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KR20120002433A - Electrode for electrochemical device and method for production thereof - Google Patents

Electrode for electrochemical device and method for production thereof Download PDF

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Publication number
KR20120002433A
KR20120002433A KR1020110056296A KR20110056296A KR20120002433A KR 20120002433 A KR20120002433 A KR 20120002433A KR 1020110056296 A KR1020110056296 A KR 1020110056296A KR 20110056296 A KR20110056296 A KR 20110056296A KR 20120002433 A KR20120002433 A KR 20120002433A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
electrode
binder
particle group
coating film
Prior art date
Application number
KR1020110056296A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
아쓰시 니시노
마사히코 야마구치
데루오 우치보리
하야토 스나고
Original Assignee
다이닛쿠 가부시키가이샤
아쓰시 니시노
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 다이닛쿠 가부시키가이샤, 아쓰시 니시노 filed Critical 다이닛쿠 가부시키가이샤
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Abstract

PURPOSE: An electrode for an electrochemical device and a manufacturing method thereof are provided to control exfoliation in an interface of an active material layer and a conductive layer by supplying an electrode for a electrochemical device with a superior withstand voltage characteristic and low resistance. CONSTITUTION: A conductive layer(3) is formed on a surface of a current collector(1) and contains a conductive carbon particle and a first binder. An active material layer(2) is formed on the surface of the conductive layer and contains an active material particle and a second binder. The conductive carbon particle includes a small particle group and a large particle group. The peak of the volume particle size distribution of the small particle group is included in a range of 3-7μm. The peak of the volume particle size distribution of the large particle group is included in the range of 10-20μm. The interference of the conductive layer and the active material layer has a roughness over a maximum height Rmax of 10μm. The first binder and the second binder do not respectively have a double bond with carbon.

Description

전기 화학 소자용 전극 및 그 제조방법{ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL DEVICE AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF} Electrode for Electrochemical Device and Manufacturing Method Thereof {ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL DEVICE AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은, 저항이 낮고 대전류 특성이 뛰어난 전기 화학 소자용 전극에 관한 것이며, 예를 들면, 전기 이중층 캐패시터(EDLC), 의사 캐패시터(P-EDLC) 등의 캐패시터나, 리튬 이온 전지, 니켈 수소 축전지 등의 전지에 이용하는 전극에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode for an electrochemical device having low resistance and excellent high current characteristics. For example, a capacitor such as an electric double layer capacitor (EDLC) and a pseudo capacitor (P-EDLC), a lithium ion battery, or a nickel hydrogen storage battery The present invention relates to an electrode used for a battery such as the above.

최근, 에너지 절약, 환경보전 및 석유 대체 에너지 이용의 관점으로부터, 자동차를 중심으로, 이차전지나 전기 이중층 캐패시터(EDLC) 등의 전기 화학 소자를 이용하는 기술개발이 진행되고 있으며, 하이브리드 자동차(HEV) 및 PEV(전기 자동차)의 개발이 가속화되고 있다. 또한, SSD(Solid state drive)형 하드 디스크 등에서도, 고성능의 이차전지나 EDLC의 이용이 진행되고 있다.Recently, from the viewpoint of energy saving, environmental conservation and the use of petroleum alternative energy, technology development using electrochemical devices such as secondary batteries and electric double layer capacitors (EDLC), mainly in automobiles, is progressing, and hybrid vehicles (HEV) and PEV The development of electric vehicles is accelerating. In addition, the use of high-performance secondary batteries and EDLCs is progressing in solid state drive type hard disks and the like.

전기 화학 소자용 전극은, 일반적으로, 집전체와 그 표면에 형성된 활물질층을 가진다. 그러나, 집전체의 표면에 활물질층을 직접적으로 형성하면, 전극 저항이 커지거나, 집전체가 산화되거나, 혹은 수소 취화(脆化)하거나 하는 경우가 있다. 따라서, 집전체의 표면에, 제1층으로서 도전성 탄소 입자를 함유한 도전층을 형성하고, 그 표면에, 제2층으로서 활물질층을 형성하는 것이 제안되어 있다(특허문헌 1, 2).The electrode for electrochemical elements generally has an electrical power collector and the active material layer formed in the surface. However, when the active material layer is directly formed on the surface of the current collector, the electrode resistance may increase, the current collector may be oxidized, or hydrogen embrittlement may occur. Therefore, it is proposed to form the conductive layer containing electroconductive carbon particles as a 1st layer on the surface of an electrical power collector, and to form an active material layer as a 2nd layer on the surface (patent document 1, 2).

일본 공개특허공보 2009-38387호Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-38387 일본 공표특허공보 2005-508081호Japanese Patent Publication No. 2005-508081

전기 화학 소자의 고성능화에 따라서, 대전류 특성이 뛰어난 전기 화학 소자용 전극의 개발에 대한 요청이 높아지고 있다. 그러나, 집전체의 표면에 도전층을 형성하는 것만으로는, 최근 요망되고 있는 대전류 특성을 만족할 수 있을 정도의낮은 저항의 전극을 얻는 것은 곤란하다. 또한, 전기 화학 소자에 인가되는 전압은 점차 커지고 있으며, 전극에 대해서 높은 내전압특성이 요구되고 있다.With the increase in the performance of electrochemical devices, there is a growing demand for the development of electrodes for electrochemical devices with excellent high current characteristics. However, only by forming a conductive layer on the surface of the current collector, it is difficult to obtain an electrode having a low resistance enough to satisfy the recently demanded high current characteristics. In addition, the voltage applied to the electrochemical device is gradually increasing, and high withstand voltage characteristics are required for the electrode.

본 발명은, 상기 상황에 비추어, 충분한 대전류 특성을 만족할 수 있는, 저항이 낮고 내전압 특성이 뛰어난 전기 화학 소자용 전극을 제공하는 것을 목적으로 한다.In view of the above situation, an object of the present invention is to provide an electrode for an electrochemical device having low resistance and excellent withstand voltage characteristics that can satisfy sufficient high current characteristics.

즉, 본 발명의 하나의 국면은, 집전체와, 집전체의 표면에 형성되고, 또한 도전성 탄소 입자와 제1 바인더를 함유한 도전층과, 도전층의 표면에 형성되고 또한 활물질입자와 제2 바인더를 함유한 활물질층을 구비하고, 도전성 탄소 입자가, 소입자군과 대입자군을 포함하고, 소입자군의 체적 입도 분포의 피크가 3∼7㎛의 범위에 있고, 대입자군의 체적 입도 분포의 피크가 10∼20㎛의 범위에 있으며, 소입자군과 대입자군의 중량 비율(소입자군/대입자군)이, 95/5∼50/50이고, 도전층과 활물질층 사이의 계면은, 최대 높이 Rmax가 10㎛ 이상인 거칠기를 가진, 전기 화학 소자용 전극에 관한 것이다.That is, one aspect of this invention is formed in the electrical power collector and the surface of an electrical power collector, and the conductive layer containing electroconductive carbon particle and a 1st binder, and the surface of an electroconductive layer, and active material particle and a 2nd The active material layer containing a binder, electroconductive carbon particle contains a small particle group and a large particle group, the peak of the particle size distribution of a small particle group exists in the range of 3-7 micrometers, and the volume of a large particle group The peak of particle size distribution exists in the range of 10-20 micrometers, and the weight ratio (small particle group / large particle group) of a small particle group and a large particle group is 95/5-50/50, and is between a conductive layer and an active material layer. The interface of is related with the electrode for electrochemical elements which has a roughness whose maximum height Rmax is 10 micrometers or more.

본 발명은, 또한, 저항이 낮은 전기 화학 소자용 전극을 제조하는 유효한 방법을 제공한다.This invention also provides the effective method of manufacturing the electrode for electrochemical elements with low resistance.

즉, 본 발명의 다른 하나의 국면은, (ⅰ)집전체의 표면에, 상기의 도전성 탄소 입자와, 제1 바인더와, 제1 액상 성분을 함유한 제1 슬러리를 도포하여, 도전 도막을 형성하는 공정, (ⅱ)상기 도전 도막을 복사열에 의해 가열하여, 도전 도막으로부터 제1 액상 성분을 휘발시키는 공정, (ⅲ)공정 (ⅱ) 후에, 도전 도막의 표면에, 활물질입자와, 제2 바인더와, 제2 액상 성분을 함유한 제2 슬러리를 도포하여, 활물질 도막을 형성하는 공정, (ⅳ)도전 도막과 활물질 도막의 적층체를, 복사열 및 온풍의 적어도 하나로 건조시키는 공정을 가진 전기 화학 소자용 전극의 제조방법에 관한 것이다.That is, another aspect of this invention applies the 1st slurry containing said electroconductive carbon particle, a 1st binder, and a 1st liquid component to the surface of (i) an electrical power collector, and forms a electrically conductive coating film. The step of (ii) heating the conductive coating film by radiant heat to volatilize the first liquid component from the conductive coating film, and (iii) the step (ii), on the surface of the conductive coating film, the active material particles and the second binder. And a step of applying a second slurry containing a second liquid component to form an active material coating film, and (i) drying the laminate of the conductive coating film and the active material coating film to at least one of radiant heat and warm air. The manufacturing method of the electrode for this is related.

본 발명에 관한 전기 화학 소자용 전극은, 도전층과 활물질층의 계면에서의 저항이 극히 낮기 때문에, 저항이 낮고 대전류 특성이 뛰어나다. 또한, 도전층과 활물질층의 계면에서의 박리가 일어나기 어렵고, 내전압 특성에도 우수하다. 본 발명에 관한 제조방법에 의하면, 저항이 낮고 대전류 특성과 내전압 특성이 뛰어난 전기 화학 소자용 전극을 효율적으로 제조할 수 있다.Since the electrode for electrochemical elements which concerns on this invention has extremely low resistance at the interface of a conductive layer and an active material layer, it is low in resistance and excellent in a large current characteristic. Moreover, peeling at the interface between the conductive layer and the active material layer is unlikely to occur, and is excellent also in the breakdown voltage characteristic. According to the production method according to the present invention, an electrode for an electrochemical device having low resistance and excellent high current characteristics and withstand voltage characteristics can be efficiently produced.

본 발명의 신규 특징을 첨부한 청구의 범위에 기술하지만, 본 발명은, 구성 및 내용의 양방에 관하여, 본 발명의 다른 목적 및 특징과 아울러, 도면에 대조하여 본 이하의 상세한 설명에 의해 더 잘 이해될 것이다.While the novel features of the invention are set forth in the appended claims, the invention is better understood by the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, together with other objects and features of the present invention, both in terms of construction and content. Will be understood.

[도 1a] 종래의 전극 구조의 일례를 도시한 개략 종단면도이다.
[도 1b] 종래의 전극 구조의 다른 일례를 도시한 개략 종단면도이다.
[도 1c] 본 발명에 관한 전극 구조의 일례를 도시한 개략 종단면도이다.
[도 2a] 비교예에 관한 전극의 일례의 단면 SEM 사진예이다.
[도 2b] 비교예에 관한 전극의 다른 일례의 단면 SEM 사진예이다.
[도 2c] 본 발명의 실시예에 관한 전극의 일례의 단면 SEM 사진예이다.
[도 3] 도 2c의 거칠기 곡선에 대한 산정선 및 곡저선을 도시한 도면이다.
[도 4] 도 3의 산정선과 곡저선의 간격(Rmax-n)을 도시한 도면이다.
1A is a schematic longitudinal cross-sectional view showing an example of a conventional electrode structure.
1B is a schematic longitudinal cross-sectional view showing another example of the conventional electrode structure.
1C is a schematic longitudinal cross-sectional view showing an example of the electrode structure according to the present invention.
FIG. 2A is an example of a cross-sectional SEM photograph of an example of an electrode according to a comparative example. FIG.
2B is an example of a cross-sectional SEM photograph of another example of the electrode according to the comparative example.
FIG. 2C is a cross-sectional SEM photograph example of one example of an electrode according to the embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a view showing a calculation line and a curve line for the roughness curve of FIG. 2C. FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating a distance Rmax-n between the calculation line and the curve of FIG. 3.

본 발명에 관한 전기 화학 소자용 전극은, 집전체와, 집전체의 표면에 형성되고, 또한 도전성 탄소 입자와 제1 바인더를 함유한 도전층과, 도전층의 표면에 형성되고, 또한 활물질입자와 제2 바인더를 함유한 활물질층을 구비한다.The electrode for electrochemical elements which concerns on this invention is formed in the electrical power collector, the surface of an electrical power collector, the conductive layer containing electroconductive carbon particle and a 1st binder, and the surface of a conductive layer, and also the active material particle, An active material layer containing a second binder is provided.

근래 요망되고 있는 대전류 특성을 만족할 수 있을 정도로 저항이 낮고, 또한 내전압 특성이 뛰어난 전극을 얻기 위해서는, 도전층과 활물질층 사이에, 상호확산층을 형성하는 것이 중요하다. 상호확산층은, 도전층에 함유된 도전성 탄소 입자 및 제1 바인더가 활물질층측에 확산하고, 활물질층에 함유된 활물질 입자 및 제2 바인더가 도전층측에 확산함으로써 형성된다.It is important to form an interdiffusion layer between the conductive layer and the active material layer in order to obtain an electrode having a low resistance and excellent excellent withstand voltage characteristics to satisfy the recently demanded high current characteristics. The interdiffusion layer is formed by diffusing the conductive carbon particles and the first binder contained in the conductive layer to the active material layer side, and diffusing the active material particles and the second binder contained in the active material layer to the conductive layer side.

이러한 상호확산층의 존재는, 도전층과 활물질층 사이의 계면의 거칠기의 최대 높이 Rmax를 측정함으로써 확인할 수 있다. 상호확산층이 형성되어 있는 경우, 최대 높이 Rmax는 10㎛ 이상이 된다. 최대 높이 Rmax가 10㎛ 이상(예를 들면 13㎛이상, 14㎛ 이상 혹은 15㎛ 이상)인 경우, 즉, 상호확산층이 형성되어 있는 경우, 도전층과 활물질층 사이의 계면저항이 극히 작아지는 동시에, 도전층과 활물질층의 밀착성이 커져, 원하는 낮은 저항과 내전압 특성을 가진 전극을 얻는 것이 가능하다. 다만, 최대 높이 Rmax가 25㎛를 넘으면, 전극 특성이 불안정해지는 경우가 있기 때문에, 25㎛ 이하인 것이 바람직하다.The presence of such interdiffusion layer can be confirmed by measuring the maximum height Rmax of the roughness of the interface between the conductive layer and the active material layer. When the interdiffusion layer is formed, the maximum height Rmax is 10 µm or more. When the maximum height Rmax is 10 µm or more (for example, 13 µm or more, 14 µm or more or 15 µm or more), that is, when the interdiffusion layer is formed, the interface resistance between the conductive layer and the active material layer becomes extremely small. The adhesion between the conductive layer and the active material layer is increased, and it is possible to obtain an electrode having desired low resistance and withstand voltage characteristics. However, since the electrode characteristic may become unstable when the maximum height Rmax exceeds 25 micrometers, it is preferable that it is 25 micrometers or less.

도전층과 활물질층 사이의 계면의 거칠기의 최대 높이 Rmax는, 전극의 집전체의 면방향에 수직인 단면에서 측정할 수 있다. 상기 단면에는, 도전성 탄소 입자와 활물질입자의 경계가 관측된다. 이 경계를 이동하는 점의 궤적(이하, 거칠기 곡선)이, 도전층과 활물질층 사이의 계면에 상당한다. 상기 거칠기 곡선의 최대 높이 Rmax는, 후술의 소정의 방법으로 구한다.The maximum height Rmax of the roughness of the interface between the conductive layer and the active material layer can be measured in a cross section perpendicular to the plane direction of the current collector of the electrode. In the cross section, a boundary between conductive carbon particles and active material particles is observed. The trajectory (hereinafter, roughness curve) of the point moving this boundary corresponds to the interface between the conductive layer and the active material layer. The maximum height Rmax of the roughness curve is obtained by the predetermined method described below.

한편, 전기 화학 소자란, 주로 캐패시터나 전지를 의미하고, 예를 들면, 전기 이중층 캐패시터(EDLC), 의사 캐패시터(P-EDLC), 리튬 이온 전지, 니켈 수소 축전지 등이 포함된다. 캐패시터나 전지의 구조는, 특별히 한정되지 않지만, 코인형, 권회형, 적층형 등이 포함된다.In addition, an electrochemical element mainly means a capacitor and a battery, For example, an electric double layer capacitor (EDLC), a pseudo capacitor (P-EDLC), a lithium ion battery, a nickel hydrogen storage battery, etc. are contained. Although the structure of a capacitor and a battery is not specifically limited, Coin type, a winding type, a laminated type, etc. are contained.

다음에, 종래 및 본 발명에 관한 전기 화학 소자용 전극의 구조에 대하여, 전극의 개략 종단면도를 이용하여 설명한다.Next, the structure of the electrode for electrochemical elements conventionally and this invention is demonstrated using schematic longitudinal cross-sectional view of an electrode.

도 1a 및 도 1b는 종래의 전극 구조를, 도 1c는 본 발명의 전극 구조를 도시하고 있다. 여기서는, 집전체(1)의 한 면에 활물질층(2)을 구비한 경우에 대하여 설명한다. 다만, 본 발명에 관한 전극은, 도 1c의 형태에 한정되지 않고, 집전체 (1)의 한 면에 활물질층(2) 및 도전층(3)을 구비하는 경우와, 집전체(1)의 양면에 활물질층(2) 및 도전층(3)을 구비하는 경우가 포함된다.1A and 1B show a conventional electrode structure, and FIG. 1C shows an electrode structure of the present invention. Here, the case where the active material layer 2 is provided on one surface of the current collector 1 will be described. However, the electrode concerning this invention is not limited to the aspect of FIG. 1C, The case where the active material layer 2 and the conductive layer 3 are provided in the one surface of the electrical power collector 1, The case where the active material layer 2 and the conductive layer 3 are provided on both surfaces is included.

도 1a에서는, 집전체(1)의 한쪽의 주면에, 활물질층(2)이 직접적으로 형성되어 있다. 도 1a에 도시한 구조는, 전지나 EDLC에서 가장 많이 채용되고 있으며, 휴대 기기나 퍼스널 컴퓨터의 상당수는, 이 구조를 가진 전기 화학 소자를 구비하고 있다. 그러나, 이 구조에서는, 집전 성능에 한계가 있고, 근래의 대전류 특성에 대한 요구를 만족하는 것이 곤란해지고 있다.In FIG. 1A, the active material layer 2 is directly formed on one main surface of the current collector 1. The structure shown in Fig. 1A is most commonly employed in batteries and EDLCs, and a large number of portable devices and personal computers have electrochemical elements having this structure. However, in this structure, current collection performance is limited, and it is difficult to satisfy the demand for recent large current characteristics.

도 1b에서는, 집전체(1)의 한쪽의 주면에, 도전층(3)이 형성되어 있고, 도전층(3)의 표면에 활물질층(2)이 형성되어 있다. 다만, 활물질층(2)과 도전층(3)의 사이에는 상호확산층이 형성되어 있지 않기 때문에, 도전층과 활물질층 사이의 계면저항이 크고, 도전층과 활물질층의 밀착성도 낮아진다. 따라서, 원하는 낮은 저항이나 내전압 특성은 얻을 수 없고, 예를 들면 50∼100사이클의 충방전 후에는 층간에서 박리를 일으키기 쉽다.In FIG. 1B, the conductive layer 3 is formed on one main surface of the current collector 1, and the active material layer 2 is formed on the surface of the conductive layer 3. However, since no interdiffusion layer is formed between the active material layer 2 and the conductive layer 3, the interface resistance between the conductive layer and the active material layer is large, and the adhesion between the conductive layer and the active material layer is also lowered. Therefore, the desired low resistance and withstand voltage characteristics cannot be obtained, and for example, peeling is likely to occur between layers after 50 to 100 cycles of charge and discharge.

도 1c에서는, 집전체(1)의 한쪽의 주면에, 도전층(3)이 형성되어 있고, 도전층(3)의 표면에 활물질층(2)이 형성되어 있으며, 활물질층(2)과 도전층(3)의 사이에는 상호확산층(4)이 형성되어 있다. 상호확산층(4)을 확대하면, 도전성 탄소 입자와 활물질입자의 경계가 관측되며, 상기 경계로부터, 도전층과 활물질층 사이의 계면에 상당한 거칠기 곡선을 얻을 수 있다. 거칠기 곡선의 최대 거칠기 Rmax가 10㎛ 이상인 경우, 전극 저항을, 상호확산층(4)을 갖지 않는 경우의 1/3∼1/10로 저감하는 것이 가능해진다. 또한, 전기 화학 소자의 충방전 사이클 특성도 크게 향상한다.In FIG. 1C, the conductive layer 3 is formed on one main surface of the current collector 1, the active material layer 2 is formed on the surface of the conductive layer 3, and the active material layer 2 is electrically conductive. An interdiffusion layer 4 is formed between the layers 3. When the interdiffusion layer 4 is enlarged, the boundary of electroconductive carbon particle and active material particle is observed, and a roughness curve considerable at the interface between a conductive layer and an active material layer can be obtained from this boundary. When the maximum roughness Rmax of the roughness curve is 10 µm or more, it is possible to reduce the electrode resistance to 1/3 to 1/10 when the interdiffusion layer 4 is not provided. In addition, the charge-discharge cycle characteristics of the electrochemical device are also greatly improved.

다음에, 본 발명에 관한 전기 화학 소자용 전극에 대하여, 보다 상세하게 설명한다.Next, the electrode for electrochemical elements which concerns on this invention is demonstrated in detail.

전극은, 집전체와, 집전체의 표면에 형성된 도전층과, 도전층의 표면에 형성된 활물질층을 구비한다. 집전체는, 통상은 시트 형상이며, 도전층 및 활물질층은, 집전체의 한쪽의 주면에만 형성되어 있어도 좋고, 양쪽 주면에 형성되어 있어도 좋다.The electrode includes a current collector, a conductive layer formed on the surface of the current collector, and an active material layer formed on the surface of the conductive layer. The current collector is usually in the form of a sheet, and the conductive layer and the active material layer may be formed only on one main surface of the current collector, or may be formed on both main surfaces.

집전체에는, 금속박이 바람직하게 이용된다. 금속박의 두께는, 예를 들면 8∼60㎛, 바람직하게는 20∼40㎛이다. 금속박의 구성 원소로서는, 예를 들면 Al, Ni, Cu 등을 들 수 있다. 캐패시터용 전극이나 리튬 이온 전지의 양극에는, 알루미늄박이 바람직하게 이용된다. 또한, 리튬 이온 전지의 음극에는, 구리박이 바람직하게 이용된다. 금속박은, 에칭 처리가 실시되지 않은 플레인박이어도 좋고, 에칭박이어도 좋다. 플레인박은, 높은 내전압 특성을 기대할 수 있다. 에칭박은, 도전층과의 밀착성이 뛰어나다. 집전체는, 삼차원으로 가공된 구조를 가져도 좋고, 예를 들면 펀칭박이나 라스 금망 형상의 집전체를 이용하여도 좋다.Metal foil is used preferably for an electrical power collector. The thickness of metal foil is 8-60 micrometers, for example, Preferably it is 20-40 micrometers. As a constituent element of metal foil, Al, Ni, Cu etc. are mentioned, for example. Aluminum foil is preferably used for the capacitor electrode or the positive electrode of the lithium ion battery. Moreover, copper foil is used preferably for the negative electrode of a lithium ion battery. The metal foil may be a plain foil not subjected to etching treatment or may be an etching foil. A plain foil can expect high withstand voltage characteristics. Etching foil is excellent in adhesiveness with a conductive layer. The current collector may have a structure processed in three dimensions, for example, a punching foil or a lath gold mesh current collector may be used.

도전층은, 도전성 탄소 입자와 제1 바인더를 함유하고 있다.The conductive layer contains conductive carbon particles and a first binder.

도전성 탄소 입자에는, 흑연 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 흑연 재료란, 흑연 영역을 가진 탄소 재료의 총칭이며, 천연 흑연(인상(燐狀) 흑연, 토상(土狀) 흑연 등), 천연 흑연의 열처리물 및 인조 흑연의 어느 것이든 사용이 가능하다.It is preferable to use graphite material for electroconductive carbon particle. The graphite material is a generic term for a carbon material having a graphite region, and any of natural graphite (phosphorous graphite, earthy graphite, etc.), heat treated material of natural graphite, and artificial graphite can be used.

도전성 탄소 입자의 평균 입자지름(체적 입도 분포에서의 미디언지름 D50)은, 5∼20㎛인 것이 바람직하다. 평균 입자지름이 너무 크면, 입자 간극이 커지고, 저항치가 커지는 경우가 있으며, 너무 작으면, 도전층과 활물질층의 계면에 요철을 형성하기 어려워지는 경우가 있다.The mean particle size of the conductive carbon particles (volume particle size median diameter D 50 of the distribution) is preferably, 5~20㎛. If the average particle diameter is too large, the particle gap may be large and the resistance value may be large. If the average particle diameter is too small, it may be difficult to form irregularities at the interface between the conductive layer and the active material layer.

본 발명에서는, 도전층과 활물질층 사이의 계면의 거칠기의 최대 높이 Rmax를 10㎛이상으로 하기 위해서, 도전성 탄소 입자에는, 소입자군과 대입자군을 포함한 혼합 입자를 이용한다. 도전성 탄소 입자에, 큰 입자와 작은 입자를 혼재시키는 것에 의해, 도전층과 활물질층 사이에, 치밀하고 밀착성이 뛰어난 최대 높이 Rmax가 10㎛ 이상의 상호확산층을 형성하기 쉬워진다. 그 결과, 도전층과 활물질층 사이의 밀착성이 커져, 전극의 저항이 작아진다.In this invention, in order to make the maximum height Rmax of the roughness of the interface between a conductive layer and an active material layer into 10 micrometers or more, the mixed particle containing a small particle group and a large particle group is used for electroconductive carbon particle. By mixing large particle | grains and small particle | grains in electroconductive carbon particle, it becomes easy to form the interdiffusion layer with the largest height Rmax of 10 micrometers or more which is dense and excellent in adhesiveness between a conductive layer and an active material layer. As a result, adhesiveness between a conductive layer and an active material layer becomes large and the resistance of an electrode becomes small.

보다 구체적으로는, 도전성 탄소 입자의 체적 입도 분포는, 소입자지름측 및 대입자지름측에 각각 피크가 있다. 이러한 입도 분포를 가진 도전성 탄소 입자는, 소입자군과 대입자군을 포함한 혼합 입자로 간주할 수 있다. 여기서, 소입자군의 체적 입도 분포의 피크가 3∼7㎛의 범위에 있고, 또한 대입자군의 체적 입도 분포의 피크가 10∼20㎛의 범위에 있는 것도 중요하다. 도전성 탄소 입자가 이러한 입도 분포를 가지는 것에 의해, 치밀한 상호확산층이 형성된다고 생각된다.More specifically, the volume particle size distribution of the conductive carbon particles has peaks on the small particle diameter side and the large particle diameter side, respectively. Conductive carbon particles having such a particle size distribution can be regarded as mixed particles including a small particle group and a large particle group. Here, it is also important that the peak of the volume particle size distribution of the small particle group is in the range of 3-7 micrometers, and the peak of the volume particle size distribution of the large particle group is in the range of 10-20 micrometers. It is thought that a dense interdiffusion layer is formed because electroconductive carbon particle has such a particle size distribution.

소입자군의 평균 입자지름(체적 입도 분포에서의 미디언지름 D50)은 3∼7㎛이고, 대입자군의 평균 입자지름은 10∼20㎛인 것이 바람직하다. 대입자군은, 주로 도전층내에서의 도전성의 향상에 기여하고, 소입자군은, 주로 상호확산층의 밀착성에 기여한다고 생각된다.The mean particle size of the small particle group, and (median diameter D 50 in the volume particle size distribution) is 3~7㎛, the mean particle size of the large particle group is preferably in the 10~20㎛. It is thought that a large particle group mainly contributes to the improvement of electroconductivity in a conductive layer, and a small particle group mainly contributes to the adhesiveness of an interdiffusion layer.

한편, 체적 입도 분포는, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(닛키소(주) 제품 Microtrac MT3300EX Ⅱ)에 의해 측정할 수 있다.In addition, a volume particle size distribution can be measured with a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus (Microtrac MT3300EXII by Nikkiso Corporation).

소입자군과 대입자군의 중량 비율(소입자군/대입자군)을 95/5∼50/50, 바람직하게는 90/10∼70/30로 하는 것도 중요하다. 소입자군이, 도전층에 함유된 도전성 탄소 입자의 50∼95중량%를 차지하는 것에 의해, 도전층과 활물질층 사이의 계면에서의 상호확산층의 구조가 치밀해진다고 생각된다.It is also important to set the weight ratio (small particle group / large particle group) of the small particle group and the large particle group to 95 / 5-50 / 50, preferably 90 / 10-70 / 30. It is thought that the structure of the interdiffusion layer at the interface between the conductive layer and the active material layer becomes dense because the small particle group accounts for 50 to 95% by weight of the conductive carbon particles contained in the conductive layer.

소입자군과 대입자군의 중량 비율은, 얻어진 체적 입도 분포를 파형 분리하고, 소입자군과 대입자군의 체적 비율을 구하여, 체적 비율을 중량 비율로 환산하는 것에 의해 구할 수 있다. 다만, 소입자군과 대입자군이 모두 흑연 재료인 경우에는, 체적 비율을 중량 비율이라고 볼 수 있다.The weight ratio of the small particle group and the large particle group can be obtained by waveform separation of the obtained volume particle size distribution, obtaining the volume ratio of the small particle group and the large particle group, and converting the volume ratio into the weight ratio. However, when both the small particle group and the large particle group are graphite materials, the volume ratio can be regarded as the weight ratio.

소입자군의 평균 입자지름 D1과 대입자군의 평균 입자지름 D2의 비(D1/D2)는, 1.5 이상 5 이하가 바람직하고, 2 이상 3.5 이하가 특히 바람직하다. 이러한 입자지름 비로 함으로써, 상호확산층의 치밀성이 향상하는 동시에, 도전층 자체의 강도도 크게 향상한다.As for ratio (D1 / D2) of the average particle diameter D1 of a small particle group, and the average particle diameter D2 of a large particle group, 1.5 or more and 5 or less are preferable, and 2 or more and 3.5 or less are especially preferable. By using such a particle diameter ratio, the density of the interdiffusion layer is improved and the strength of the conductive layer itself is also greatly improved.

도전성 탄소 입자는, 흑연 외에, 카본블랙을 포함해도 좋다. 카본블랙으로서는, 아세틸렌블랙, 케첸블랙 등을 이용할 수 있다. 카본블랙을 포함한 도전층은, 체적 저항이나 면저항이 저감하기 쉬운 점에서 유리하다. 카본블랙의 양은, 도전층에 함유된 도전성 탄소 입자 100중량부에 대하여 20∼110 중량부가 바람직하다.The conductive carbon particles may contain carbon black in addition to graphite. As carbon black, acetylene black, Ketjen black, etc. can be used. The conductive layer containing carbon black is advantageous in that volume resistance and sheet resistance tend to be reduced. The amount of carbon black is preferably 20 to 110 parts by weight based on 100 parts by weight of the conductive carbon particles contained in the conductive layer.

전극에 2.5V 이상의 내전압 특성이 요구되는 경우, 도전층에서, 제1 바인더에는, 탄소간 이중 결합을 갖지 않으며, 또한 160℃ 이상의 융점을 가진 수지나, 열경화형 수지가 바람직하게 이용된다. 이러한 수지는, 내전압 특성과 내열성이 뛰어나다. 예를 들면 아크릴레이트 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 불소 수지 및 셀룰로오스 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 안정적이어서 바람직하다. 또한, 소량으로 높은 결착력을 얻을 수 있는 점에서, 아크릴레이트 수지, 폴리아미드이미드 수지 및 셀룰로오스 수지가 특히 바람직하다. 그 중에서도 아크릴레이트 수지는, 내산화 환원성이 뛰어난 점에서 가장 바람직하다.When the electrode is required to have a withstand voltage characteristic of 2.5 V or more, in the conductive layer, a resin having no melting point between carbons and having a melting point of 160 ° C. or higher and a thermosetting resin are preferably used in the first binder. Such resins are excellent in voltage resistance characteristics and heat resistance. For example, since at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of an acrylate resin, a polyimide resin, a polyamideimide resin, a fluororesin, and a cellulose resin is stable, it is preferable. Moreover, an acrylate resin, polyamideimide resin, and a cellulose resin are especially preferable at the point which can obtain a high binding force in a small quantity. Especially, an acrylate resin is the most preferable at the point which is excellent in redox resistance.

최근, EDLC 등의 전기 화학 소자의 분야에서는, HCF2CH2-O-CF2CF2H와 같은 내전압 특성이 뛰어난 전해액 용매의 개발이 진행되고 있으며, 이에 따라서, 전극에도 높은 내전압 특성(캐패시터에서는 2.5V를 넘는 고전압, 리튬이온전지에서는 4.2∼4.5V 정도)이 요청되고 있다. 상기의 수지는, 이러한 요청을 만족하는 관점에서도 우수하다.In recent years, in the field of electrochemical devices such as EDLC, development of electrolyte solvents having excellent withstand voltage characteristics, such as HCF 2 CH 2 -O-CF 2 CF 2 H, has been developed. High voltage of more than 2.5V, about 4.2 ~ 4.5V in lithium ion batteries) is required. The above resin is also excellent in terms of satisfying such a request.

아크릴레이트 수지란, 아크릴산 혹은 그 알킬에스테르 또는 메타크릴산 혹은 그 알킬에스테르의 단위를 포함한 수지의 총칭이다. 아크릴레이트 수지의 주쇄 또는 알킬에스테르기에 포함되는 수소 원자의 일부를 불소와 치환함으로써 얻어지는 불소화 아크릴레이트 수지에 의하면, 전극의 내산화 환원성을 더 높일 수 있고, 뛰어난 충방전 사이클 특성을 얻을 수 있다. 예를 들면 불소화 아크릴레이트 수지를 물에 분산시킨 에멀젼을 상업적으로 입수할 수 있다. An acrylate resin is a generic term of resin containing the unit of acrylic acid or its alkyl ester or methacrylic acid, or its alkyl ester. According to the fluorinated acrylate resin obtained by substituting a part of hydrogen atoms contained in the main chain of an acrylate resin or an alkylester group with fluorine, the oxidation-reduction resistance of an electrode can be improved further and the outstanding charge / discharge cycle characteristics can be obtained. For example, emulsions in which fluorinated acrylate resins are dispersed in water are commercially available.

불소 수지로서는, 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이나 폴리불화 비닐리덴(PVDF)을 이용할 수 있다. 불소 수지는, 내산성 및 내알칼리성이 뛰어나다.As the fluorine resin, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used. Fluorine resin is excellent in acid resistance and alkali resistance.

셀룰로오스 수지는, 특별히 한정되지 않지만, 도전층의 전구체인 슬러리의 안정성, 슬러리의 도막(도전 도막)의 성막성, 레벨링성, 접착성 등의 관점으로부터, 에틸셀룰로오스가 바람직하다.Although a cellulose resin is not specifically limited, Ethyl cellulose is preferable from a viewpoint of stability of the slurry which is a precursor of a conductive layer, film forming property, leveling property, adhesiveness, etc. of the coating film (conductive coating film) of a slurry.

열경화형 수지로서는, Tg가 260℃ 이상의 것이 바람직하고, 예를 들면 양 말단에 알릴기를 가진 부가형 열경화성 이미드(폴리이미드수지)나, 폴리아미드이미드 수지가 바람직하다. 열경화형 수지를 사용하는 경우는, 필요에 따라 경화 처리로서 최종적으로 200∼300℃에서 30분 정도의 열처리를 행하는 것이 바람직하다.As the thermosetting resin, one having a Tg of 260 ° C. or higher is preferable, for example, an addition type thermosetting imide (polyimide resin) having an allyl group at both terminals and a polyamideimide resin are preferable. When using a thermosetting resin, it is preferable to perform heat processing for about 30 minutes at 200-300 degreeC finally as a hardening process as needed.

한편, 전극에 2.1V 이상, 2.7V 이하의 내전압 특성이 요구되는 경우, 제1 바인더에는, 올레핀계 수지, 합성고무 및 불소 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하게 이용된다. 합성 고무로서는, 예를 들면 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 니트릴고무(NBR), 에틸렌·프로필렌 고무(EPM,EPDM) 등을 들 수 있다. 올레핀계 수지로서는, 예를 들면 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 변성 PE, 변성 PP 등의 폴리올레핀을 들 수 있다. 합성 고무는, 접착력이 뛰어나고, 전극에 적당한 유연성을 부여할 수 있는 점에서는 우수하다. 또한, 올레핀계 수지는, 저가격인 점에서는 우수하다. 다만, 합성 고무에 포함되는 탄소간 이중 결합은, 2.5V를 넘는 고전압이 인가되는 EDLC나 4.5V 정도의 고전압이 인가되는 리튬이온전지 중에서는, 산소와 반응할 가능성이 있어, 내구 특성이 약간 열화하는 경우가 있다. 또한, (변성)폴리올레핀을 포함한 전극은, 130℃이상으로 가열하면 열화하는 경우가 있다.On the other hand, when the electrode withstand voltage characteristic of 2.1 V or more and 2.7 V or less is required, at least one selected from the group consisting of olefin resin, synthetic rubber and fluorine resin is preferably used for the first binder. As synthetic rubber, styrene butadiene rubber (SBR), nitrile rubber (NBR), ethylene propylene rubber (EPM, EPDM), etc. are mentioned, for example. As olefin resin, polyolefin, such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), modified PE, modified PP, is mentioned, for example. Synthetic rubber is excellent in the point which is excellent in adhesive force and can provide moderate flexibility to an electrode. Moreover, an olefin resin is excellent at the point of low price. However, the carbon-to-carbon double bond included in the synthetic rubber may react with oxygen in EDLC to which a high voltage of more than 2.5 V is applied or lithium ion battery to which a high voltage of about 4.5 V is applied, and the durability characteristic is slightly deteriorated. There is a case. In addition, the electrode containing a (modified) polyolefin may deteriorate when heated to 130 degreeC or more.

도전층의 전구체인 슬러리에 적당한 점성을 부여하는 관점으로부터, 제1 바인더에, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 함유시켜도 좋다. 예를 들면, 불소화된 아크릴레이트 수지를 물에 분산시킨 에멀젼과 CMC를 병용하는 경우, CMC가 물에 용해하고, 슬러리에 적당한 점성을 부여하기 때문에, 균일한 슬러리의 조제가 용이해진다.You may make carboxymethylcellulose (CMC) contain in a 1st binder from a viewpoint of providing moderate viscosity to the slurry which is a precursor of a conductive layer. For example, when using the emulsion and CMC which disperse | distributed the fluorinated acrylate resin in water together, since CMC melt | dissolves in water and gives moderate viscosity to a slurry, preparation of a uniform slurry becomes easy.

상기의 제1 바인더를 이용하는 것에 의해, 예를 들면 2.1V 이상 혹은 2.5V를 넘는 내전압 특성을 가지며, 또한 160℃ 정도의 고온에서 건조가 가능한 고내열성의 EDLC용 전극을 얻을 수 있다. 또한, 4.2V를 넘는 전압이 인가되는 리튬 이온 전지용 전극을 얻을 수 있다.By using said 1st binder, the high heat resistance EDLC electrode which has a withstand voltage characteristic over 2.1V or more than 2.5V, and can be dried at high temperature about 160 degreeC can be obtained, for example. Moreover, the electrode for lithium ion batteries to which the voltage exceeding 4.2V is applied can be obtained.

도전층에서, 제1 바인더의 양은, 도전성 탄소 입자 100중량부당, 1∼20중량부가 적합하고, 3∼10중량부 혹은 3∼6중량부가 더 적합하다. 또한, CMC와 다른 바인더를 병용하는 경우에는, 제1 바인더 전체에서 차지하는 CMC의 중량 비율은, 0.5∼30중량%가 적합하다.In the conductive layer, the amount of the first binder is preferably 1 to 20 parts by weight, more preferably 3 to 10 parts by weight or 3 to 6 parts by weight per 100 parts by weight of the conductive carbon particles. In addition, when using CMC and another binder together, 0.5-30 weight% is suitable for the weight ratio of CMC to the whole 1st binder.

본 발명의 한가지 형태에서, 도전층은, 트리아진환을 가진 화합물(예를 들면 트리아진 2,4,6-트리메르캅토-s-트리아진모노나트륨염, 2,4,6-트리메르캅토-s-트리아진트리나트륨염 등)을 포함한다. 트리아진환을 가진 화합물은, 제1 바인더를 보조하여, 도전성 탄소 입자간의 결착력을 향상시키거나 집전체와 도전층의 결착력을 향상시키거나 한다. 트리아진환은, 내산화성이 뛰어나고, 전기 화학 소자 내에서의 가스 발생을 억제한다. 트리아진환을 가진 화합물의 양은, 도전성 탄소 입자 100중량부에 대하여, 1∼12중량부가 적합하고, 1∼3 중량부가 더 적합하다.In one embodiment of the present invention, the conductive layer is a compound having a triazine ring (eg, triazine 2,4,6-trimercapto-s-triazine monosodium salt, 2,4,6-trimercapto- s-triazinetrisodium salt and the like). The compound having a triazine ring assists the first binder to improve the binding force between the conductive carbon particles or the binding force between the current collector and the conductive layer. The triazine ring is excellent in oxidation resistance and suppresses gas generation in the electrochemical element. 1-12 weight part is suitable with respect to 100 weight part of electroconductive carbon particles, and, as for the quantity of the compound which has a triazine ring, 1-3 weight part is more suitable.

도전층의 두께는, 전극의 종류에 따라 다르지만, 전기 이중층 캐패시터의 경우, 예를 들면 5∼20㎛이고, 리튬 이온 이차전지의 경우, 예를 들면 10∼40㎛이다. 도전층의 두께가 두껍고, 예를 들면 10∼20㎛의 경우에는, 높은 도전성을 확보하는 관점에서, 상기와 같이, 소입자군과 대입자군을 혼합하여 이용하는 것이 특별히 중요하다.Although the thickness of a conductive layer changes with kinds of electrode, it is 5-20 micrometers, for example in the case of an electric double layer capacitor, and 10-40 micrometers, for example in the case of a lithium ion secondary battery. In the case where the conductive layer is thick and has a thickness of, for example, 10 to 20 µm, it is particularly important to mix and use a small particle group and a large particle group as described above from the viewpoint of securing high conductivity.

도전층의 표면에는, 활물질층이 형성되어 있다.An active material layer is formed on the surface of the conductive layer.

활물질층은, 활물질입자와 제2 바인더를 포함하고 있다. 다만, 활물질층의 구성 재료는, 이들에 한정되지 않는다. 예를 들면 임의 성분으로서 카본블랙 등의 도전조제를 포함해도 좋다.The active material layer contains active material particles and a second binder. However, the constituent material of the active material layer is not limited to these. For example, conductive additives such as carbon black may be included as optional components.

전기 이중층 캐패시터용 전극의 경우, 활물질입자로서 활성탄이 이용된다. 이 경우, 정극(양극) 및 부극(음극)은, 어느 것이든 마찬가지로 활성탄을 활물질로서 포함하고 있다. 한편, 의사 캐패시터의 경우, 활물질입자에는, 여러가지 재료가 이용된다. 예를 들면, 양극에는 활성탄이 이용되고, 음극에는 흑연이 이용된다.In the case of the electrode for electric double layer capacitors, activated carbon is used as an active material particle. In this case, both the positive electrode (anode) and the negative electrode (cathode) similarly contain activated carbon as an active material. On the other hand, in the case of the pseudo capacitor, various materials are used for the active material particles. For example, activated carbon is used for the positive electrode and graphite is used for the negative electrode.

리튬 이온 전지용 전극의 경우도, 활물질입자에는, 여러가지 재료가 이용된다. 양극에는, 천이 금속 화합물 등이 이용된다. 천이 금속 화합물로서는, Co, Ni 및 Mn로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함한 리튬 함유 천이 금속 산화물이나 올리빈산(LiFePO4)형 화합물이 바람직하게 이용된다. 음극에는, 흑연, 규소, 규소 화합물 등이 이용된다. 규소 화합물로서는, 탄화규소 또는 산화 규소가 바람직하게 이용된다.Also in the case of the lithium ion battery electrode, various materials are used for an active material particle. As the anode, a transition metal compound or the like is used. As the transition metal compound, a lithium-containing transition metal oxide or an olivine acid (LiFePO 4 ) type compound including at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Mn is preferably used. Graphite, silicon, a silicon compound, etc. are used for a cathode. As the silicon compound, silicon carbide or silicon oxide is preferably used.

니켈 수소 축전지용 전극의 경우, 활물질입자에는, 양극에는 수산화니켈이, 음극에는 수소 흡장 합금이 이용된다. In the case of an electrode for nickel hydrogen storage batteries, nickel hydroxide is used for the positive electrode and hydrogen storage alloy is used for the negative electrode for the active material particles.

본 발명은, 이들 어느 전극에도 적용할 수 있지만, 전기 이중층 캐패시터 및 의사 캐패시터용 전극에의 적용이 가장 효과적이다.Although the present invention can be applied to any of these electrodes, application to the electrodes for electric double layer capacitors and pseudo capacitors is most effective.

활물질층에서, 제2 바인더에는, 제1 바인더로서 나타낸 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 제2 바인더는, 제1 바인더와 다른 재료라도 좋지만, 도전층과 활물질층과의 밀착성을 높이는 관점으로부터, 동일한 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제1 바인더로서 불소화된 아크릴레이트 수지(FA)를 이용하는 경우, 제2 바인더에도 불소화된 아크릴레이트 수지(FA)를 이용하는 것이 바람직하다. CMC의 사용에 대해서도 동일하다. It is preferable to use the material shown as a 1st binder as a 2nd binder in an active material layer. Although the 2nd binder may be a material different from a 1st binder, it is preferable to use the same material from a viewpoint of improving adhesiveness of a conductive layer and an active material layer. For example, when using a fluorinated acrylate resin (FA) as a 1st binder, it is preferable to use a fluorinated acrylate resin (FA) also for a 2nd binder. The same applies to the use of CMC.

활물질층에서, 제2 바인더의 양은, 전극의 종류에 따라 다르지만, 예를 들면 전기 이중층 캐패시터나 의사 캐패시터의 경우, 활물질입자(활성탄 또는 흑연) 100중량부에 대하여, 3∼10중량부, 또는 4∼6중량부가 적합하다. 제2 바인더량이 많아지면, 도전층과 활물질층의 밀착성은 향상하지만, 직류 저항이나 교류 저항(ESR)이 커지는 경향이 있다. 제2 바인더량이 너무 적으면, 활물질입자끼리의 밀착성이 저하하는 경향이 있다. CMC와 다른 바인더를 병용하는 경우에는, 제2 바인더 전체에서 차지하는 CMC의 중량 비율은, 0.5∼50중량%가 적합하다.In the active material layer, the amount of the second binder varies depending on the type of the electrode, but, for example, in the case of the electric double layer capacitor or the pseudo capacitor, 3 to 10 parts by weight, or 4, based on 100 parts by weight of the active material particles (active carbon or graphite). 6 weight part is suitable. When the amount of the second binder increases, the adhesion between the conductive layer and the active material layer is improved, but the DC resistance and the AC resistance (ESR) tend to increase. When there is too little 2nd binder amount, there exists a tendency for the adhesiveness of active material particle to fall. When using CMC and another binder together, 0.5-50 weight% is suitable for the weight ratio of CMC to the whole 2nd binder.

본 발명의 한가지 형태에서, 활물질층은, 상기와 동일한 트리아진환을 가진 화합물을 포함한다. 트리아진환을 가진 화합물은, 제2 바인더를 보조하여, 활물질 입자간의 결착력을 향상시키거나 도전층과 활물질층의 결착력을 향상시키거나 한다. 트리아진환을 가진 화합물의 양은, 활물질입자 100중량부당, 1∼3중량부가 적합하다.In one form of this invention, an active material layer contains the compound which has the same triazine ring as mentioned above. The compound having a triazine ring assists the second binder to improve the binding force between the active material particles or the binding force of the conductive layer and the active material layer. As for the quantity of the compound which has a triazine ring, 1-3 weight part is suitable for 100 weight part of active material particles.

활물질층의 두께는, 전극의 종류에 따라 다르지만, 전기 이중층 캐패시터의 경우, 예를 들면 50∼200㎛이다. 또한, 코인형 전기 화학 소자의 경우, 활물질층의 두께는, 400∼700㎛이다.Although the thickness of an active material layer changes with kinds of electrodes, in the case of an electric double layer capacitor, it is 50-200 micrometers, for example. In addition, in the case of a coin type electrochemical element, the thickness of an active material layer is 400-700 micrometers.

다음에, 본 발명에 관한 전기 화학 소자용 전극의 제조방법에 대하여 설명한다.Next, the manufacturing method of the electrode for electrochemical elements which concerns on this invention is demonstrated.

공정(i)Process (i)

도전성 탄소 입자와, 제1 바인더와, 제1 액상 성분을 함유한 제1 슬러리를 조제한다.The first slurry containing the conductive carbon particles, the first binder, and the first liquid component is prepared.

제1 슬러리의 점도는, 20℃에서, 200∼4000mPa·s(200∼4000cp), 400∼2200mPa·s(400∼2200cP)인 것이, 작업성 및 양산성이 뛰어난 점에서 더 바람직하다. 점도의 측정 장치에는, 시바우라 시스템(주)의 B형 점도계(DIGITAL VISMETRON VDH-W)와 5호 로터를 이용하여, 회전수 100rpm로 측정한다. 제1 슬러리의 조제 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 도전성 탄소 입자와 제1 바인더를 포함한 용액, 분산액 또는 에멀젼과 제1 액상 성분을 여러가지 혼합 장치를 이용하여 혼합하면 좋다.It is more preferable that the viscosity of a 1st slurry is 200-4000 mPa * s (200-4000cp) and 400-2200 mPa * s (400-2200 cP) at 20 degreeC from the point which is excellent in workability and mass productivity. In the viscosity measuring apparatus, it measures at the rotation speed of 100 rpm using the B-type viscometer (DIGITAL VISMETRON VDH-W) of Shibaura Systems Co., Ltd., and No. 5 rotor. Although the preparation method of a 1st slurry is not specifically limited, For example, what is necessary is just to mix the solution, dispersion liquid, or emulsion containing a conductive carbon particle and a 1st binder, and a 1st liquid component using various mixing apparatuses.

제1 액상 성분에는, 제1 바인더의 종류에 따라, 적절히 선택하면 좋다. 예를 들면, 아크릴레이트 수지인 불소화된 아크릴레이트 수지를 물에 분산시킨 에멀젼과, CMC를 병용하는 경우, 제1 액상 성분은 물이다. 아크릴레이트 수지의 에멀젼 대신에, 폴리테트라플루오로에틸렌이나 SBR와 같은 합성고무의 에멀젼 혹은 분산액을 이용하는 경우에도, 제1 액상 성분으로서 물을 이용할 수 있다. 에틸셀룰로오스와 같은 셀룰로오스 수지를 물에 용해시킨 수용액을 이용하는 경우에도, 제1 액상 성분은 물이다. 한편, 폴리불화 비닐리덴을 이용하는 경우에는, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)과 같은 유기 성분을 이용하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 제1 바인더를 포함한 용액, 에멀젼 또는 분산액과 도전성 탄소 입자를 혼합하고, 필요에 따라서, 소정의 액상 성분을 첨가하여 혼합하면, 제1 슬러리를 얻을 수 있다. 제1 슬러리에는, 트리아진환을 가진 화합물을 첨가하여도 좋다.What is necessary is just to select suitably for a 1st liquid component according to the kind of 1st binder. For example, when using the emulsion which disperse | distributed the fluorinated acrylate resin which is an acrylate resin in water, and CMC together, a 1st liquid component is water. Instead of emulsions of acrylate resins, even when emulsions or dispersions of synthetic rubbers such as polytetrafluoroethylene and SBR are used, water can be used as the first liquid component. Even when using an aqueous solution in which a cellulose resin such as ethyl cellulose is dissolved in water, the first liquid component is water. On the other hand, when using polyvinylidene fluoride, it is preferable to use organic components, such as N-methyl- 2-pyrrolidone (NMP). More specifically, the first slurry can be obtained by mixing a solution, an emulsion or a dispersion liquid containing the first binder with the conductive carbon particles, and adding a predetermined liquid component, if necessary, and mixing. You may add the compound which has a triazine ring to a 1st slurry.

다음에, 제1 슬러리를, 집전체의 표면에 도포하여, 도전 도막을 형성한다.Next, a 1st slurry is apply | coated to the surface of an electrical power collector, and a conductive coating film is formed.

집전체의 한쪽의 주면에 도전 도막을 형성하는 경우, 도공 장치로서, 슬롯 다이코터(Slot die coater), 롤 코터(Roll coater), 캠 코터(Cam coater) 등의 여러 가지의 코터를 이용할 수 있다. 한편, 집전체의 양쪽 주면에 동시에 도전 도막을 형성하는 경우에는, 예를 들면 딥 코터(Dip coater)를 이용하는 것이 바람직하다. 딥 코터는 가격이 저렴하며, 전극의 생산 효율도 높다.When the conductive coating film is formed on one main surface of the current collector, various coaters such as a slot die coater, a roll coater, and a cam coater can be used as the coating device. . On the other hand, when forming a conductive coating film simultaneously in both main surfaces of an electrical power collector, it is preferable to use a dip coater, for example. Dip coaters are inexpensive and produce electrodes more efficiently.

공정(ⅱ)Process (ii)

다음에, 도전 도막을 복사열(radiant heat)에 의해 가열하고, 도전 도막으로부터 제1 액상 성분을 휘발시킨다. 그 때, 도전 도막을 완전하게 건조시키는 것이 아니라, 도전 도막이 어느 정도의 양의 제1 액상 성분을 함유한 상태에서 건조를 정지하는 것이 바람직하다. 복사열을 이용하는 경우, 도전 도막의 내부로부터 우선적으로 액상 성분이 감소하기 때문에, 도전 도막의 표면 부근에 액상 성분이 잔존하기 쉽다. 이러한 상태에서, 도전층의 표면에 활물질층을 형성함으로써, 도전층과 활물질층의 사이에서 상호 확산이 일어나기 쉬워진다.Next, the conductive coating film is heated by radiant heat to volatilize the first liquid component from the conductive coating film. In that case, it is preferable not to completely dry a conductive coating film, but to stop drying in the state in which the conductive coating film contained the 1st liquid component of some quantity. When radiant heat is used, since a liquid component preferentially decreases from the inside of a conductive coating film, a liquid component tends to remain in the vicinity of the surface of a conductive coating film. In such a state, by forming the active material layer on the surface of the conductive layer, mutual diffusion easily occurs between the conductive layer and the active material layer.

건조는, 도전 도막이 지촉 건조(tacky dry) 상태가 되었을 때에 정지하는 것이 바람직하다. 지촉 건조 상태란, 손가락에 닿아도 도전 도막의 표면이 무너지지 않을 정도의 건조 상태를 의미한다. 이러한 상태에서는, 도전 도막의 집전체측보다 표면측에 제1 액상 성분이 많이 분포하고 있다고 생각된다.Drying is preferably stopped when the conductive coating film is in a tacky dry state. The touch-dried state means a dry state such that the surface of the conductive coating film does not collapse even when the finger touches it. In such a state, it is thought that many 1st liquid components are distributed in the surface side rather than the electrical power collector side of a conductive coating film.

한편, 종래의 열풍이나 온풍(대류열)에 의한 건조에서는, 도전 도막의 표면 부근에서부터 우선적으로 액상 성분이 감소한다. 따라서, 도전층과 활물질층의 사이에서 상호 확산이 일어나기 어렵다. 이 공정에서 복사열을 이용하는 경우, 온풍을 이용하는 경우에 비하여, 전극 저항을 1/2∼1/10로 저감하는 것이 가능하다.On the other hand, in the conventional drying by hot air or warm air (convective heat), the liquid component preferentially decreases from the vicinity of the surface of the conductive coating film. Therefore, mutual diffusion hardly occurs between the conductive layer and the active material layer. When radiant heat is used in this step, it is possible to reduce the electrode resistance to 1/2 to 1/10 as compared with the case of using warm air.

복사열로서는, 적외선(0.7∼1000㎛), 특히 원적외선(예를 들면 파장 4∼1000 ㎛)의 열에너지를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 원적외선을 방사하는 열원으로서는, 전기식, 열매식, 가스식 등의 열원을 이용할 수 있다. 건조중인 도전 도막의 온도는 130∼180℃로 제어하는 것이 바람직하고, 건조 분위기는, 질소, 공기 등의 분위기이다. 한편, 도막의 온도 혹은 복사 온도는, 글로브 온도계로 측정할 수 있다.As radiant heat, it is preferable to use infrared energy (0.7-1000 micrometers), especially thermal energy of far infrared rays (for example, wavelength 4-1000 micrometers). For example, as a heat source that emits far infrared rays, heat sources such as electric, heating, and gas can be used. It is preferable to control the temperature of the dry conductive coating film to 130-180 degreeC, and a dry atmosphere is atmospheres, such as nitrogen and air. In addition, the temperature or radiation temperature of a coating film can be measured with a globe thermometer.

다만, 제1 액상 성분이 NMP와 같은 유기 성분인 경우, 인화(引火)의 가능성이 있기 때문에, 원적외선과 같은 복사열뿐만 아니라, 150℃ 정도의 온풍(프레시 에어 혹은 질소 등)을 건조 분위기에 송풍하는 것이 바람직하다. 한편, 제1 액상 성분이 물인 경우에는, 복사열을 이용하여 용이하게 도전 도막을 건조시킬 수 있다.However, in the case where the first liquid component is an organic component such as NMP, there is a possibility of ignition, so that not only radiant heat such as far infrared rays but also hot air (fresh air or nitrogen, etc.) of about 150 ° C. is blown to a dry atmosphere. It is preferable. On the other hand, when the first liquid component is water, the conductive coating film can be easily dried using radiant heat.

공정(ⅲ)Process

활물질입자와, 제2 바인더와, 제2 액상 성분을 함유한 제2 슬러리를 조제한다. 제2 슬러리의 점도에 대해서도, 20℃에서, 800∼4000mPa·s(800∼4000cp), 1500∼2200mPa·s(1500∼2200cP)인 것이, 작업성 및 양산성이 뛰어난 점에서 더 바람직하다. 점도의 측정은, 제1 슬러리와 마찬가지로 행할 수 있다. 제2 슬러리의 조제 방법도 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 활물질입자와 제2 바인더를 함유한 용액, 분산액 또는 에멀젼과 제2 액상 성분을 여러가지 혼합 장치를 이용하여 혼합하면 좋다.제2 액상 성분에 대해서도, 제2 바인더의 종류에 따라서, 적절히 선택하면 좋다. 제2 슬러리에 트리아진환을 가지는 화합물을 첨가하여도 좋다.A second slurry containing the active material particles, the second binder, and the second liquid component is prepared. Also about the viscosity of a 2nd slurry, it is more preferable that it is 800-4000 mPa * s (800-4000cp) and 1500-2200 mPa * s (1500-2200 cP) at 20 degreeC from the point which is excellent in workability and mass productivity. The viscosity can be measured in the same manner as in the first slurry. The preparation method of a 2nd slurry is not specifically limited, either, For example, what is necessary is just to mix the solution, dispersion liquid, or emulsion containing an active material particle and a 2nd binder, and a 2nd liquid component using various mixing apparatuses. What is necessary is just to select suitably according to the kind of 2nd binder also about. You may add the compound which has a triazine ring to a 2nd slurry.

다음에, 제2 슬러리를, 도전 도막의 표면에 도포하여, 활물질 도막을 형성한다. 그 때, 상기와 같이 지촉 건조 상태의 도전 도막의 표면에 제2 슬러리를 도포하는 것이 바람직하다. 집전체의 한쪽의 주면에만 도전 도막이 형성되어 있는 경우에는, 도공 장치로서 예를 들면 슬롯 다이코터, 롤 코터, 캠 코터 등을 이용한다. 또한, 집전체의 양쪽 주면에 도전 도막이 형성되어 있는 경우에는, 예를 들면 딥 코터를 이용하여, 양쪽 도전 도막의 표면에 동시에 제2 슬러리를 도포하는 것이 바람직하다.Next, a 2nd slurry is apply | coated to the surface of a conductive coating film, and an active material coating film is formed. In that case, it is preferable to apply | coat a 2nd slurry to the surface of the electrically conductive coating film of a contact dry state as mentioned above. When the conductive coating film is formed only on one main surface of the current collector, for example, a slot die coater, a roll coater, a cam coater or the like is used. In addition, when the conductive coating films are formed on both main surfaces of the current collector, for example, it is preferable to apply the second slurry to the surfaces of both conductive coating films simultaneously using a dip coater.

공정(ⅳ)Process

상기 공정(ⅰ)∼(ⅲ)에 의해 얻어진 도전 도막과 활물질 도막의 적층체를, 복사열 및 온풍의 적어도 하나로 건조시킨다. 이 때에도, 가능한 한 복사열에 의해 건조시키는 것이, 건조 효율 면에서 바람직하다. 상술한 바와 같이 온풍의 대류에 의한 건조에서는, 도막 표면으로부터 건조가 진행되는데 비하여, 복사열을 이용하면, 도막 내부로부터 온도 상승하기 때문에, 건조 효율이 상승한다. 도막 표면으로부터 건조가 진행하면, 도막 내부의 수분이 빠져나가기 어려워진다. 또한, 수분이 빠져나갈 때에, 도막에 균열을 일으키기 쉽다. 또한, 도막 표면으로부터 건조가 진행되면, 표면 히겔층이 형성되기 때문에, 저항이 커진다.The laminated body of the electrically conductive coating film and active material coating film which were obtained by the said process (iii)-(iii) is dried by at least one of radiant heat and warm air. At this time, it is preferable to dry by radiant heat as much as possible from a viewpoint of drying efficiency. As described above, in the drying by the warm air convection, drying proceeds from the surface of the coating film, whereas when radiant heat is used, the temperature rises from the inside of the coating film, so that the drying efficiency increases. When drying advances from the coating film surface, it becomes difficult for the moisture inside a coating film to escape. Moreover, when moisture escapes, it is easy to cause a crack in a coating film. Moreover, when drying advances from the coating film surface, since a surface Higel layer is formed, resistance becomes large.

이 공정에서의 건조에서는, 적층체로부터 잔존하고 있는 제1 액상 성분과 제2 액상 성분을 거의 완전하게 휘발시켜 전극을 완성시키는 것이 바람직하다. 전극에 액상 성분이 잔존하면, 전기 화학 소자에 그 액상 성분이 반입되어, 전기 화학 소자의 성능이 열화하는 경우가 있다. 건조중인 적층체의 온도는 130∼180℃로 제어하는 것이 바람직하고, 건조 분위기는, 특별히 한정되지 않지만, 공기 분위기가 바람직하다.In the drying in this step, it is preferable to completely volatilize the first liquid component and the second liquid component remaining from the laminate to complete the electrode. When a liquid component remains in an electrode, the liquid component may be carried in to an electrochemical element, and the performance of an electrochemical element may deteriorate. It is preferable to control the temperature of the laminated body in drying at 130-180 degreeC, and a dry atmosphere is not specifically limited, An air atmosphere is preferable.

제1 및 제2 슬러리의 안정성을 높이기 위해서, 이들 슬러리에 안정제를 첨가하여도 좋다. 예를 들면 슬러리가 아세틸렌블랙이나 케첸블랙을 포함한 경우, 슬러리의 수명이 저하하기 쉽기 때문에, 안정제의 첨가가 유효하다. 또한, 도전층을 형성하기 위한 제1 슬러리는, 입자지름이 큰 흑연(대입자군)을 포함하기 때문에, 겔화하기 쉽고, 집전체의 표면에의 도포가 곤란해지는 경우가 있다. 이러한 경우에도 안정제의 첨가가 유효하다.In order to improve stability of the first and second slurries, stabilizers may be added to these slurries. For example, when a slurry contains acetylene black or Ketjen black, since the lifetime of a slurry tends to fall, the addition of a stabilizer is effective. Moreover, since the 1st slurry for forming a conductive layer contains graphite (large particle group) with a big particle diameter, it is easy to gelatinize and it may become difficult to apply | coat to the surface of an electrical power collector. In this case also, the addition of stabilizers is effective.

슬러리의 안정제로서는, 이소프렌술폰산기를 가진 폴리머가 바람직하다. 술폰산기는 나트륨염을 형성하고 있어도 좋고, 예를 들면 -CH(SO3Na)-CH(CH3)·CH-CH2-와 같은 구조라도 좋다. 술폰산기의 결합 위치는 특별히 한정되지 않는다. 이소프렌 술폰산기는, 소수기와 친수기를 가지고 있기 때문에, 슬러리의 구성 성분을 분산시키는 계면활성제로서의 효과가 높고, 바인더 성분 등과의 상용성에도 우수하다. 예를 들면 이소프렌술폰산기와 소수기(예를 들면 스티렌기)가 1개의 분자쇄내에서 블록 형상으로 배열된 구조를 가진 폴리머가, 분산 안정성이 높은 점에서 바람직하다.As a stabilizer of a slurry, the polymer which has isoprene sulfonic acid group is preferable. The sulfonic acid group may form a sodium salt, for example, may have a structure such as -CH (SO 3 Na) -CH (CH 3 ) .CH-CH 2- . The position of bonding the sulfonic acid group is not particularly limited. Since isoprene sulfonic acid group has a hydrophobic group and a hydrophilic group, it is effective as a surfactant which disperse | distributes the structural component of a slurry, and is excellent also in compatibility with a binder component etc. For example, a polymer having a structure in which isoprene sulfonic acid group and a hydrophobic group (for example, styrene group) are arranged in a block shape in one molecular chain is preferable in view of high dispersion stability.

제1 및 제2 슬러리에의 안정제의 첨가량은, 슬러리 중의 고형분의 총량에 대해서, 3∼7중량%가 바람직하다. 3중량% 미만이면, 효과가 작고, 7중량%를 넘으면, 전극 제조비용이 높아진다. 이소프렌 술폰산기를 가진 안정제는, 상호확산층의 형성을 용이하게 하는 동시에 전극의 저(低)저항화에도 기여한다고 생각된다.As for the addition amount of the stabilizer to a 1st and 2nd slurry, 3-7 weight% is preferable with respect to the total amount of solid content in a slurry. If it is less than 3 weight%, the effect is small, and if it exceeds 7 weight%, an electrode manufacturing cost will become high. The stabilizer having an isoprene sulfonic acid group is thought to facilitate the formation of the interdiffusion layer and also contribute to lowering the resistance of the electrode.

이어서, 본 발명에 관한 전극의 제조방법에서의 일련의 공정을 예시한다.Next, a series of processes in the manufacturing method of the electrode which concerns on this invention are illustrated.

[제1 형태][First form]

먼저, 집전체의 한쪽의 주면에 도전 도막 A를 형성하고, 원적외선으로 가열하여 도전 도막 A를 지촉 건조 상태까지 건조시킨다. 다음에, 도전 도막 A의 표면에 활물질 도막 A를 형성하고, 원적외선으로 전체를 가열하여 완전 건조시킨다. 그 후, 집전체를 반전시켜, 집전체의 다른쪽의 주면에 도전 도막 B를 형성하고, 원적외선으로 가열하여 도전 도막 B를 지촉 건조 상태까지 건조시킨다. 다음에, 도전 도막 B의 표면에 활물질 도막 B를 형성하고, 원적외선으로 전체를 가열하여 완전 건조시킨다. 이 방법에서는, 소정의 공정을, 집전체의 한 면마다 반복하여 행한다.First, the conductive coating film A is formed on one main surface of the current collector, and is heated with far infrared rays to dry the conductive coating film A to the dry touch state. Next, the active material coating film A is formed on the surface of the conductive coating film A, and the whole is heated in far infrared rays and completely dried. Thereafter, the current collector is inverted to form a conductive coating film B on the other main surface of the current collector, heated with far infrared rays, and the conductive coating film B is dried to a dry contact state. Next, the active material coating film B is formed on the surface of the conductive coating film B, and the whole is heated in far infrared rays and completely dried. In this method, a predetermined step is repeated for each side of the current collector.

[제2 형태][Second form]

먼저, 딥 코터를 이용하여 동시에, 또는, 슬롯 다이코터, 롤 코터, 캠 코터 등을 이용하여 차례로, 집전체의 양쪽의 주면에 각각 도전 도막 A 및 B를 형성하고, 원적외선으로 가열하여 도전 도막 A 및 B를 지촉 건조 상태까지 건조시킨다. 이어서, 동시에 또는 차례로, 도전 도막 A 및 B의 표면에 활물질 도막 A 및 B를 형성하고, 원적외선으로 전체를 가열하여 완전 건조시킨다. 이 방법은, 도전 도막 A 및 B의 건조를 동시에, 또한, 활물질 도막 A 및 B의 건조를 동시에 행할 수 있는 점에서 유리하다.First, the conductive coating films A and B are formed on both main surfaces of the current collector in turn by using a dip coater or sequentially using a slot die coater, a roll coater, a cam coater, and the like, and heated with far infrared rays to form the conductive coating film A. And B is dried to the touch dry state. Subsequently, at the same time or sequentially, the active material coating films A and B are formed on the surfaces of the conductive coating films A and B, and the whole is heated in far infrared rays and completely dried. This method is advantageous in that the drying of the conductive coating films A and B can be performed simultaneously, and the active material coating films A and B can be dried simultaneously.

한편, 원적외선에 의한 건조 대신에, 온풍의 대류에 의한 건조를 행하면, 건조에 장시간을 요하는 동시에, 도전층과 활물질층 사이에 소망의 상호확산층을 형성할 수 없게 된다.On the other hand, when drying by convection of warm air is performed instead of drying by far infrared rays, it takes a long time to dry and cannot form a desired interdiffusion layer between the conductive layer and the active material layer.

다음에, 본 발명에 관한 전극을 포함한 전기 화학 소자의 일례로서 전기 이중층 캐패시터에 대하여 설명한다.Next, an electric double layer capacitor will be described as an example of the electrochemical element including the electrode according to the present invention.

전기 이중층 캐패시터는, 상기의 활물질로서 활성탄을 포함한 전극과, 전극 사이에 개재된 다공질 세퍼레이터를 포함한 전극군을 구비한다. 전극군은, 적층형이라도 좋고, 권회형이라도 좋다. 적층형의 경우, 양면에 활물질층을 가진 전극을, 전극 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 복수 쌓는 동시에, 적층체의 가장 바깥쪽에는, 한 면에 활물질층을 가진 한 쌍의 전극을, 집전체를 바깥쪽으로 하여 배치한다. 한편, 권회형의 경우는, 띠 형상의 한 쌍의 전극을 준비하고, 이들 사이에 세퍼레이터를 개재시켜, 전극의 길이방향을 따라서 권회한다. 그리고, 얻어진 전극군을 소정의 케이스에 수용하여, 전극군에 비수 전해액을 함침시킨다. 이에 따라 전극 및 세퍼레이터가 구비한 세공내에 비수 전해액이 함침된다.The electric double layer capacitor includes an electrode including activated carbon as the active material and an electrode group including a porous separator interposed between the electrodes. The electrode group may be a laminated type or a wound type. In the case of the stacked type, a plurality of electrodes having an active material layer on both surfaces are stacked through a separator between the electrodes, and a pair of electrodes having an active material layer on one side is disposed on the outermost side of the laminate, and the current collector is turned outward. Place it. On the other hand, in the case of the winding type, a pair of strip-shaped electrodes is prepared, and it winds along the longitudinal direction of an electrode through a separator between them. Then, the obtained electrode group is accommodated in a predetermined case, and the electrode group is impregnated with the nonaqueous electrolyte. As a result, the nonaqueous electrolyte is impregnated into the pores provided by the electrode and the separator.

비수 전해액은, 지지염을 용해한 비수용매로 이루어진다. 지지염에는, 예를 들면 붕불화4급 암모늄염(예를 들면 붕불화테트라에틸암모늄, 붕불화트리에틸메틸암모늄) 등이 이용된다. 또한, 비수용매에는, 불소 원자를 가지고 있어도 좋은 환상 카보네이트, 불소 원자를 가지고 있어도 좋은 쇄상 카보네이트(예를 들면 프로필렌 카보네이트), 불소 원자를 가지고 있어도 좋은 쇄상 에테르, 불소 원자를 가지고 있어도 좋은 환상 에테르, 불소 원자를 가지고 있어도 좋은 락톤, 불소 원자를 가지고 있어도 좋은 술포란 유도체, 불소 원자를 갖지 않는 비불소계의 에스테르계 용매, 니트릴계 용매, 프란류, 옥소란류 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 내전압 특성이 뛰어난 캐패시터를 얻기 위해서는, 불화알킬에테르를 포함한 비수용매를 이용하는 것이 바람직하다. 불화알킬에테르란, 디알킬에테르의 수소 원자의 적어도 일부를 불소 원자로 치환한 화합물의 총칭이다. 구체적인 예로서는, HCF2CH2-O-CF2CF2H, CF3CF2CH2-O-CF2CF2H 등을 들 수 있다.The nonaqueous electrolyte solution consists of a nonaqueous solvent in which a supporting salt is dissolved. As the supporting salt, for example, a boron quaternary ammonium salt (for example, tetraethylammonium boride, triethylmethylammonium boride) or the like is used. In addition, the non-aqueous solvent may include a cyclic carbonate which may have a fluorine atom, a chain carbonate which may have a fluorine atom (for example, propylene carbonate), a chain ether which may have a fluorine atom, a cyclic ether which may have a fluorine atom, and fluorine. The lactone which may have an atom, the sulfolane derivative which may have a fluorine atom, the non-fluorine ester solvent which does not have a fluorine atom, a nitrile solvent, frans, oxolanes, etc. are mentioned. Among these, in order to obtain the capacitor which is excellent in a breakdown voltage characteristic, it is preferable to use the nonaqueous solvent containing the alkyl fluoride. An alkyl fluoride is a general term for the compound which substituted at least one part of the hydrogen atom of dialkyl ether by the fluorine atom. Specific examples include HCF 2 CH 2 -O-CF 2 CF 2 H, CF 3 CF 2 CH 2 -O-CF 2 CF 2 H, and the like.

비수용매 전체에서 차지하는 불화알킬에테르의 비율은, 캐패시터가 적용되는 기기에 따라서 다르지만, 5중량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 10∼30중량%로 하는 것이 더 바람직하다. 5중량% 미만이면, 내전압 특성을 향상시키는 효과가 작고, 30중량%를 넘으면, 비용이 높아지는 경향이 있다. 또한, 내부 저항이 커지거나 가스 발생이 현재화(顯在化)하거나 하는 경우가 있다.Although the ratio of the alkyl fluoride occupies in the whole nonaqueous solvent changes with the apparatus to which a capacitor is applied, it is preferable to set it as 5 weight% or more, and it is more preferable to set it as 10-30 weight%. If it is less than 5 weight%, the effect of improving breakdown voltage characteristics is small, and if it exceeds 30 weight%, there exists a tendency for cost to become high. In addition, the internal resistance may increase or gas generation may be present.

상기의 전극과 비수 전해액을 이용하는 것에 의해, 예를 들면 2.1V 이상 혹은 2.5V를 넘는 정격 전압, 더욱이 3V 이상의 정격 전압을 가지는 내전압 특성이 뛰어난 전기 이중층 캐패시터를 얻는 것이 가능하다. 다만, 인가 전압이 3.5V를 넘으면, 제1 혹은 제2 바인더가 종류에 따라서 분해하여, 가스 발생의 원인이 되기 때문에, 정격 전압은 3.5V 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 높은 내전압 특성을 가지는 바인더를 이용하는 것에 의해, 4.7V 정도의 내전압 특성을 달성하는 것도 가능하다.By using the electrode and the nonaqueous electrolyte, it is possible to obtain an electric double layer capacitor having excellent withstand voltage characteristics having, for example, a rated voltage of 2.1 V or more or 2.5 V or more, and a voltage rating of 3 V or more. However, if the applied voltage exceeds 3.5V, the first or second binder decomposes depending on the type, causing gas generation. Therefore, the rated voltage is preferably 3.5V or less. On the other hand, by using a binder having a high withstand voltage characteristic, it is also possible to achieve a breakdown voltage characteristic of about 4.7V.

다음에, 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Next, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to a following example.

≪실시예 1≫`` Example 1 ''

여러 도전층 및 활물질층의 조성을 가진 EDLC용 전극을 제작하여, 평가했다.EDLC electrodes having compositions of various conductive layers and active material layers were produced and evaluated.

(a)제1 슬러리(a) first slurry

표 1에 나타내는 도전층의 조성에 따라서, 재료를 믹서로 혼합하고, 20℃에서의 점도가 1000mPa·s인 제1 슬러리를 조제했다.According to the composition of the conductive layer shown in Table 1, the material was mixed with the mixer and the 1st slurry whose viscosity in 20 degreeC is 1000 mPa * s was prepared.

재료를 이하에 상세하게 나타낸다.The material is shown in detail below.

흑연(소입자군):체적 입도 분포가 6㎛에 피크를 가지며(평균 입자지름 6㎛), 90체적% 이상이 입자지름 3∼7㎛인 입자Graphite (small particle group): Particles having a volume particle size distribution having a peak at 6 mu m (average particle diameter 6 mu m) and having a volume diameter of at least 90 volume% of 3 to 7 mu m

흑연(대입자군):체적 입도 분포가 18㎛에 피크를 가지며(평균 입자지름 18㎛), 90체적% 이상이 입자지름 10∼20㎛인 입자Graphite (large particle group): Particles having a volume particle size distribution having a peak at 18 mu m (average particle diameter 18 mu m) and having a particle diameter of 10-20 mu m or more at 90 vol% or more

슬러리 안정제:이소프렌술폰산기를 가진 수용성 폴리머Slurry Stabilizer: Water-Soluble Polymer with IsopreneSulfonic Acid Group

제1 바인더 First binder

FA:불소화 아크릴레이트 에멀젼 FA: Fluorinated Acrylate Emulsion

SBR:스티렌부타디엔라텍스 SBR: Styrene Butadiene Latex

CMC:카르복시메틸셀룰로오스 CMC: carboxymethyl cellulose

PI:용제형 폴리이미드 PI: Solvent Type Polyimide

PTFE:폴리테트라플루오로에틸렌 PTFE: Polytetrafluoroethylene

PVDF:폴리불화비닐리덴PVDF: polyvinylidene fluoride

PAI:폴리아미드이미드 PAI: Polyamideimide

EC:에틸셀룰로오스EC: ethyl cellulose

(b)제2 슬러리(b) a second slurry

표 2에 나타내는 활물질층의 조성에 따라서, 재료를 믹서로 혼합하고, 20℃에서의 점도가 1500mPa·s인 제2 슬러리를 조제했다.According to the composition of the active material layer shown in Table 2, the material was mixed with the mixer and the 2nd slurry whose viscosity in 20 degreeC is 1500 mPa * s was prepared.

재료를 이하에 상세하게 나타낸다. The material is shown in detail below.

제2 바인더Second binder

TA:트리아진TA: triazine

그 외의 제2 바인더의 상세한 것은 제1 바인더와 동일하다. The detail of another 2nd binder is the same as that of a 1st binder.

활물질:활성탄, 평균 입자지름 8㎛ Active material: activated carbon, average particle diameter 8 μm

AB:아세틸렌블랙, 일차 입자 지름 0.03㎛ AB: Acetylene black, primary particle diameter 0.03 micrometer

KB:케첸블랙, 일차 입자 지름 0.03㎛KB: Ketjen Black, primary particle diameter 0.03㎛

두께 20㎛의 알루미늄박의 한쪽의 주면에, 제1 슬러리를 도포하고, 두께 35㎛의 도전 도막을 형성하여, 제1 건조를 행하였다. 그 후, 도전 도막의 표면에, 제2 슬러리를 도포하고, 두께 130㎛의 활물질 도막을 형성하여, 제2 건조를 행하였다. 계속해서, 알루미늄박 다른쪽의 주면에, 제1 슬러리를 도포하고, 두께 35㎛의 도전 도막을 형성하여, 제1 건조를 행하였다. 그 후, 도전 도막의 표면에, 제2 슬러리를 도포하고, 두께 130㎛의 활물질 도막을 형성하여, 제2 건조를 행하였다. 제1 건조 및 제2 건조는, 모두 동일한 방식으로, 하기와 같이, 복사 또는 대류 건조를 행하였다.The 1st slurry was apply | coated to one main surface of the aluminum foil of 20 micrometers in thickness, the electrically conductive coating film of 35 micrometers in thickness was formed, and 1st drying was performed. Then, the 2nd slurry was apply | coated to the surface of a conductive coating film, the active material coating film of thickness 130micrometer was formed, and 2nd drying was performed. Then, the 1st slurry was apply | coated to the other main surface of aluminum foil, the electrically conductive coating film of 35 micrometers in thickness was formed, and 1st drying was performed. Then, the 2nd slurry was apply | coated to the surface of a conductive coating film, the active material coating film of thickness 130micrometer was formed, and 2nd drying was performed. Both the first drying and the second drying performed copying or convection drying in the same manner as follows.

복사:원적외선에 의해, 도막을 130℃에서 1분간 가열 Radiation: Heats coating film at 130 degrees Celsius for 1 minute by far infrared rays

대류:130℃의 온풍에 의해, 도막을 5분간 가열Convection: By warm air of 130 degrees Celsius, coating film is heated for five minutes

한편, 원적외선의 파장은 4∼1000㎛로 하고, 원적외선을 방사하는 열원에는 전기식 히터를 이용했다.On the other hand, the wavelength of far infrared rays was made into 4-1000 micrometers, and the electric heater was used for the heat source which radiates far infrared rays.

바인더에 열경화형 수지를 사용한 경우(시료 번호 11,15)는, 건조의 최종 단계에서 경화 처리로서 200℃에서 30분의 열처리를 실시했다.When thermosetting resin was used for the binder (Sample Nos. 11 and 15), heat treatment was performed at 200 ° C. for 30 minutes as a curing treatment at the final stage of drying.

[평가][evaluation]

(ⅰ)상호확산층의 유무(Iv) Presence of mutual diffusion layer

전극의 집전체의 면방향에 수직인 단면의 SEM 사진을 촬영하여, 상호확산층의 유무를 확인하였다. 구체적으로는, 도전층과 활물질층 사이의 계면의 거칠기의 최대 높이 Rmax를 구했다.A SEM photograph of a cross section perpendicular to the plane direction of the current collector of the electrode was taken to confirm the presence or absence of the interdiffusion layer. Specifically, the maximum height Rmax of the roughness of the interface between the conductive layer and the active material layer was determined.

최대 높이 Rmax가 13㎛ 이상인 경우는 「○」,When the maximum height Rmax is 13 µm or more, "○",

최대 높이 Rmax가 10㎛ 이상, 13㎛ 미만인 경우는 「△」,When the maximum height Rmax is 10 µm or more and less than 13 µm, "△",

최대 높이 Rmax가 10㎛ 미만인 경우는 「×」로 표 3에 표기했다. When maximum height Rmax was less than 10 micrometers, it showed in Table 3 by "x".

(ⅱ)밀착성(Ii) adhesion

활물질층의 표면에 테이프를 붙여, 그 일단에 용수철저울을 부착하고, 1초간에 2mm의 속도로 인장하였다. 벗겨졌을 때의 최대 강도의 읽기를 밀착 강도로 하였다. 동일한 측정을 3회 행하여(n=3), 평균을 취했다.A tape was attached to the surface of the active material layer, a spring balance was attached to one end thereof, and tension was performed at a speed of 2 mm for one second. The reading of the maximum intensity at the time of peeling was made into adhesive strength. The same measurement was performed 3 times (n = 3) and the average was taken.

230gf/cm 이상의 경우는 「○」, In the case of 230gf / cm or more `` ○ '',

180gf/cm 이상 230gf/cm 미만의 경우는 「△」, In the case of 180gf / cm or more and less than 230gf / cm, "△",

180gf/cm 미만의 경우는 「×」로 표 3에 표기했다.In the case of less than 180 gf / cm, it indicated in Table 3 by "x".

(ⅲ)표면 균열Surface cracks

제2 건조 종료후의 전극의 개관을 관측했다. The overview of the electrode after completion of the second drying was observed.

균열이 관측된 경우는 「○」When a crack is observed `` ○ ''

균열이 전혀 관측되지 않은 경우는 「×」로 표 3에 표기했다.When no crack was observed at all, it was indicated in Table 3 by "×".

(ⅳ)전해액의 함침성(Iii) Impregnation of electrolyte

프로필렌카보네이트(PC)에 TEABF4(붕불화테트라에틸암모늄)를 1mol/L의 농도로 용해해, 비수 전해액을 조제했다. 얻어진 전해액 1㎛L를 전극에 적하하고, 함침된 것이 시각적으로 확인될 때까지의 시간을 측정했다. TEABF 4 (tetraethylammonium fluoride) was dissolved in propylene carbonate (PC) at a concentration of 1 mol / L to prepare a nonaqueous electrolyte solution. 1 micrometer L of the obtained electrolyte solution was dripped at the electrode, and time until the impregnation was visually confirmed was measured.

5초 이내에 전해액이 완전하게 함침된 경우는 「○」,If the electrolyte is completely impregnated within 5 seconds, "○",

5초를 넘고, 15초 이내에 전해액이 완전하게 함침된 경우는 「△」로 표 3에 표기했다. When the electrolyte solution was completely impregnated within 5 seconds and exceeded 15 seconds, it was indicated in Table 3 by "(triangle | delta)."

(ⅴ)3V에서의 ESR(Iii) ESR at 3V

각 전극을 이용하여, 18mmØ 50L형 50F 권회형 EDLC를 제작하여, Agilent사 제품 LCR 미터 「E4284A」를 이용하여, 주파수 1KHz, 전류 1mA의 조건으로 ESR를 측정했다. 결과를 표 3에 나타낸다.Using each electrode, 18 mm 50 L type 50F wound EDLC was produced and ESR was measured on the conditions of 1 KHz and 1 mA of current using the ACRENT LCR meter "E4284A". The results are shown in Table 3.

(ⅵ)내전압 특성(Iii) withstand voltage characteristics

상기에서 이용한 EDLC에 대해서, 70℃에서, 3V의 전압을 연속 인가하고, 300시간 경과 후에, EDLC가 팽창하여, 누액 등의 이상의 유무를 조사했다.About EDLC used above, at 70 degreeC, the voltage of 3V was continuously applied, and after 300 hours, EDLC expanded, and the presence or absence of abnormality, such as leakage, was investigated.

가스 발생에 의한 팽창이나 누액을 일으키지 않은 경우는 「○」, When no expansion or leakage occurs due to gas generation, `` ○ '',

약간의 팽창이 관측된 경우는 「△」When slight expansion is observed, "△"

명백히 팽창 또는 누액이 관측된 경우는 「×」로 표 3에 표기했다. Obviously, expansion or leakage was observed in Table 3 as "x".

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

도 2a, 도 2b 및 도 2c는, 각각 비교예에 관한 시료 번호 8, 비교예에 관한 시료 번호 12 및 실시예에 관한 시료 번호 5의 전극의 단면 SEM 사진의 예이다. 도 2b에서는, 도전층과 활물질층 사이에 상호확산층이 형성되어 있지 않은데 비하여, 도 2c에서는 상호확산층이 형성되고 있는 모습이 보인다.2A, 2B, and 2C are examples of cross-sectional SEM photographs of electrodes of Sample No. 8, Comparative Example No. 12, and Sample No. 5 according to the Example, respectively, of Comparative Examples. In FIG. 2B, the interdiffusion layer is formed between the conductive layer and the active material layer, whereas in FIG. 2C, the interdiffusion layer is formed.

다음에, 도 2c에 나타낸 시료를 예로 들어, 최대 높이 Rmax를 구하는 방법에 대하여 상술한다.Next, a method of obtaining the maximum height Rmax will be described in detail by taking the sample shown in FIG. 2C as an example.

[최대 높이 Rmax의 측정][Measurement of Maximum Height Rmax]

먼저, 전극의 집전체의 면방향으로 수직인 단면의 SEM 사진을 촬영한다. 배율은 1000배로 하고, 디지털 카메라로 화상을 촬영한다. 그 때, 축척 기준선(10㎛)을 동화상에 표시시킨다(도 2c). 상기 단면에는, 도전성 탄소 입자와 활물질입자의 경계가 관측되는 이 화상을 퍼스널 컴퓨터에 넣어, 화상 처리 등에 의해, 도전성 탄소 입자와 활물질입자의 경계에 거칠기 곡선(곡선(a))을 그린다.First, a SEM photograph of a cross section perpendicular to the plane direction of the current collector of the electrode is taken. The magnification is 1000 times, and an image is taken with a digital camera. At that time, the scale reference line (10 mu m) is displayed on the moving image (FIG. 2C). In this cross section, this image in which the boundary between the conductive carbon particles and the active material particles is observed is put into a personal computer, and a roughness curve (curve a) is drawn on the boundary between the conductive carbon particles and the active material particles by image processing or the like.

다음에, 축척 기준선(10㎛)의 화상상의 길이(예를 들면 xcm)를 측정하여, 80㎛상당 길이 L(L=8xcm)의 표준선(b)을 2개 화상상에 그린다. 이들 2개의 표준선을 집전체의 면방향과 평행하게 배치하여, 곡선(a)의 산정부와 곡저부에 접하도록 이동시킨다(도 3 참조). 얻어진 선을 각각 산정선 및 곡저선이라 한다. 산정선으로부터 곡저선에 수직선을 그어, 산정선과 곡저선의 간격의 길이 T를 구한다(도 4 참조). 길이 T를, 축척 기준선을 이용하여 실제의 길이로 환산하여, 최대 높이 Rmax-n로 한다.Next, the length (for example, xcm) of the image image of the scale reference line (10 micrometers) is measured, and the standard line b of 80 micrometers equivalent length L (L = 8xcm) is drawn on two images. These two standard lines are arrange | positioned in parallel with the surface direction of an electrical power collector, and are moved so that it may contact the peak part of a curve (a), and a valley part (refer FIG. 3). The obtained line is called a calculation line and a curve line, respectively. A vertical line is drawn from the calculation line to the curve, and the length T of the interval between the calculation line and the curve is obtained (see Fig. 4). Length T is converted into actual length using the scale reference line, and it is set as maximum height Rmax-n.

상기의 조작을 1매의 SEM사진에 대해서, 우측 기준과 좌측 기준의 2개소에서 행하여(N=2), Rmax-1과 Rmax-2의 평균치를 Rmax-12로 한다. 우측 기준의 경우, 길이 L의 표준선의 우단을 SEM사진의 우단에 일치시켜 상기 조작을 행하고, 좌측 기준의 경우는, 길이 L의 표준선의 좌단을 SEM 사진의 좌단에 일치시켜 상기 조작을 행한다. 동일한 조작을 3매의 SEM 사진에 대하여 반복하여, 3개의 Rmax-12의 평균치를 구하고(N=6), Rmax로 한다.The above operation is performed at two positions of the right reference and the left reference for one SEM photograph (N = 2), and the average value of Rmax-1 and Rmax-2 is set to Rmax-12. In the case of the right reference, the above operation is performed by matching the right end of the standard line of length L with the right end of the SEM photograph. In the case of the left reference, the above operation is performed by matching the left end of the standard line of length L with the left end of the SEM photograph. The same operation is repeated with respect to three SEM photographs, and the average value of three Rmax-12 is calculated | required (N = 6), and it is set as Rmax.

시료 번호 1, 2, 5 및 6에 대하여 얻어진 최대 높이 Rmax의 데이터를 표 4에 나타낸다. 또한, 복사 방식 대신에 대류 방식으로 건조를 행한 점 이외에는, 시료 번호 1, 6과 마찬가지로 제작한 전극(시료 번호 1-2, 6-2)의 최대 높이 Rmax의 데이터, 또한 소입자군/ 대입자군의 중량비를 5/95로 한 점 이외에는, 시료 번호 1, 2, 5 및 6과 같이 제작한 전극(시료 번호 19)의 최대 높이 Rmax의 데이터도 동시에 나타낸다. Table 4 shows the data of the maximum height Rmax obtained for the sample numbers 1, 2, 5, and 6. In addition, the data of the maximum height Rmax of the electrode (sample numbers 1-2, 6-2) produced similarly to sample numbers 1 and 6, and the small particle group / large particle except the point which dried by the convection method instead of the radiation method. Except that the weight ratio of the group was 5/95, the data of the maximum height Rmax of the electrodes (Sample No. 19) produced as in Sample Nos. 1, 2, 5, and 6 are also shown simultaneously.

Figure pat00004
Figure pat00004

[고찰][Review]

복사열에 의해 도막을 건조시킨 경우, 어떠한 평가 결과든 양호했지만, 온풍으로 건조시킨 경우에는, 상호확산층이 형성되지 않고, 어떠한 평가 결과든 불충분하였다.When the coating film was dried by radiant heat, any evaluation result was good, but when drying by warm air, the interdiffusion layer was not formed and any evaluation result was insufficient.

도전층의 흑연 입자의 소입자군만, 또는 대입자군만으로 한 경우에 비하여, 이것을 소정 비율로 병용한 경우에는, 상호확산층의 형성이 향상되고, 3V 내전압 특성도 향상했다. 여기에는 도전층과 활물질층의 밀착성이 향상한 것이 영향을 미치고 있다고 생각된다. As compared with the case where only the small particle group or the large particle group of the graphite particles of the conductive layer were used, the formation of the interdiffusion layer was improved and the 3V withstand voltage characteristics were also improved when this was used in combination at a predetermined ratio. The improvement of the adhesiveness of a conductive layer and an active material layer is considered to have an influence here.

도전층을 형성하지 않은 비교예의 전극(No.8)에서는, 저항이 커져, 내전압 특성도 크게 열화했다. 이로부터, 도전층이 전극의 저항의 저하와 내전압 특성의 향상에 크게 공헌하고 있는 것이 인정된다.In the electrode (No. 8) of the comparative example in which the conductive layer was not formed, the resistance was large, and the withstand voltage characteristic was also greatly deteriorated. From this, it is recognized that the conductive layer greatly contributes to the reduction of the resistance of the electrode and the improvement of the breakdown voltage characteristic.

바인더로서 아크릴레이트 수지 또는 셀룰로오스 수지를 이용한 경우에 특히 양호한 특성을 얻을 수 있다. 특히 셀룰로오스 수지를 이용한 경우, 슬러리 안정성이 뛰어나고, 성막성이 양호하였다. SBR를 이용하면, 3V 내전압 특성이 약간 저하했지만, 불소화 아크릴레이트, PTFE 또는 PVDF를 이용한 경우에 비하여, 교류 저항(ESR)이 작아졌다. PTFE, PVDF 등의 불소 수지를 이용한 경우, 전해액의 함침성이 약간 저하하고, 충분한 밀착성을 확보하기 위한 바인더량이 비교적 많아지는 경향이 보였다. Particularly good characteristics can be obtained when an acrylate resin or a cellulose resin is used as the binder. In particular, in the case of using a cellulose resin, the slurry stability was excellent, and the film forming property was good. When SBR was used, the 3V withstand voltage characteristics were slightly lowered, but the AC resistance (ESR) was smaller than when fluorinated acrylate, PTFE or PVDF was used. When fluorine resins, such as PTFE and PVDF, were used, the impregnation of electrolyte solution fell slightly, and the binder amount for ensuring sufficient adhesiveness tended to become comparatively large.

바인더로서 아크릴레이트 수지, 폴리이미드, 폴리아미드이미드 또는 셀룰로오스 수지를 이용한 경우에 특히 양호한 특성을 얻을 수 있었다. 셀룰로오스 수지는, 특히 집전체와 도막과의 밀착성을 향상시키는데 유효했다.Especially when the acrylate resin, polyimide, polyamideimide, or cellulose resin was used as a binder, the favorable characteristic was acquired. The cellulose resin was especially effective in improving the adhesiveness of an electrical power collector and a coating film.

바인더의 보조제로서 트리아진을 첨가하면, 접착성의 더큰 향상이 보이고, 특히 내전압 특성에 현저한 향상이 보였다. When triazine was added as an auxiliary agent for the binder, further improvement in adhesion was observed, and in particular, remarkable improvement in withstand voltage characteristics was seen.

한편, 상기 실시예에서는, EDLC에 대하여 설명했지만, 본 발명을 의사 캐패시터나 이차전지의 전극에 대해서도 EDLC용 전극과 같은 방법으로 제조할 수 있기 때문에, 이들에 적용하여도 동일한 효과를 기대할 수 있다. On the other hand, in the above embodiment, the EDLC has been described. However, the present invention can also be manufactured in the same manner as the EDLC electrode for the pseudo capacitor or the secondary battery electrode, and thus the same effect can be expected even when applied to them.

본 발명에 관한 전기 화학 소자용 전극은, 저항이 낮고, 대전류 특성 및 내전압 특성이 뛰어나기 때문에, 여러 용도에 적용할 수 있다. 그 중에서도 자동차나 크레인 등의 건설기계와 같은 대형 산업 기계에 적용되는 대형 전기 화학 소자에서 유효하다.Since the electrode for electrochemical elements which concerns on this invention is low in resistance, and excellent in a large current characteristic and withstand voltage characteristic, it is applicable to various uses. Among them, it is effective in large electrochemical devices applied to large industrial machines such as construction machines such as automobiles and cranes.

본 발명에 의하면, 2.5V 이상의 높은 내전압 특성을 가진 전극을 얻을 수 있지만, 본 발명은 2.1V 이상의 유지 전압(CCV:Closed Circuit voltage)이 요구되는 전기 화학 소자에도 당연하게 적용할 수 있다. 이러한 전기 화학 소자로서 예를 들면 100A이상의 대전류에서의 충방전이 가능한 대형의 전기 이중층 캐패시터를 들 수 있다.According to the present invention, an electrode having a high withstand voltage characteristic of 2.5 V or more can be obtained, but the present invention can be naturally applied to an electrochemical device requiring a sustained voltage (CCV: Closed Circuit voltage) of 2.1 V or more. As such an electrochemical element, the large electric double layer capacitor which can charge and discharge at high electric current of 100 A or more is mentioned, for example.

본 발명을 현 시점에서의 바람직한 실시형태에 관하여 설명했지만, 그러한 개시를 한정적으로 해석해서는 안된다. 여러 가지 변형 및 개변은, 상기 개시를 읽는 것에 의해서 본 발명에 속하는 기술 분야에서의 당업자에게는 틀림없이 명백해질 것이다. 따라서, 첨부한 청구의 범위는, 본 발명의 진정한 정신 및 범위로부터 일탈하지 않고, 모든 변형 및 개변을 포함한다고 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described with respect to preferred embodiments at this point in time, such disclosure should not be interpreted limitedly. Various modifications and variations will be apparent to those skilled in the art upon reading the above disclosure. Accordingly, the appended claims should be construed as including all modifications and alterations without departing from the true spirit and scope of the present invention.

1 집전체
2 활물질층
3 도전층
4 상호확산층
1 current collector
2 active material layer
3 conductive layers
4 Interdiffusion Layer

Claims (12)

집전체와,
상기 집전체의 표면에 형성되고, 또한 도전성 탄소 입자와 제1 바인더를 함유한 도전층과,
상기 도전층의 표면에 형성되고, 또한 활물질 입자와 제2 바인더를 함유한 활물질층을 구비하고,
상기 도전성 탄소 입자가, 소입자군과 대입자군을 포함하고,
상기 소입자군의 체적 입도 분포의 피크가 3∼7㎛의 범위에 있고,
상기 대입자군의 체적 입도 분포의 피크가 10∼20㎛의 범위에 있으며,
상기 소입자군과 상기 대입자군의 중량 비율(소입자군/대입자군)이, 95/5∼50/50이고,
상기 도전층과 상기 활물질층 사이의 계면은, 최대 높이 Rmax가 10㎛ 이상인 거칠기를 가진, 전기 화학 소자용 전극.
With the whole house,
A conductive layer formed on the surface of the current collector and further comprising conductive carbon particles and a first binder;
It is formed on the surface of the said conductive layer, and further comprises the active material layer containing active material particle and a 2nd binder,
The said electroconductive carbon particle contains a small particle group and a large particle group,
The peak of the volume particle size distribution of the said small particle group exists in the range of 3-7 micrometers,
The peak of the volume particle size distribution of the said large particle group exists in the range of 10-20 micrometers,
The weight ratio (small particle group / large particle group) of the said small particle group and the said large particle group is 95/5-50/50,
The interface between the said conductive layer and the said active material layer has the roughness whose maximum height Rmax is 10 micrometers or more, The electrode for electrochemical elements.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 바인더 및 제2 바인더가, 각각, 탄소간 이중 결합을 갖지 않으며, 또한 160℃ 이상의 융점을 가진 열가소성 수지, 또는 Tg가 260℃ 이상의 열경화형 수지 경화물을 포함한, 전기 화학 소자용 전극.The method according to claim 1, wherein the first binder and the second binder, each having no carbon double bond, a thermoplastic resin having a melting point of 160 ° C or more, or Tg comprises a thermosetting resin cured product of 260 ° C or more, Electrochemical device electrode. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 바인더 및 제2 바인더가, 각각, 올레핀계 수지, 합성 고무 및 불소 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함한, 전기 화학 소자용 전극.The electrode for electrochemical elements according to claim 1, wherein the first binder and the second binder each include at least one member selected from the group consisting of olefin resins, synthetic rubbers, and fluororesins. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 바인더의 양이, 상기 도전성 탄소 입자 100중량부에 대하여, 3∼6중량부이고, 상기 제2 바인더의 양이, 상기 활물질입자 100중량부에 대하여, 3∼6중량부인, 전기 화학 소자용 전극.The amount of the said 1st binder is 3-6 weight part with respect to 100 weight part of said electroconductive carbon particles, The quantity of the said 2nd binder is the said active material particle in any one of Claims 1-3. The electrode for electrochemical elements which is 3-6 weight part with respect to 100 weight part. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 도전층 및 상기 활물질층의 적어도 한쪽이, 트리아진환을 가진 화합물을, 0.5∼3중량% 포함한, 전기 화학 소자용 전극.The electrode for electrochemical elements according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of the conductive layer and the active material layer contains 0.5 to 3 wt% of a compound having a triazine ring. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성 탄소 입자가, 흑연 재료인, 전기 화학 소자용 전극.The electrode for electrochemical elements as described in any one of Claims 1-3 whose said electroconductive carbon particle is a graphite material. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 활물질입자가, 활성탄, 흑연, 규소, 규소 화합물, 천이 금속 화합물 또는 수소 흡장 합금인, 전기 화학 소자용 전극.The electrode for electrochemical elements according to any one of claims 1 to 3, wherein the active material particles are activated carbon, graphite, silicon, a silicon compound, a transition metal compound, or a hydrogen storage alloy. (ⅰ)집전체의 표면에, 도전성 탄소 입자와, 제1 바인더와, 제1 액상 성분을 함유한 제1 슬러리를 도포하여, 도전 도막을 형성하는 공정,
(ⅱ)상기 도전 도막을 복사열에 의해 가열하여, 상기 도전 도막으로부터 상기 제1 액상 성분을 휘발시키는 공정,
(ⅲ)상기 공정(ⅱ) 후에, 상기 도전 도막의 표면에, 활물질입자와, 제2 바인더와, 제2 액상 성분을 함유한 제2 슬러리를 도포하여, 활물질 도막을 형성하는 공정,
(ⅳ)상기 도전 도막과 상기 활물질 도막의 적층체를, 복사열 및 온풍의 적어도 하나로 건조시키는 공정을 가지며,
상기 도전성 탄소 입자가, 소입자군과 대입자군을 포함하고,
상기 소입자군의 체적 입도 분포의 피크가 3∼7㎛의 범위에 있고,
상기 대입자군의 체적 입도 분포의 피크가 10∼20㎛의 범위에 있으며,
상기 소입자군과 상기 대입자군의 중량 비율(소입자군/대입자군)이, 95/5∼50/50인, 전기 화학 소자용 전극의 제조방법.
(Iii) applying the first slurry containing conductive carbon particles, a first binder, and a first liquid component to the surface of the current collector to form a conductive coating film,
(Ii) heating the conductive coating film by radiant heat to volatilize the first liquid component from the conductive coating film,
(Iii) after the step (ii), applying a second slurry containing active material particles, a second binder, and a second liquid component to the surface of the conductive coating film to form an active material coating film;
(Iii) a step of drying the laminate of the conductive coating film and the active material coating film with at least one of radiant heat and warm air,
The said electroconductive carbon particle contains a small particle group and a large particle group,
The peak of the volume particle size distribution of the said small particle group exists in the range of 3-7 micrometers,
The peak of the volume particle size distribution of the said large particle group exists in the range of 10-20 micrometers,
The weight ratio (small particle group / large particle group) of the said small particle group and the said large particle group is 95/5-50/50 The manufacturing method of the electrode for electrochemical elements.
제 8 항에 있어서, 상기 공정(ⅱ)에서, 상기 도전 도막의 건조 상태를, 지촉 건조 상태로 하고,
상기 공정(ⅲ)에서, 상기 지촉 건조 상태의 상기 도전 도막의 표면에, 상기 제2 슬러리를 도포하는, 전기 화학 소자용 전극의 제조방법.
The method according to claim 8, wherein in the step (ii), the dry state of the conductive coating film is made into a dry contact state,
The manufacturing method of the electrode for electrochemical elements which apply | coats a said 2nd slurry to the surface of the said electrically conductive coating film of the said contact-dry state in the said process (iii).
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 탄소간 이중 결합을 갖지 않으며, 또한 160℃ 이상의 융점을 가진 열가소성 수지, 또는 Tg가 260℃ 이상의 열경화형 수지를 상기 제1 바인더 또는 상기 제2 바인더로서 함유한 용액, 분산액 또는 에멀젼과, 상기 도전성 탄소 입자 또는 상기 활물질입자를 혼합하여, 상기 제1 슬러리 또는 상기 제2 슬러리를 조제하는, 전기 화학 소자용 전극의 제조방법.The thermoplastic resin having no melting point between carbons and having a melting point of 160 ° C or higher, or Tg containing a thermosetting resin of 260 ° C or higher as the first binder or the second binder. The manufacturing method of the electrode for electrochemical elements which mixes a solution, a dispersion liquid, or an emulsion, and the said electroconductive carbon particle or the said active material particle, and prepares the said 1st slurry or the said 2nd slurry. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 올레핀계 수지, 고무 성상 고분자 및 불소 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유한 용액, 분산액 또는 에멀젼과, 상기 도전성 탄소 입자 또는 상기 활물질입자를 혼합하여, 상기 제1 슬러리 또는 상기 제2 슬러리를 조제하는, 전기 화학 소자용 전극의 제조방법.The solution, dispersion or emulsion containing at least one selected from the group consisting of an olefin resin, a rubber-like polymer and a fluorine resin, and the conductive carbon particles or the active material particles are mixed with each other. The manufacturing method of the electrode for electrochemical elements which prepares the said 1st slurry or the said 2nd slurry. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 제1 슬러리 및 상기 제2 슬러리에, 이소프렌술폰산기를 가진 안정제를 첨가하는, 전기 화학 소자용 전극의 제조방법.The manufacturing method of the electrode for electrochemical elements of Claim 8 or 9 which adds the stabilizer which has isoprene sulfonic acid group to the said 1st slurry and the said 2nd slurry.
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