%.
(複合粒子の製造)
スプレー乾燥機(ODB−8型、大川原化工機社製)を用いて、上記合剤スラリーを前記スプレー乾燥機内に組み込まれた25,000rpmの回転数で回転するピン型ディスクアトマイザー(直径84mm)に供給し、遠心法により液滴を生成した。そして、熱交換媒体として加熱空気を導入し、粒子回収出口の温度が90℃となる条件で乾燥することで遠心造粒法による複合粒子を得た。次に、得られた複合粒子の粗粉を除去することで球形状の比較例4のリチウムイオン二次電池負極用複合粒子を得た。実施例1と同様にして収率を求めたところ、収率は87.0%であった。
また、得られた比較例4のリチウムイオン二次電池負極用複合粒子群のメディアン径は、55μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は87.5%であり、モード径の頻度は6.8%であった。
(Manufacture of composite particles)
Using a spray dryer (ODB-8, manufactured by Okawara Chemical Co., Ltd.), the above mixture slurry was put into a pin type disk atomizer (diameter: 84 mm) rotating at a rotational speed of 25,000 rpm incorporated in the spray dryer. Supplied and produced droplets by centrifugation. And heated air was introduce | transduced as a heat exchange medium, and the composite particle by the centrifugal granulation method was obtained by drying on the conditions from which the temperature of a particle | grain collection exit becomes 90 degreeC. Next, the composite particles for a lithium ion secondary battery negative electrode of Comparative Example 4 having a spherical shape were obtained by removing the coarse powder of the obtained composite particles. When the yield was determined in the same manner as in Example 1, the yield was 87.0%.
Further, the median diameter of the obtained composite particle group for lithium ion secondary battery negative electrode of Comparative Example 4 is 55 μm, and the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 87.5%, The frequency of mode diameter was 6.8%.
上記により得られた複合粒子を用いて実施例8のリチウムイオン二次電池負極の作製方法と同様にして比較例4のリチウムイオン二次電池負極を約100m作製した。 About 100 m of the lithium ion secondary battery negative electrode of Comparative Example 4 was produced in the same manner as the production method of the lithium ion secondary battery negative electrode of Example 8 using the composite particles obtained above.
(比較例5)
ピン型ディスクアトマイザーの回転数を17,000rpmとしたこと以外は比較例4と同様にして球形状の比較例5のリチウムイオン二次電池負極を得た。実施例1と同様にして収率を求めたところ、収率は79.0%であった。
また、得られた比較例5のリチウムイオン二次電池負極用複合粒子群のメディアン径は、84μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は59.5%であり、モード径の頻度は10.0%であった。
上記により得られた複合粒子を用いて実施例8のリチウムイオン二次電池負極の作製方法と同様にして比較例5のリチウムイオン二次電池負極を約100m作製した。
(Comparative Example 5)
A spherical lithium ion secondary battery negative electrode of Comparative Example 5 was obtained in the same manner as in Comparative Example 4 except that the rotation speed of the pin type disk atomizer was changed to 17,000 rpm. When the yield was determined in the same manner as in Example 1, the yield was 79.0%.
In addition, the median diameter of the obtained composite particle group for lithium ion secondary battery negative electrode of Comparative Example 5 is 84 μm, and the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 59.5%. The frequency of the mode diameter was 10.0%.
About 100 m of the lithium ion secondary battery negative electrode of Comparative Example 5 was produced using the composite particles obtained as described above in the same manner as the production method of the lithium ion secondary battery negative electrode of Example 8.
(比較例6)
比較例4のリチウムイオン二次電池負極用複合粒子を目開き45μmの篩で分級した。分級操作後の目開き45μmの篩上の回収率、すなわち分級収率は56%であった。この目開き45μmの篩上の複合粒子を用いたこと以外は実施例8と同様にして球形状の比較例6のリチウムイオン二次電池負極を得た。
また、得られた比較例6のリチウムイオン二次電池負極用複合粒子群のメディアン径は、90μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は0%であり、モード径の頻度は14.1%であった。
上記により得られた複合粒子を用いて実施例8のリチウムイオン二次電池負極の作製方法と同様にして比較例6のリチウムイオン二次電池負極を約100m作製した。
(Comparative Example 6)
The composite particles for the negative electrode of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 4 were classified with a sieve having an opening of 45 μm. The recovery rate on the sieve having an opening of 45 μm after the classification operation, that is, the classification yield was 56%. A spherical lithium ion secondary battery negative electrode of Comparative Example 6 was obtained in the same manner as in Example 8 except that the composite particles on the sieve having an opening of 45 μm were used.
Further, the median diameter of the obtained composite particle group for lithium ion secondary battery negative electrode of Comparative Example 6 is 90 μm, the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 0%, and the mode diameter The frequency of was 14.1%.
About 100 m of the lithium ion secondary battery negative electrode of Comparative Example 6 was produced in the same manner as the production method of the lithium ion secondary battery negative electrode of Example 8 using the composite particles obtained above.
(実施例10)
(電気二重層キャパシタ用合剤スラリーの調製)
活物質として50%体積平均粒子径6μm、比表面積1650m2/gの活性炭100部、導電材としてのアセチレンブラック(HS−100、電気化学工業株式会社製)5部、及び溶解型樹脂としてカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩を固形分換算量で3.5部混合し、さらにイオン交換水を適量加え、プラネタリーミキサーを用いて高粘度の状態にて十分混練した。その後、イオン交換水により希釈し、結着剤として前記粒子状結着樹脂Bの水分散液を固形分換算で8.0部を加えることで固形分濃度20%の電気二重層キャパシタ用としての合剤スラリーを調製した。
(Example 10)
(Preparation of mixture slurry for electric double layer capacitor)
100 parts of activated carbon having a 50% volume average particle diameter of 6 μm and a specific surface area of 1650 m 2 / g as an active material, 5 parts of acetylene black (HS-100, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive material, and carboxymethylcellulose as a soluble resin The sodium salt was mixed with 3.5 parts in terms of solid content, and an appropriate amount of ion-exchanged water was added, and the mixture was sufficiently kneaded in a high viscosity state using a planetary mixer. Thereafter, it is diluted with ion-exchanged water, and 8.0 parts of the aqueous dispersion of the particulate binder resin B as a binder is added in terms of solid content, thereby being used for an electric double layer capacitor having a solid content concentration of 20%. A mixture slurry was prepared.
(複合粒子の製造)
所定の塔径を有する乾燥塔内の上部に外径200μm、内径120μmの金属製のノズルからなる静電微粒化用アトマイザーが多数設けられた静電微粒化造粒装置に前記電気二重層キャパシタ用合剤スラリーを供給し、アトマイザーに電圧をかけることでアトマイザーに供給される前記電気二重層キャパシタ用合剤スラリーを液滴にし、塔内に噴霧した。この時印加した電圧は6.0kVであった。
(Manufacture of composite particles)
For the electric double layer capacitor in an electrostatic atomization granulator provided with a large number of atomizers for electrostatic atomization comprising metal nozzles having an outer diameter of 200 μm and an inner diameter of 120 μm in the upper part of a drying tower having a predetermined tower diameter The mixture slurry was supplied, and by applying voltage to the atomizer, the mixture slurry for electric double layer capacitor supplied to the atomizer was made into droplets and sprayed into the tower. The voltage applied at this time was 6.0 kV.
次に、噴霧した液滴を静電微粒化造粒装置に導入される加熱空気により熱交換することで前記液滴を乾燥して固形化するともに除電、捕集、そして粗粉を除去することで球形状の実施例10の電気二重層キャパシタ用複合粒子を得た。この時の粒子回収出口温度は75℃であった。実施例1と同様にして収率を求めたところ、収率は98.0%であった。
また、上記により得られた実施例10の電気二重層キャパシタ用複合粒子群のメディアン径は、118μmであり、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度は0%であり、モード径の頻度は15.3%であった。
なお、前記熱風がアトマイザー部に波及してアトマイザーが乾燥により閉塞しない様、アトマイザー周辺部には冷却空気を導入した。
Next, the sprayed droplets are heat-exchanged by heated air introduced into an electrostatic atomization granulator to dry and solidify the droplets, and neutralize, collect, and remove coarse powder. Thus, spherical composite particles for an electric double layer capacitor of Example 10 were obtained. The particle recovery outlet temperature at this time was 75 ° C. When the yield was determined in the same manner as in Example 1, the yield was 98.0%.
In addition, the median diameter of the composite particle group for the electric double layer capacitor of Example 10 obtained as described above is 118 μm, the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 0%, and the mode diameter The frequency of was 15.3%.
In addition, cooling air was introduced into the periphery of the atomizer so that the hot air would spread to the atomizer and the atomizer would not be blocked by drying.
(電気二重層キャパシタ用電極の作製)
まず、ロール加圧成形装置において50℃に加熱されたロール径50mmφの一対のプレ成形ロール上に、事前に導電性接着剤をアルミニウム集電体上にダイコーターで塗布、乾燥することで得た導電性接着剤層付アルミニウム集電箔を設置した。次に、定量フィーダーを介して、前記プレ成形ロールの上部に設けられたホッパーに上記にて得られた電気二重層キャパシタ用複合粒子を供給した。プレ成形ロールの上部に設けられたホッパー内の前記複合粒子の堆積量がある一定高さになったところで、10m/分の速度でロール加圧成形装置を稼働させ、前記プレ成形ロールで複合粒子を加圧成形し、前記導電性接着剤層付アルミニウム集電箔上に電気二重層キャパシタ用合剤層のプレ成形体を形成した。その後、前記ロール加圧成形装置のプレ成形ロールの下流に設けられ、100℃に加熱された二対の300mmφ成形ロールで前記電気二重層キャパシタ用合剤層がプレ成形された電極をプレスし、前記電極の表面を均すとともに電極密度を高めた。このままロール加圧成形装置を連続して10分間稼働し、実施例10の電気二重層キャパシタ用電極を約100m作製した。
(Production of electrode for electric double layer capacitor)
First, a conductive adhesive was applied on an aluminum current collector with a die coater and dried in advance on a pair of pre-molded rolls having a roll diameter of 50 mmφ heated to 50 ° C. in a roll pressure molding apparatus. An aluminum current collector foil with a conductive adhesive layer was installed. Next, the composite particles for an electric double layer capacitor obtained above were supplied to a hopper provided on the top of the pre-molding roll via a quantitative feeder. When the accumulated amount of the composite particles in the hopper provided on the upper part of the pre-molding roll reaches a certain height, a roll press molding apparatus is operated at a speed of 10 m / min. Was molded, and a pre-molded body of a mixture layer for an electric double layer capacitor was formed on the aluminum current collector foil with the conductive adhesive layer. Thereafter, the electrode on which the mixture layer for the electric double layer capacitor is pre-formed is pressed with two pairs of 300 mmφ forming rolls that are provided downstream of the pre-forming roll of the roll pressure forming apparatus and heated to 100 ° C., The surface of the electrode was leveled and the electrode density was increased. The roll pressure molding apparatus was continuously operated for 10 minutes as it was, and about 100 m of an electric double layer capacitor electrode of Example 10 was produced.
各実施例、および比較例の電気化学素子電極を作製した後、各電極の外観を検査し、欠け、カスレ等の不良がないか確認した。また、外観検査において、上記した欠け、カスレ等が認められない箇所を長手方向に2mにカットし、下記の様にして作製した電極厚みの均一性を評価した。結果を表1に示した。 After producing the electrochemical device electrodes of each Example and Comparative Example, the appearance of each electrode was inspected to confirm whether there was any defect such as chipping or scraping. Further, in the appearance inspection, a portion where the above-mentioned chipping, blurring or the like was not observed was cut into 2 m in the longitudinal direction, and the uniformity of the thickness of the electrode produced as described below was evaluated. The results are shown in Table 1.
<厚みの均一性>
上述の様にして切り出された電気化学素子電極を、幅方向(TD方向)の中央から両端に向けて均等に5cm間隔で3点、長さ方向(MD方向)に均等に10cm間隔で膜厚測定を行い、膜厚の平均値A及び平均値から最も離れた値Bを求めた。そして、平均値A及び最も離れた値Bから、下記式(2)にしたがって、厚みムラを算出し、下記基準にて成形性を評価した。厚みムラが小さいほど、厚みの均一性に優れていると判断できる。
厚みムラ(%)=(|A−B|)×100/A ・・・(2)
A:厚みムラが2.5%未満
B:厚みムラが2.5%以上、5.0%未満
C:厚みムラが5.0%以上、7.5%未満
D:厚みムラが7.5%以上、10%未満
E:厚みムラが10%以上
<Thickness uniformity>
Electrochemical element electrodes cut out as described above are formed at three points evenly at intervals of 5 cm from the center in the width direction (TD direction) to both ends, and at equal intervals of 10 cm in the length direction (MD direction). Measurement was performed to determine an average value A and a value B farthest from the average value. Then, from the average value A and the farthest value B, thickness unevenness was calculated according to the following formula (2), and formability was evaluated according to the following criteria. It can be determined that the smaller the thickness unevenness, the better the thickness uniformity.
Unevenness of thickness (%) = (| A−B |) × 100 / A (2)
A: Thickness variation is less than 2.5% B: Thickness variation is 2.5% or more and less than 5.0% C: Thickness variation is 5.0% or more and less than 7.5% D: Thickness variation is 7.5 % Or more and less than 10% E: Thickness unevenness is 10% or more
本発明によれば、表1の実施例1〜10に示すように、少なくとも活物質、結着剤を溶媒に含んでなるスラリーを静電微粒化法により液滴化し、前記液滴を乾燥させることで得られる、体積基準で求めた粒子径分布におけるメディアン径が50μm以上、160μm以下の範囲にある複合粒子は、ロール加圧成形法を用いて薄厚な電気化学素子電極を製造した際に膜厚精度に優れた電気化学素子電極が製造可能であった。 According to the present invention, as shown in Examples 1 to 10 in Table 1, a slurry containing at least an active material and a binder in a solvent is formed into droplets by an electrostatic atomization method, and the droplets are dried. The composite particles having a median diameter in the particle size distribution obtained on a volume basis of 50 μm or more and 160 μm or less are obtained when a thin electrochemical device electrode is manufactured using a roll press molding method. An electrochemical device electrode with excellent thickness accuracy could be manufactured.
これに対し、比較例1、および比較例2の複合粒子は、実施例同様本発明に記載の静電微粒化法により複合粒子を製造しているものの、体積基準で求めた粒子径分布におけるメディアン径が50μm以上、160μm以下の範囲より外れているために、ロール加圧成形法を用いて薄厚な電気化学素子電極を製造した場合には、前記メディアン径が50μm以上、160μm以下の範囲にある実施例と比較して膜厚精度に劣ることが確認できる。 On the other hand, the composite particles of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 produced the composite particles by the electrostatic atomization method described in the present invention as in Examples, but the median in the particle size distribution obtained on a volume basis. Since the diameter is out of the range of 50 μm or more and 160 μm or less, when a thin electrochemical element electrode is manufactured using the roll press molding method, the median diameter is in the range of 50 μm or more and 160 μm or less. It can be confirmed that the film thickness accuracy is inferior to that of the example.
比較例1の複合粒子群は個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度が53.7%と高く、凝集性が強いためにロール加圧成形法を用いたリチウムイオン二次電池正極の製造工程において局所的に不均一な状態でプレ成形ロール部に複合粒子群が供給されてしまい、これが後の後加圧工程(ロールプレス工程)にて圧縮・均厚化操作が加わっても解消されていないと推定される。 The composite particle group of Comparative Example 1 has a high cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number as high as 53.7%, and has strong cohesiveness. Therefore, the positive electrode of the lithium ion secondary battery using the roll pressure molding method Even if the composite particle group is supplied to the pre-molding roll part in a locally non-uniform state in this manufacturing process, and this is subjected to compression / thickening operation in the subsequent post-pressing process (roll press process) It is estimated that it has not been resolved.
比較例1の複合粒子とは逆に、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度が0%と複合粒子の凝集性に関しては良好であるはずの比較例2のリチウムイオン二次電池正極の膜厚精度が実施例に記載のリチウムイオン二次電池正極よりも劣る原因について調べるべく、膜厚精度を評価した比較例2のリチウムイオン二次電池正極における膜厚の偏差が大きな部位、および膜厚が中央値を示す部位の断面を観察した結果、偏差が大きな部位にはロール加圧成形工程において複合粒子群が加圧・圧縮操作を受ける前には200μmを超すと推定される複合粒子が存在していることが確認された。 Contrary to the composite particles of Comparative Example 1, the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 0%, and the lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 should be good with respect to the cohesiveness of the composite particles In order to investigate the reason why the film thickness accuracy of the positive electrode is inferior to that of the lithium ion secondary battery positive electrode described in the examples, the thickness difference in the lithium ion secondary battery positive electrode of Comparative Example 2 in which the film thickness accuracy was evaluated was large, As a result of observing the cross section of the part where the film thickness shows the median value, the composite having a large deviation is estimated to exceed 200 μm before the composite particle group is subjected to the pressure / compression operation in the roll press molding process. The presence of particles was confirmed.
また、比較例3、および比較例4は体積基準で求めた粒子径分布におけるメディアン径が50μm以上、160μm以下の範囲にあるにもかかわらずロール加圧成形法を用いた電気化学素子電極の製造において得られる膜厚精度が実施例3、および実施例9と比較して劣るのは、比較例3、および比較例4の複合粒子群がモード径の頻度が低く複合粒子群の分布が広いために、比較例1同様個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度が高く、複合粒子群の凝集性が強いことに起因すると考えられる。
なお、実施例3に比べて、実施例4のリチウムイオン二次電池正極の方が膜厚精度が優れるのも上記と同様の理由によると推察される。
In Comparative Example 3 and Comparative Example 4, the production of an electrochemical element electrode using a roll press molding method, although the median diameter in the particle size distribution determined on a volume basis is in the range of 50 μm to 160 μm. The film thickness accuracy obtained in Example 3 is inferior to that of Example 3 and Example 9 because the composite particle groups of Comparative Example 3 and Comparative Example 4 have a low mode diameter frequency and a wide distribution of composite particle groups. In addition, it is considered that the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number as in Comparative Example 1 is high, and the composite particles are highly cohesive.
In addition, it is surmised that the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 4 has better film thickness accuracy than Example 3 because of the same reason as described above.
これらのことは、比較例4の複合粒子群に分級操作を加え、個数基準で求めた粒子径分布における40μm以下の累積頻度を0%とした比較例6のリチウムイオン二次電池負極が比較例4のリチウムイオン二次電池負極よりも膜厚精度が向上していることからも明らかである。 This is because the negative electrode of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 6 is a comparative example in which the composite particle group of Comparative Example 4 is classified and the cumulative frequency of 40 μm or less in the particle size distribution obtained on the basis of the number is 0%. This is also clear from the fact that the film thickness accuracy is improved as compared with the lithium ion secondary battery negative electrode No. 4.
しかしながら、比較例6の複合粒子は、収率が87%である比較例4の複合粒子に分級操作を加えて得られた粒子であり、また、上記した様に分級操作における収率は56%であることから、所望の粒子径分布を有する複合粒子を得るための収率は49%である。
従って、薄厚かつ膜厚精度に優れる電気化学素子電極をロール加圧成形法により製造するため複合粒子の製造方法として、従来の遠心法による液滴生成方法を用いた製造方法は、例えこれに工夫を加えたとしても生産性の面で現実的ではない。
However, the composite particle of Comparative Example 6 is a particle obtained by subjecting the composite particle of Comparative Example 4 having a yield of 87% to the classification operation, and as described above, the yield in the classification operation is 56%. Therefore, the yield for obtaining composite particles having a desired particle size distribution is 49%.
Therefore, as a method for producing composite particles in order to produce an electrochemical device electrode having a thin thickness and excellent film thickness accuracy by a roll pressure forming method, a conventional production method using a droplet generation method by a centrifugal method is devised. Even if it is added, it is not realistic in terms of productivity.
これらのことから、少なくとも活物質、結着剤を溶媒に含んでなるスラリーを静電微粒化法により液滴化し、前記液滴を乾燥させることで得られ、さらに体積基準で求めた粒子径分布におけるメディアン径が50μm以上、160μm以下の範囲にある複合粒子は、ロール加圧成形法を用いて薄厚な電気化学素子電極を製造した際に複合粒子群の凝集性が少なく流動性に富み、かつ薄厚電極を構成するのに支障をきたすサイズの複合粒子が僅少であるために膜厚精度に優れると考えられる。 From these facts, a particle size distribution obtained on a volume basis is obtained by forming a slurry containing at least an active material and a binder in a solvent into droplets by an electrostatic atomization method and drying the droplets. The composite particles having a median diameter in the range of 50 μm or more and 160 μm or less are less agglomerated in the composite particle group when the thin electrochemical element electrode is produced using the roll press molding method, and the fluidity is high. It is considered that the film thickness accuracy is excellent because there are few composite particles having a size that hinders the construction of a thin electrode.
上記に関連して、表1からは実施例4のリチウムイオン二次電池正極は実施例2のリチウムイオン二次電池正極よりも膜厚精度が高いことが確認できる。実施例4と実施例2のメディアン径を比較した場合に、実施例4の複合粒子群の方がメディアン径は小さい。実施例4の複合粒子群には薄厚なリチウムイオン二次電池正極を製造するにあたり、膜厚精度に支障をきたす粒子が皆無であるために実施例2のリチウムイオン二次電池正極よりもより膜厚精度に優れていると考えられる。 In relation to the above, from Table 1, it can be confirmed that the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 4 has higher film thickness accuracy than the lithium ion secondary battery positive electrode of Example 2. When the median diameters of Example 4 and Example 2 are compared, the median diameter of the composite particle group of Example 4 is smaller. In the composite particle group of Example 4, in producing a thin lithium ion secondary battery positive electrode, there are no particles that interfere with the film thickness accuracy. It is considered that the thickness accuracy is excellent.
次に、複合粒子を得る方法について着目する。
従来技術である遠心法による液滴生成方法を用いて製造された比較例3、比較例4、および比較例5の複合粒子と比較して、静電微粒化法を用いていて製造された実施例1〜実施例9の複合粒子はいずれも収率が高いことが確認できる。従来技術である、遠心法により液滴を生成し、乾燥による液滴を固形化する方法では乾燥塔の略中心部より外周に向けて噴霧される液滴が乾燥により固形化する前にどうしても液滴の一部、すなわち噴霧される液滴分布のうちサイズがある一定値以上の大きな液滴が乾燥不足により乾燥塔壁に液滴として付着しまい、高い収率で複合粒子を生産できない。これに対し、本発明の液滴の生成方法では乾燥塔の中心部から外周部へと略水平に噴霧するのではなく、略垂直方向に噴霧させているので設備上液滴の乾燥時間を容易に長く設けることが可能であり、これにより乾燥塔の塔壁への液滴の付着が抑制され、効率的に液滴を固形化、および固形化された複合粒子群を回収することが可能である。その結果、高い収率で複合粒子を生産することが可能になっている。
Next, attention is focused on a method for obtaining composite particles.
Compared to the composite particles of Comparative Example 3, Comparative Example 4, and Comparative Example 5 manufactured using the conventional droplet generation method by the centrifugal method, the manufacturing was performed using the electrostatic atomization method. It can be confirmed that all the composite particles of Examples 1 to 9 have a high yield. In the conventional method of producing droplets by centrifugation and solidifying the droplets by drying, the droplets sprayed from the substantially central portion of the drying tower toward the outer periphery must be liquid before solidifying by drying. Part of the droplets, that is, large droplets having a size equal to or larger than a certain value in the sprayed droplet distribution, adhere as droplets to the drying tower wall due to insufficient drying, and composite particles cannot be produced with high yield. In contrast, the droplet generation method of the present invention does not spray from the center of the drying tower to the outer periphery substantially horizontally, but sprays in a substantially vertical direction, so the drying time of the droplets on the equipment is easy. It is possible to prevent the droplets from adhering to the tower wall of the drying tower, and it is possible to efficiently solidify the droplets and recover the solidified composite particle group. is there. As a result, it is possible to produce composite particles with high yield.
なお、比較例4の複合粒子に対して比較例5の複合粒子の収率が低いのは、ピン型ディスクアトマイザーの回転数を低下させて平均液滴サイズを大きくした場合に乾燥塔内への液滴の付着がより一層深刻化しているためである。 Note that the yield of the composite particles of Comparative Example 5 is lower than that of Comparative Example 4 when the average droplet size is increased by decreasing the rotational speed of the pin type disk atomizer. This is because the adhesion of droplets is becoming more serious.
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. In other words, those specific examples that have been appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention.
2…複合粒子製造装置、6…撹拌翼、8…スラリー、10…スラリータンク、12…複合粒子、14…造粒装置、18…複合粒子回収タンク、22…乾燥塔、24…高圧電源、26…アトマイザーノズル
DESCRIPTION OF
Claims (6)
少なくとも前記活物質、および前記結着剤を溶媒に含んでなるスラリーを得るスラリー化工程(I)と、
前記スラリーを静電微粒化法により液滴とする液滴生成工程(II)と、
前記液滴を乾燥により固形化して複合粒子を得る液滴乾燥工程(III)と
を有し、
前記液滴乾燥工程(III)より得られる複数の前記複合粒子からなる複合粒子群の、体積基準で求めた粒子径分布におけるメディアン径が50μm以上、160μm以下であることを特徴とする電気化学素子電極用複合粒子の製造方法。 A method for producing composite particles for producing an electrochemical device electrode by applying a pressure operation in a dry state to composite particles comprising at least an active material and a binder,
A slurrying step (I) for obtaining a slurry comprising at least the active material and the binder in a solvent;
A droplet generation step (II) in which the slurry is converted into droplets by electrostatic atomization; and
A droplet drying step (III) for solidifying the droplets by drying to obtain composite particles,
An electrochemical element characterized in that a median diameter in a particle size distribution determined on a volume basis of a composite particle group composed of a plurality of composite particles obtained from the droplet drying step (III) is 50 μm or more and 160 μm or less A method for producing composite particles for an electrode.
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