JP2011134589A - Manufacturing method of electrode for secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of reducing the increased reactive resistance (interface resistance), while preventing corrosion of an electrode collector in forming an electrode active material layer using an aqueous paste, and to provide a manufacturing method of an electrode excellent in the electrical performance by using such a technique. <P>SOLUTION: The present invention provides a manufacturing method of an electrode for a secondary battery in which an electrode active material layer mainly consisting of an electrode active material is formed on an electrode collector. The method includes applying a nonaqueous solvent with a specific gravity greater than water on the top surface of the electrode collector to form a barrier layer consisting of the nonaqueous solvent, applying an aqueous paste consisting of at least a mixture of the electrode active material and an aqueous solvent on the top surface of the barrier layer, and evaporating the nonaqueous solvent that forms the barrier layer. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、水系溶媒を用いて成るペースト状組成物から形成された活物質層を備える電極の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an electrode including an active material layer formed from a paste-like composition formed using an aqueous solvent.

リチウム二次電池(例えばリチウムイオン電池)、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、あるいはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウム二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして今後益々の需要増大が見込まれている。
この種のリチウム二次電池の一つの典型的な構成では、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出し得る電極活物質を主成分とする電極活物質層(具体的には、正極活物質層および負極活物質層)が電極集電体の表面に保持された構成の電極を備える。
例えば、正極の場合、予めリチウム遷移金属複合酸化物等の正極活物質を高導電性材料の粉末(導電材)および結着材等とともに適当な溶媒中で混合して正極活物質層形成用のペースト状組成物(ペースト状組成物にはスラリー状組成物が包含される。以下同じ。)を調製しておき、該組成物を正極集電体に塗布することにより正極活物質層が形成される。
Lithium secondary batteries (for example, lithium ion batteries), nickel metal hydride batteries, and other secondary batteries are becoming increasingly important as on-vehicle power supplies or personal computers and portable terminals. In particular, a lithium secondary battery that is lightweight and has a high energy density is expected to increase in the future as it is preferably used as a high-output power source mounted on a vehicle.
In one typical configuration of this type of lithium secondary battery, an electrode active material layer (specifically, a positive electrode active material layer and an electrode active material layer mainly composed of an electrode active material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions). The negative electrode active material layer is provided with an electrode having a configuration in which the negative electrode active material layer is held on the surface of the electrode current collector.
For example, in the case of a positive electrode, a positive electrode active material such as a lithium transition metal composite oxide is mixed in advance with a highly conductive material powder (conductive material) and a binder in an appropriate solvent to form a positive electrode active material layer. A positive electrode active material layer is formed by preparing a paste-like composition (a paste-like composition includes a slurry-like composition; the same applies hereinafter) and applying the composition to a positive electrode current collector. The

上記ペースト状組成物を調製する際に混合する溶媒として、水系溶媒を使用することがある。水系溶媒を用いて成るペースト状組成物(以下、「水性ペースト」という。)は、有機溶剤を用いて成るペースト状組成物に比べて、有機溶剤およびそれに伴う産業廃棄物が少なくて済み、尚且つそのための設備及び処理コストが発生しないことから総じて環境負荷が低減される利点を有する。   An aqueous solvent may be used as a solvent to be mixed when preparing the paste composition. A paste-like composition using an aqueous solvent (hereinafter referred to as “aqueous paste”) requires less organic solvent and accompanying industrial waste as compared with a paste-like composition using an organic solvent. Therefore, since there is no equipment and processing costs for that purpose, there is an advantage that the environmental load is generally reduced.

ところで、リチウム遷移金属複合酸化物等の正極活物質を含む水性ペーストは、酸化物等を構成するリチウムイオンが水系溶媒中に溶出することによりアルカリ性を呈するものとなりやすい。かかる水性ペーストを金属製の正極集電体、例えばアルミニウム製の正極集電体に塗布すると、アルカリによる腐食が起こり、正極集電体の表面に酸化アルミニウムによる被膜が過剰に形成されて、電池の内部抵抗が増大する虞がある。かかる問題に対応すべく、従来技術として、特許文献1が挙げられる。特許文献1には、集電体の表面にカップリング剤を塗布することによって集電体の腐食を防止し得る技術が記載されている。   By the way, an aqueous paste containing a positive electrode active material such as a lithium transition metal composite oxide tends to exhibit alkalinity when lithium ions constituting the oxide or the like are eluted into an aqueous solvent. When such an aqueous paste is applied to a positive electrode current collector made of metal, for example, a positive electrode current collector made of aluminum, corrosion due to alkali occurs, and a film of aluminum oxide is excessively formed on the surface of the positive electrode current collector. Internal resistance may increase. In order to cope with such a problem, Patent Document 1 is cited as a prior art. Patent Document 1 describes a technique that can prevent corrosion of a current collector by applying a coupling agent to the surface of the current collector.

特開2008−153053号公報JP 2008-153053 A

しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、水性ペーストを用いて電極集電体の腐食を防止することができるものの、電極活物質層形成後には、もはや不要となったカップリング剤層が電極集電体と電極活物質層との間に存在し続けることにより、該カップリング剤層自体が界面抵抗の原因となり得る。
そこで、本発明は、上述した従来の課題を解決すべく創出されたものであり、その目的は、反応抵抗(界面抵抗)の増加を抑制しつつ水性ペーストを用いて電極活物質層を形成する際の電極集電体の腐食を防止し得る技術を提供することであり、かかる技術を適用して電気的性能に優れる電極の製造方法を提供することである。また、そのような製法で得られた電極を備える二次電池及び該二次電池を備える車両を提供することを他の目的とする。
However, although the technique described in Patent Document 1 can prevent corrosion of the electrode current collector using an aqueous paste, the coupling agent layer that is no longer required after the electrode active material layer is formed is an electrode. By continuing to exist between the current collector and the electrode active material layer, the coupling agent layer itself can cause interface resistance.
Therefore, the present invention has been created to solve the above-described conventional problems, and its purpose is to form an electrode active material layer using an aqueous paste while suppressing an increase in reaction resistance (interface resistance). It is to provide a technique capable of preventing corrosion of the electrode current collector at the time, and to provide a method for manufacturing an electrode excellent in electrical performance by applying such technique. Another object is to provide a secondary battery including an electrode obtained by such a manufacturing method and a vehicle including the secondary battery.

上記目的を実現するべく、本発明により、電極活物質を主体とする電極活物質層が電極集電体上に形成された二次電池用電極(例えば、リチウムイオン電池等のリチウム二次電池に代表される非水電解質二次電池用の電極、典型的には正極)を製造する方法が提供される。ここで開示される製造方法は、水よりも比重の大きい非水溶剤を前記電極集電体の表面に塗布して、該非水溶剤からなるバリア層を形成すること、少なくとも前記電極活物質と水系溶媒とを混合してなる水性ペーストを前記バリア層の表面に塗布すること、前記バリア層を形成している前記非水溶剤を蒸発させること、を包含する。   In order to achieve the above object, according to the present invention, an electrode for a secondary battery in which an electrode active material layer mainly composed of an electrode active material is formed on an electrode current collector (for example, a lithium secondary battery such as a lithium ion battery). Provided is a method for producing a representative non-aqueous electrolyte secondary battery electrode (typically, a positive electrode). The production method disclosed herein includes applying a non-aqueous solvent having a specific gravity greater than that of water to the surface of the electrode current collector to form a barrier layer made of the non-aqueous solvent, and at least the electrode active material and an aqueous system. It includes applying an aqueous paste mixed with a solvent to the surface of the barrier layer and evaporating the non-aqueous solvent forming the barrier layer.

なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいい、リチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)、ニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池を包含する。
また、本明細書において「電極活物質」とは、二次電池において電荷担体となる化学種(例えば、リチウムイオン電池ではリチウムイオン)を可逆的に吸蔵および放出(典型的には挿入および離脱)可能な物質をいう。
また、本明細書において「非水溶剤」とは、一種の分子種から構成されたものでもよく、二種以上の混合物であってもよい。例えば、相互に沸点の異なる(例えば分子量が異なる)有機溶剤を2種以上混ぜて構成されるものは、ここでいう非水溶剤に包含される。
In the present specification, the term “secondary battery” refers to a battery that can be repeatedly charged, and includes so-called storage batteries such as lithium secondary batteries (typically lithium ion batteries) and nickel metal hydride batteries.
In this specification, the “electrode active material” refers to reversibly occlusion and release (typically insertion and removal) of a chemical species (for example, lithium ion in a lithium ion battery) that serves as a charge carrier in a secondary battery. A possible substance.
In the present specification, the “non-aqueous solvent” may be composed of one kind of molecular species, or may be a mixture of two or more kinds. For example, what is comprised by mixing 2 or more types of organic solvents from which a boiling point mutually differs (for example, molecular weight differs) is included by the nonaqueous solvent here.

本発明によって提供される二次電池用の電極の製造方法では、少なくとも電極活物質と水系溶媒とから調製された水性ペースト(即ち、水系溶媒を用いて成るペースト状組成物)を電極集電体に塗布する前に、水よりも比重の大きい非水溶剤を電極集電体に塗布して非水溶剤からなるバリア層を形成しており、その後バリア層を蒸発させている。
このように、非水溶剤を予め電極集電体に塗布することで、例えば電極活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物を用いた水性ペーストのようにアルカリ性になりやすい水性ペーストを上記電極集電体に塗布する場合であっても、該電極集電体と水性ペーストとの反応(アルカリ腐食反応等)が防止される。また、水性ペーストを塗布した後に非水溶剤を蒸発させることで、水性ペーストを乾燥させてなる電極活物質層が電極集電体上に形成されたときには、電極集電体と電極活物質層との間に反応抵抗を増加させ得る材料が介在しなくなる。このため、反応抵抗の増加を抑制しつつ電極集電体と電極活物質層との高い密着性も実現される。
従って、本発明によると、水性ペーストを用いて電極活物質層を形成する際に電極集電体の腐食を防止すると共に、反応抵抗の増大が回避されて電気的性能に優れる電極を製造し得る方法を提供することができる。
In the method for producing an electrode for a secondary battery provided by the present invention, an aqueous paste prepared from at least an electrode active material and an aqueous solvent (that is, a paste-like composition comprising an aqueous solvent) is used as an electrode current collector. Prior to coating, a non-aqueous solvent having a specific gravity greater than that of water is applied to the electrode current collector to form a barrier layer made of the non-aqueous solvent, and then the barrier layer is evaporated.
Thus, by applying a non-aqueous solvent to the electrode current collector in advance, an aqueous paste that tends to be alkaline, such as an aqueous paste using a lithium transition metal composite oxide as an electrode active material, is used. Even when it is applied to the electrode, the reaction between the electrode current collector and the aqueous paste (alkali corrosion reaction or the like) is prevented. In addition, when the electrode active material layer formed by drying the aqueous paste is formed on the electrode current collector by evaporating the non-aqueous solvent after the aqueous paste is applied, the electrode current collector, the electrode active material layer, There is no intervening material that can increase the reaction resistance. Therefore, also it realized high adhesion while suppressing the increase in the reaction resistance and the electrode current collector and the electrode active material layer.
Therefore, according to the present invention, when forming an electrode active material layer using an aqueous paste, the electrode current collector can be prevented from being corroded, and an increase in reaction resistance can be avoided to produce an electrode excellent in electrical performance. A method can be provided.

ここで開示される製造方法の好適な一態様では、前記水性ペーストを前記バリア層の表面に塗布する前に、該バリア層の表面に親水化処理を施すことを包含する。このように、非水溶剤からなるバリア層の表面に親水化処理を施すことにより、該バリア層の水性ペーストに対する濡れ性を向上させることができる。これにより、バリア層上に水性ペーストがより定着しやすくなり、水性ペーストのはじきを防止することができる。   A preferred embodiment of the production method disclosed herein includes subjecting the surface of the barrier layer to a hydrophilic treatment before applying the aqueous paste to the surface of the barrier layer. Thus, the wettability with respect to the aqueous paste of this barrier layer can be improved by performing the hydrophilic treatment to the surface of the barrier layer which consists of a non-aqueous solvent. As a result, the aqueous paste is more easily fixed on the barrier layer, and repelling of the aqueous paste can be prevented.

ここで開示される製造方法の好適な一態様では、前記非水溶剤を蒸発させることは、該非水溶剤の表面に塗布された前記水性ペーストの乾燥処理と同時に行われる。非水溶剤からなるバリア層と該バリア層上に塗布された水性ペーストを同時に乾燥(非水溶剤は蒸発)させるため、乾燥工程が一度で済み工程の削減が実現される。   In a preferred aspect of the production method disclosed herein, evaporating the non-aqueous solvent is performed simultaneously with the drying treatment of the aqueous paste applied to the surface of the non-aqueous solvent. Since the barrier layer made of the non-aqueous solvent and the aqueous paste applied on the barrier layer are simultaneously dried (the non-aqueous solvent evaporates), the drying process is completed once, and the number of processes can be reduced.

ここで開示される製造方法の好適な一態様では、少なくとも前記非水溶剤の表面に塗布された水性ペーストの乾燥が完了するよりも前(典型的にはペースト塗布物の全水分の50%以上、例えば60%〜90%、特に好ましくは70%〜80%の水分が消失したとき)に、前記非水溶剤の蒸発を完了させる。このように、水性ペーストの乾燥が完了する前に非水溶剤の蒸発を完了させることで、水性ペーストが乾燥されてなる電極活物質層と電極集電体との間の高い密着性が実現される。   In a preferred embodiment of the production method disclosed herein, at least before the drying of the aqueous paste applied to the surface of the non-aqueous solvent is completed (typically 50% or more of the total water content of the paste applied product). E.g., when 60% to 90%, particularly preferably 70% to 80% of the water has disappeared), the evaporation of the non-aqueous solvent is completed. Thus, by completing the evaporation of the non-aqueous solvent before the drying of the aqueous paste is completed, high adhesion between the electrode active material layer formed by drying the aqueous paste and the electrode current collector is realized. The

ここで開示される製造方法の好適な一態様では、前記電極集電体は、アルミニウム材またはその合金で構成されている。アルミニウム材またはその合金は、リチウム二次電池等の電極集電体(特に正極集電体)として好ましい種々の特性を有する一方、アルカリ性の水性ペーストによる腐食を受けやすい性質がある。従って、電極集電体を構成する材料がアルミニウム材またはその合金である電極を製造する場合には、電極集電体の表面に非水溶剤を塗布してバリア層を予め形成させるという本発明の構成を採用することによる効果が特に発揮され得る。   In one preferred embodiment of the manufacturing method disclosed herein, the electrode current collector is composed of aluminum material or an alloy thereof. An aluminum material or an alloy thereof has various properties preferable as an electrode current collector (particularly a positive electrode current collector) such as a lithium secondary battery, and has a property of being easily corroded by an alkaline aqueous paste. Therefore, when manufacturing an electrode in which the material constituting the electrode current collector is an aluminum material or an alloy thereof, a barrier layer is formed in advance by applying a nonaqueous solvent to the surface of the electrode current collector. The effect by employ | adopting a structure can be exhibited especially.

ここで開示される製造方法の好適な一態様では、前記非水溶剤は、フッ素を構成元素として含むフッ素系有機溶剤である。フッ素系有機溶剤は、水よりも比重が大きいという性質があり、典型的なフッ素有機溶剤は水と混合しない(疎水性を有する)性質を有する。従って、電極集電体と水性ペーストとの間にバリア層を予め形成させるという本発明の構成を採用することによる効果が特に発揮され得る。
また、かかるフッ素系有機溶剤を使用した場合には、該溶剤を蒸発させた際にフッ素が残留して、結果、電極集電体上には、該電極集電体と電極活物質層との間にC−F結合が存在するようにC−F結合を構成する化合物が形成、配置され得る。かかるC−F結合の存在により、乾燥が完了した後の電極活物質層は、電極中の水分量を低減することができる。従って、このような電極を用いて電池を形成すると、初期充電時の不可逆容量を低減することができるという効果も得られる。
従って、本発明の他の側面として、電極活物質を主体とする電極活物質層が電極集電体上に形成された二次電池用電極を提供する。すなわち、本発明によって提供される二次電池用電極は、前記電極集電体と前記電極活物質層との間にC−F結合を含む化合物を有する。
In a preferred aspect of the production method disclosed herein, the non-aqueous solvent is a fluorinated organic solvent containing fluorine as a constituent element. The fluorinated organic solvent has a property that the specific gravity is larger than that of water, and a typical fluorinated organic solvent does not mix with water (has a hydrophobic property). Therefore, the effect of adopting the configuration of the present invention in which a barrier layer is formed in advance between the electrode current collector and the aqueous paste can be particularly exhibited.
In addition, when such a fluorine-based organic solvent is used, fluorine remains when the solvent is evaporated. As a result, the electrode current collector and the electrode active material layer are formed on the electrode current collector. compound constituting the C-F bonds such that there is C-F bond is formed, may be disposed between. Due to the presence of the C—F bond, the electrode active material layer after the drying is completed can reduce the amount of moisture in the electrode. Therefore, when a battery is formed using such an electrode, the effect that the irreversible capacity at the time of initial charge can be reduced is also obtained.
Therefore, as another aspect of the present invention, there is provided an electrode for a secondary battery in which an electrode active material layer mainly composed of an electrode active material is formed on an electrode current collector. That is, the electrode for a secondary battery provided by the present invention has a compound containing a C—F bond between the electrode current collector and the electrode active material layer.

また、本発明によると、ここで開示されるいずれかの方法により製造された二次電池用電極或いはここで開示される二次電池用電極を用いて構築された二次電池(例えばリチウム二次電池)が提供される。かかる二次電池は、上記二次電池用電極を少なくとも一方の電極(好ましくは正極)に用いて構築されていることから、より良好な電池性能を示すものであり得る。   Further, according to the present invention, the secondary battery electrode manufactured by any of the methods disclosed herein or the secondary battery constructed using the secondary battery electrode disclosed herein (for example, a lithium secondary battery). Battery). Since the secondary battery is constructed by using the secondary battery electrode as at least one electrode (preferably positive electrode), it can exhibit better battery performance.

このような二次電池は、例えば自動車等の車両に搭載される電池として好適である。従って本発明によると、ここで開示されるいずれかの二次電池を備える車両が提供される。特に、軽量で高出力が得られることから、上記二次電池がリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)であって、該リチウム二次電池を動力源(典型的には、ハイブリッド車両または電気車両の動力源)として備える車両(例えば自動車)が好適である。   Such a secondary battery is suitable as a battery mounted on a vehicle such as an automobile. Therefore, according to the present invention, a vehicle including any of the secondary batteries disclosed herein is provided. In particular, since the lightweight and high output can be obtained, the secondary battery is a lithium secondary battery (typically a lithium ion battery), and the lithium secondary battery is used as a power source (typically a hybrid vehicle). A vehicle (for example, an automobile) provided as a power source of an electric vehicle is preferable.

一実施形態に係る電極製造装置の概略構成を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically schematic structure of the electrode manufacturing apparatus which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る電極(正極)の製造方法における製造中間過程を説明するための集電体の模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view of a current collector for explaining a manufacturing intermediate process in the manufacturing method of the electrode according to the embodiment (the positive electrode). 一実施形態に係る電極(正極)の製造方法における製造中間過程を説明するための集電体の模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view of a current collector for explaining a manufacturing intermediate process in the manufacturing method of the electrode according to the embodiment (the positive electrode). 一実施形態に係る電極(正極)の製造方法における製造中間過程を説明するための集電体の模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view of a current collector for explaining a manufacturing intermediate process in the manufacturing method of the electrode according to the embodiment (the positive electrode). 一実施形態に係る電極(正極)の製造方法における製造中間過程を説明するための集電体の模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view of a current collector for explaining a manufacturing intermediate process in the manufacturing method of the electrode according to the embodiment (the positive electrode). 一実施形態に係る正極集電体と正極活物質層との界面の状態を模式的に示す説明図である。The state of the interface between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer according to one embodiment is an explanatory view schematically showing. 一実施形態に係るリチウム二次電池の外形を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the external shape of the lithium secondary battery which concerns on one Embodiment. 図3中のIV−IV線に沿う縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which follows the IV-IV line in FIG. 本発明に係るリチウム二次電池を備えた車両(自動車)を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the vehicle (automobile) provided with the lithium secondary battery which concerns on this invention.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事項は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. It should be noted that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

ここで開示される二次電池用の電極を製造する方法の好適な実施形態の一つとして、電極集電体の表面に電極活物質層が形成されたリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)用の正極を製造する方法を例にして詳細に説明するが、本発明の適用対象をかかる電極または電池に限定することを意図したものではない。   As a preferred embodiment of a method for producing an electrode for a secondary battery disclosed herein, a lithium secondary battery (typically a lithium secondary battery) in which an electrode active material layer is formed on the surface of an electrode current collector. A method for producing a positive electrode for an ion battery will be described in detail by way of example, but the application target of the present invention is not intended to be limited to such an electrode or battery.

以下、本実施形態に係るリチウム二次電池の正極の各構成要素について説明する。本実施形態に係るリチウム二次電池用の正極は、従来と同様の構成をとり得る。かかる正極を構成する正極集電体としては、従来のリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)の正極に用いられている集電体と同様、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。例えば、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金を用いることができる。正極集電体の形状は、リチウム二次電池の形状等に応じて異なり得るため、特に制限はなく、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態であり得る。典型的にはシート状のアルミニウム製の正極集電体が用いられる。   Hereinafter, each component of the positive electrode of the lithium secondary battery according to the present embodiment will be described. The positive electrode for a lithium secondary battery according to the present embodiment can have the same configuration as the conventional one. As a positive electrode current collector constituting such a positive electrode, a conductive material made of a metal having good conductivity is used as in the current collector used in the positive electrode of a conventional lithium secondary battery (typically, a lithium ion battery). A member is preferably used. For example, aluminum or an alloy containing aluminum as a main component can be used. The shape of the positive electrode current collector can vary depending on the shape of the lithium secondary battery, and is not particularly limited, and may be various forms such as a rod shape, a plate shape, a sheet shape, a foil shape, and a mesh shape. Typically, a sheet-like positive electrode current collector made of aluminum is used.

次に、上記正極集電体の表面に形成される正極活物質層を構成する材料について説明する。
本実施形態に係る正極の正極活物質層を構成する正極活物質としては、本発明の目的を実現し得る性状の正極活物質である限りにおいて、その組成や形状に特に制限はない。典型的な正極活物質として、リチウムおよび少なくとも1種の遷移金属元素を含む複合酸化物が挙げられる。例えば、コバルトリチウム複合酸化物(LiCoO)、ニッケルリチウム複合酸化物(LiNiO)、マンガンリチウム複合酸化物(LiMn)、あるいは、ニッケル・コバルト系のLiNiCo1−x(0<x<1)、コバルト・マンガン系のLiCoMn1−x(0<x<1)、ニッケル・マンガン系のLiNiMn1−x(0<x<1)やLiNiMn2−x(0<x<2)で表わされるような、遷移金属元素を2種含むいわゆる二元系リチウム含有複合酸化物、或いは、遷移金属元素を3種含むニッケル・コバルト・マンガン系のような三元系リチウム含有複合酸化物でもよい。
また、上記正極活物質として一般式がLiMAO(ここでMは、Fe,Co,NiおよびMnから成る群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、Aは、P,Si,SおよびVから成る群から選択される元素である。)で表記されるポリアニオン型化合物も好ましく用いられる。上記一般式においてAがP及び/又はSiであるもの(例えば、LiFePO、LiFeSiO、LiCoPO、LiCoSiO、LiFe0.5Co0.5PO、LiFe0.5Co0.5SiO、LiMnPO、LiMnSiO、LiNiPO、LiNiSiO)が特に好ましいポリアニオン型化合物として挙げられる。
Next, a description will be given material constituting the positive electrode active material layer formed on a surface of the positive electrode current collector.
The positive electrode active material constituting the positive electrode active material layer of the positive electrode according to the present embodiment is not particularly limited in composition and shape as long as it is a positive electrode active material having properties that can achieve the object of the present invention. Typical positive electrode active material, composite oxides containing lithium and at least one transition metal element. For example, cobalt lithium composite oxide (LiCoO 2 ), nickel lithium composite oxide (LiNiO 2 ), manganese lithium composite oxide (LiMn 2 O 4 ), or nickel-cobalt-based LiNi x Co 1-x O 2 ( 0 <x <1), cobalt / manganese-based LiCo x Mn 1-x O 2 (0 <x <1), nickel / manganese-based LiNi x Mn 1-x O 2 (0 <x <1) and LiNi as represented by x Mn 2-x O 4 ( 0 <x <2), a so-called binary lithium-containing composite oxide containing two kinds of transition metal elements, or nickel cobalt containing three transition metal elements A ternary lithium-containing composite oxide such as manganese may be used.
The positive electrode active material has a general formula of LiMAO 4 (where M is at least one metal element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn, and A is P, Si, S and is an element selected from the group consisting of V. polyanionic compound are expressed in) it is also preferably used. In the above general formula, A is P and / or Si (for example, LiFePO 4 , LiFeSiO 4 , LiCoPO 4 , LiCoSiO 4 , LiFe 0.5 Co 0.5 PO 4 , LiFe 0.5 Co 0.5 SiO 4 given as LiMnPO 4, LiMnSiO 4, LiNiPO 4 , LiNiSiO 4) is particularly preferred polyanionic compound.

このような正極活物質を構成する化合物は、例えば、従来公知の方法で調製し、提供することができる。例えば、原子組成に応じて適宜選択されるいくつかの原料化合物を所定のモル比で混合し、当該混合物を適当な手段で所定温度で焼成することによって該酸化物を調製することができる。また、焼成物を適当な手段で粉砕、造粒および分級することにより、所望する平均粒径および/または粒径分布を有する二次粒子によって実質的に構成された粒状の正極活物質粉末を得ることができる。なお、正極活物質(リチウム含有複合酸化物粉末等)の調製方法自体は本発明を何ら特徴付けるものではない。   The compound which comprises such a positive electrode active material can be prepared and provided by a conventionally well-known method, for example. For example, the oxide can be prepared by mixing several raw material compounds appropriately selected according to the atomic composition at a predetermined molar ratio and firing the mixture at a predetermined temperature by an appropriate means. Further, the fired product is pulverized, granulated and classified by an appropriate means to obtain a granular positive electrode active material powder substantially composed of secondary particles having a desired average particle size and / or particle size distribution. be able to. It should be understood that characterizes any out process itself present invention of the positive electrode active material (lithium-containing composite oxide powder and the like).

また、本実施形態に係る正極に形成される正極活物質層に導電材を含ませる場合には、導電材としては、従来この種の二次電池で用いられているものであればよく、特定の導電材に限定されない。例えばカーボン粉末やカーボンファイバー等のカーボン材料を用いることができる。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック)、グラファイト粉末、等のカーボン粉末を用いることができる。これらのうち一種又は二種以上を併用してもよい。   In addition, when a conductive material is included in the positive electrode active material layer formed on the positive electrode according to the present embodiment, the conductive material may be any material that has been conventionally used in this type of secondary battery. It is not limited to the conductive material. For example, carbon materials such as carbon powder and carbon fiber can be used. As the carbon powder, various carbon blacks (for example, acetylene black, furnace black, ketjen black), graphite powder, and the like can be used. Among these, you may use together 1 type, or 2 or more types.

さらに、本実施形態に係る正極に形成される正極活物質層に含まれる結着材(バインダ)としては、上記正極活物質層を形成する組成物として水性ペースト(典型的にはペースト状またはスラリー状に調製された組成物、以下、正極活物質層形成用ペーストともいう。)を用いるため、水に溶解または分散するポリマー材料を好ましく採用し得る。水に溶解する(水溶性の)ポリマー材料としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、酢酸フタル酸セルロース(CAP)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)等のセルロース系ポリマー;ポリビニルアルコール(PVA);等が例示される。また、水に分散する(水分散性の)ポリマー材料としては、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重含体(PFA)等のフッ素系樹脂;酢酸ビニル共重合体;スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム類等が例示される。   Furthermore, as a binder (binder) contained in the positive electrode active material layer formed in the positive electrode according to the present embodiment, an aqueous paste (typically a paste or slurry) is used as the composition for forming the positive electrode active material layer. Therefore, a polymer material that dissolves or disperses in water can be preferably employed. Cellulose polymers such as carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), etc .; polyvinyl alcohol (PVA) And the like are exemplified. Examples of polymer materials that can be dispersed in water (water-dispersible) include fluorine-based polymers such as polyethylene oxide (PEO), polytetrafluoroethylene (PTFE), and tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA). Resins; vinyl acetate copolymers; rubbers such as styrene butadiene rubber (SBR).

ここで、「水性ペースト」とは、活物質の分散媒として水または水を主体とする混合溶媒(水系溶媒)を用いた組成物を指す概念である。該混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒(低級アルコール、低級ケトン等)の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。   Here, the “aqueous paste” is a concept indicating a composition using water or a mixed solvent mainly composed of water (aqueous solvent) as a dispersion medium of the active material. As the solvent other than water constituting the mixed solvent, one or more organic solvents (lower alcohol, lower ketone, etc.) that can be uniformly mixed with water can be appropriately selected and used.

次に、本実施形態に係るリチウム二次電池用の正極(典型的には正極シート)の製造方法について図1および図2A〜図2Dを参照しつつ説明する。
図1に示すように本実施形態に係る電極製造装置200は、大まかにいって、巻出ロール205、非水溶剤塗布部220、親水化処理部225、ペースト塗布部230、乾燥炉235及び巻取ロール210を備える。
図1に示すように、まず厚さ10μm〜30μm程度のアルミニウム製のシート状正極集電体(電極集電体)62を用意する。そして、正極集電体62を巻出ロール205から送り出して、非水溶剤塗布部220において正極集電体62の表面全体に非水溶剤(水よりも比重の大きい非水溶剤)を塗布して、非水溶剤からなるバリア層63を形成する(図2A参照)。
Next, the manufacturing method of the positive electrode (typically positive electrode sheet) for lithium secondary batteries which concerns on this embodiment is demonstrated, referring FIG. 1 and FIG. 2A-FIG. 2D.
As shown in FIG. 1, the electrode manufacturing apparatus 200 according to this embodiment is roughly divided into an unwinding roll 205, a non-aqueous solvent application unit 220, a hydrophilic treatment unit 225, a paste application unit 230, a drying furnace 235, and a winding unit. A take-up roll 210 is provided.
As shown in FIG. 1, first, an aluminum sheet-like positive electrode current collector (electrode current collector) 62 having a thickness of about 10 μm to 30 μm is prepared. Then, the positive electrode current collector 62 is sent out from the unwinding roll 205, and a nonaqueous solvent (nonaqueous solvent having a specific gravity larger than water) is applied to the entire surface of the positive electrode current collector 62 in the nonaqueous solvent application unit 220. Then, a barrier layer 63 made of a non-aqueous solvent is formed (see FIG. 2A).

非水溶剤としては、水よりも比重が大きいものを好適に用いることができる。特に水と相溶性がない(即ち水と混合しない)ものが好ましい。典型例として、フッ素系有機溶剤、即ちCとFとから構成される直鎖式のポリマー(典型的には、パーフルオロカーボン、或いはハイドロフルオロカーボン、或いはハイドロクロロフルオロカーボン等)又はそれらの混合物が挙げられる。例えば、住友スリーエム社製、商品名「フロリナート(登録商標)」を好適に用いることができる。
ここで、後述する水性ペーストの乾燥が完了するよりも前に、非水溶剤の蒸発を完了させるために非水溶剤の沸点を調節することが好ましい。非水溶剤の沸点としては、100℃〜150℃程度であることが好ましい。非水溶剤の沸点を調節する方法としては、例えば、非水溶剤の分子量を調節する方法が挙げられる。例えば、非水溶剤としてパーフルオロカーボン(例えば上述した「フロリナート(登録商標)」)を用いる場合には、直鎖炭素数が8〜10のパーフルオロカーボンであることが好ましい。直鎖炭素数が上記範囲よりも小さすぎる場合には、非水溶剤の沸点が低くなりすぎて蒸発が早く完了する虞がある。このため、非水溶剤の蒸発が完了したときに、水性ペーストは未だ十分な溶媒(典型的には水)を含んでおりアルカリ性を呈する溶媒が正極集電体に接触することで腐食反応が起こる虞がある。一方、直鎖炭素数が上記範囲よりも大きすぎる場合には、非水溶剤の沸点が高くなりすぎて蒸発が遅く完了する虞がある。このため、水性ペーストが完全に乾燥して正極活物質層が形成された際に、正極集電体と正極活物質層との間に未だ非水溶剤が存在し、その後に非水溶剤の蒸発が完了するため、正極集電体と正極活物質層との密着性が低下してしまう虞がある。
As the non-aqueous solvent, a solvent having a specific gravity greater than that of water can be suitably used. In particular, those not compatible with water (that is, not mixed with water) are preferable. A typical example is a fluorine-based organic solvent, that is, a linear polymer composed of C and F (typically perfluorocarbon, hydrofluorocarbon, hydrochlorofluorocarbon, etc.) or a mixture thereof. For example, the product name “Florinato (registered trademark)” manufactured by Sumitomo 3M Limited can be suitably used.
Here, it is preferable to adjust the boiling point of the non-aqueous solvent in order to complete the evaporation of the non-aqueous solvent before the drying of the aqueous paste described below is completed. The boiling point of the nonaqueous solvent is preferably about 100 ° C to 150 ° C. As a method of adjusting the boiling point of the nonaqueous solvent, for example, a method of controlling the molecular weight of water-insoluble agents. For example, when perfluorocarbon (for example, “Fluorinart (registered trademark)” described above) is used as the non-aqueous solvent, it is preferably a perfluorocarbon having 8 to 10 linear carbon atoms. When the linear carbon number is too smaller than the above range, the boiling point of the non-aqueous solvent becomes too low and the evaporation may be completed quickly. For this reason, when the evaporation of the non-aqueous solvent is completed, the aqueous paste still contains sufficient solvent (typically water), and the corrosion reaction occurs when the alkaline solvent comes into contact with the positive electrode current collector. There is a fear. On the other hand, if the straight-chain carbon number is too larger than the above range, the boiling point of the non-aqueous solvent becomes too high and the evaporation may be completed late. For this reason, when the aqueous paste is completely dried to form the positive electrode active material layer, a non-aqueous solvent still exists between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer, and then the non-aqueous solvent evaporates. Therefore, the adhesion between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer may be reduced.

非水溶剤の塗布量は、非水溶剤からなるバリア層の厚さが1μm〜5μm程度となるように塗布することが好ましい(例えば、0.16mg/cm〜0.8mg/cm)。さらに好ましくはバリア層の厚さが2μm〜3μm程度である(例えば、0.32mg/cm〜0.48mg/cm)。バリア層の厚さが5μmよりも大きすぎると、バリア層(非水溶剤)の表面に対して後述する親水化処理を施して、親水化処理が施されて濡れ性が向上したバリア層上に水性ペーストを塗布しても、バリア層と水性ペーストとがうまく結着せずに水性ペーストがはじかれてしまう虞がある。一方、バリア層の厚さが1μmよりも小さすぎると、塗布した水性ペーストが親水化処理を施したバリア層(非水溶剤)を突き破り集電体表面に接触して腐食が発生する虞がある。
なお、非水溶剤塗布部220において非水溶剤を塗布する方法としては、例えば、グラビアコーター、スリットコーター、ダイコーター等の適当な塗付装置を使用することにより、正極集電体62に上記非水溶剤を塗布することができる。
It is preferable to apply the non-aqueous solvent so that the thickness of the barrier layer made of the non-aqueous solvent is about 1 μm to 5 μm (for example, 0.16 mg / cm 2 to 0.8 mg / cm 2 ). More preferably, the thickness of the barrier layer is about 2 μm to 3 μm (for example, 0.32 mg / cm 2 to 0.48 mg / cm 2 ). If the thickness of the barrier layer is more than 5 μm, the surface of the barrier layer (non-aqueous solvent) is subjected to a hydrophilization treatment which will be described later, and the hydrophilic layer is applied to the barrier layer whose wettability is improved. Even if the aqueous paste is applied, the barrier layer and the aqueous paste may not be well bound and the aqueous paste may be repelled. On the other hand, if the thickness of the barrier layer is less than 1 μm, the applied aqueous paste may break through the barrier layer (non-aqueous solvent) that has been subjected to a hydrophilic treatment and contact the current collector surface to cause corrosion. .
In addition, as a method of applying the non-aqueous solvent in the non-aqueous solvent application unit 220, for example, by using an appropriate application device such as a gravure coater, a slit coater, or a die coater, the non-aqueous solvent is applied to the positive electrode current collector 62. An aqueous solvent can be applied.

このようにして形成された非水溶剤からなるバリア層63は、一般に極性官能基を実質的に有しないため疎水性が高い傾向にあり撥水性を呈する傾向にある。このような疎水性のバリア層に水系ペーストを付与すると、上記バリア層の該水系ペーストに対する濡れ性が低いため、付与された水性ペーストの厚さ(ひいては乾燥後に得られる正極活物質層の厚さ)が場所によって不均一になりがちである。
そこで、図1に示すように、上記非水溶剤からなるバリア層63を形成した後に、親水化処理部225において該バリア層63の表面に親水化処理を施す(図2B参照)ことが好ましい。かかる親水化処理の典型例として、上記バリア層63に極性官能基(本実施形態ではヒドロキシ基)65を導入する処理を好ましく採用することができる。上記極性官能基の好適例として、酸素(O)を含む極性官能基(ヒドロキシ基、カルボキシル基、アルデヒド基、ケト基等)が挙げられる。特にヒドロキシ基およびカルボキシル基から選択される少なくとも一種を導入可能な親水化処理を行うことが効果的である。上記酸素を含む極性官能基を導入する親水化処理は、酸素を含む化学種(例えば、酸素ガス(O)、オゾン(O)、酸化物イオン(O2−)、酸素ラジカル、酸素プラズマ等)を上記バリア層63に供給することを含む処理であり得る。かかる化学種は、例えば、上記バリア層63に対してコロナ放電処理、プラズマ処理、紫外線照射処理等を適用する(典型的には、酸素を含む雰囲気下で上記処理を行う)ことによって該バリア層63の表面に供給され得る。
The barrier layer 63 made of a non-aqueous solvent thus formed generally has substantially no polar functional group and thus tends to have high hydrophobicity and water repellency. When an aqueous paste is applied to such a hydrophobic barrier layer, since the wettability of the barrier layer with respect to the aqueous paste is low, the thickness of the applied aqueous paste (and thus the thickness of the positive electrode active material layer obtained after drying) ) Tends to be non-uniform depending on the location.
Therefore, as shown in FIG. 1, after forming the barrier layer 63 made of the non-aqueous solvent, it is preferable to perform a hydrophilic treatment on the surface of the barrier layer 63 in the hydrophilic treatment section 225 (see FIG. 2B). As a typical example of the hydrophilization treatment, a treatment for introducing a polar functional group (hydroxy group in this embodiment) 65 into the barrier layer 63 can be preferably employed. Preferable examples of the polar functional group include polar functional groups containing oxygen (O) (hydroxy group, carboxyl group, aldehyde group, keto group, etc.). In particular, it is effective to perform a hydrophilization treatment capable of introducing at least one selected from a hydroxy group and a carboxyl group. The hydrophilic treatment for introducing the polar functional group containing oxygen includes chemical species containing oxygen (for example, oxygen gas (O 2 ), ozone (O 3 ), oxide ion (O 2− ), oxygen radical, oxygen plasma. Or the like) to the barrier layer 63. For example, such a chemical species is applied to the barrier layer 63 by applying a corona discharge treatment, a plasma treatment, an ultraviolet irradiation treatment, or the like (typically, the treatment is performed in an atmosphere containing oxygen). 63 surfaces can be supplied.

次に、正極活物質(例えばコバルト酸リチウム粒子)と、導電材(例えばグラファイト)と、結着材(例えばCMC)とを所定の溶媒(例えばイオン交換水)に分散させてなる水性ペースト(即ち正極活物質層形成用ペースト)67を調製する。
そして、図1に示すように、ペースト塗布部230において、調製した水性ペースト67を親水化処理が施されたバリア層63上に塗布する(図2C参照)。上記ペースト塗布部230において水性ペースト67を塗布する方法としては、従来公知の方法と同様の技法を適宜採用することができる。例えば、スリットコーター、ダイコーター、グラビアコーター等の適当な塗付装置を使用することにより、バリア層63上に上記水性ペースト67を好適に塗付することができる。
Next, an aqueous paste obtained by dispersing a positive electrode active material (for example, lithium cobaltate particles), a conductive material (for example, graphite), and a binder (for example, CMC) in a predetermined solvent (for example, ion-exchanged water) (that is, A positive electrode active material layer forming paste) 67 is prepared.
Then, as shown in FIG. 1, in the paste application unit 230, the prepared aqueous paste 67 is applied onto the barrier layer 63 that has been subjected to a hydrophilic treatment (see FIG. 2C). As a method of applying the aqueous paste 67 in the paste application unit 230, a technique similar to a conventionally known method can be appropriately employed. For example, the aqueous paste 67 can be suitably applied on the barrier layer 63 by using an appropriate application device such as a slit coater, a die coater, or a gravure coater.

次に、図1に示すように、水性ペースト67が塗布された正極集電体62は、テンションローラ215によって一定のテンションが加えられた状態で乾燥炉235内へと送り出される。そして、乾燥炉235において正極集電体62上に形成された非水溶剤からなるバリア層63の蒸発および水性ペースト(正極活物質層形成用ペースト)67の乾燥を同時に実施する(図2D参照)。乾燥温度は70℃〜160℃程度であり、好ましくは90℃〜110℃である。また、乾燥時間は10秒〜30秒程度であり、好ましくは22秒〜26秒である。このとき水性ペースト67の乾燥が完了するよりも前に(典型的には水性ペーストが50%以上、例えば60%〜90%、特に好ましくは70%〜80%程度乾燥したとき)、非水溶剤からなるバリア層63の蒸発が完了することが好ましい。上述したように、非水溶剤の沸点を調節することによって、水性ペースト67の乾燥が完了するよりも前にバリア層63の蒸発を完了することができる。これにより、水性ペースト67が乾燥して形成された正極活物質層64と正極集電体62との間で高い密着性を確保することができる。また、正極集電体62と正極活物質層64との間に介在していたバリア層63を蒸発させるため、正極集電体62と正極活物質層64との間の界面抵抗の増加を抑制することができる。
なお、上記乾燥する方法としては、余分な揮発成分を除去できるものであれば特に限定されない。例えば、熱風装置、各種赤外線装置、電磁誘導装置、マイクロ波装置等の適当な乾燥装置を使用することができる。
Next, as shown in FIG. 1, the positive electrode current collector 62 to which the aqueous paste 67 is applied is fed into the drying furnace 235 in a state where a certain tension is applied by the tension roller 215. Then, in the drying furnace 235, evaporation of the barrier layer 63 made of a nonaqueous solvent formed on the positive electrode current collector 62 and drying of the aqueous paste (positive electrode active material layer forming paste) 67 are simultaneously performed (see FIG. 2D). . The drying temperature is about 70 ° C to 160 ° C, preferably 90 ° C to 110 ° C. The drying time is about 10 seconds to 30 seconds, preferably 22 seconds to 26 seconds. At this time, before the drying of the aqueous paste 67 is completed (typically when the aqueous paste is dried by 50% or more, for example, 60% to 90%, particularly preferably about 70% to 80%), the non-aqueous solvent It is preferable that the evaporation of the barrier layer 63 made of is completed. As described above, by adjusting the boiling point of the non-aqueous solvent, the evaporation of the barrier layer 63 can be completed before the drying of the aqueous paste 67 is completed. Thereby, high adhesiveness can be ensured between the positive electrode active material layer 64 formed by drying the aqueous paste 67 and the positive electrode current collector 62. In addition, since the barrier layer 63 interposed between the positive electrode current collector 62 and the positive electrode active material layer 64 is evaporated, an increase in interface resistance between the positive electrode current collector 62 and the positive electrode active material layer 64 is suppressed. can do.
As a method for the drying it is not particularly limited as long as it can remove excess volatile components. For example, an appropriate drying device such as a hot air device, various infrared devices, an electromagnetic induction device, or a microwave device can be used.

図2Eは、正極集電体62と正極活物質層64との界面の状態を模式的に示す説明図である。図2Eに示すように、非水溶剤からなるバリア層63の蒸発が完了すると、正極集電体62と正極活物質層64との間にはフッ素系の非水溶剤(例えばフロリナート)に含まれるフッ素が残留し、その結果、正極集電体62と正極活物質層64との間(界面近傍)にC−F結合68が存在するように該C−F結合68を構成する化合物が存在する。かかるC−F結合68の存在によって、乾燥が完了した後の正極活物質層64は、電極中の水分量を低減することができる。従って、このような電極を用いて電池を形成すると、初期充電時の不可逆容量を低減することができる。   Figure 2E is an explanatory view showing a state of the interface between the positive electrode current collector 62 and the positive electrode active material layer 64 schematically. As shown in FIG. 2E, when the evaporation of the barrier layer 63 made of a non-aqueous solvent is completed, it is contained between the positive electrode current collector 62 and the positive electrode active material layer 64 in a fluorine-based non-aqueous solvent (for example, fluorinate). Fluorine remains, and as a result, there is a compound constituting the C—F bond 68 such that the C—F bond 68 exists between the positive electrode current collector 62 and the positive electrode active material layer 64 (near the interface). . Due to the presence of the C—F bond 68, the positive electrode active material layer 64 after the drying is completed can reduce the amount of moisture in the electrode. Therefore, when a battery is formed using such electrodes, the irreversible capacity during initial charging can be reduced.

そして、図1に示すように、正極集電体62上に正極活物質層64が形成された正極シート(正極)66を巻取ロール210で巻き取る。なお、必要に応じて上記正極活物質層64を備える正極集電体62を巻き取る前にプレス(圧縮)してもよい。プレス(圧縮)方法としては、従来公知のロールプレス法、平板プレス法等の圧縮方法を採用することができる。かかる厚さを調整するにあたり、膜厚測定器で該厚みを測定し、プレス圧を調整して所望の厚さになるまで複数回圧縮してもよい。   Then, as shown in FIG. 1, a positive electrode sheet (positive electrode) 66 in which the positive electrode active material layer 64 is formed on the positive electrode current collector 62 is wound up by a winding roll 210. In addition, you may press (compress) before winding up the positive electrode collector 62 provided with the said positive electrode active material layer 64 as needed. The press (compression) method, it can be adopted conventionally known roll press method, a method of compression platen press method. In adjusting the thickness, the thickness may be measured with a film thickness measuring instrument, and the press pressure may be adjusted to compress a plurality of times until a desired thickness is obtained.

上記製造方法によって得られた正極シート(正極)66は、その製造工程においてアルミニウム材等からなる正極集電体62の表面に非水溶剤からなるバリア層63が設けられているので、正極活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物(本実施形態ではコバルト酸リチウム粒子)を含むことでアルカリ性となり得る水性ペースト67を用いる場合であっても、水性ペースト67と正極集電体62との反応を防止することができる。また、バリア層63には親水化処理が施されているため、バリア層63の水性ペースト67に対する濡れ性が向上している。このことによって、水性ペースト67をバリア層63上に均一に塗布することができる(「はじき」の防止による塗布厚の均一化)。さらに、水性ペースト67の乾燥が完了するよりも前にバリア層63の蒸発が完了しているため、正極集電体62と密着性の高い正極活物質層64を形成することができる。   The positive electrode sheet (positive electrode) 66 obtained by the above manufacturing method is provided with a barrier layer 63 made of a non-aqueous solvent on the surface of the positive electrode current collector 62 made of an aluminum material or the like in the manufacturing process. Even when the aqueous paste 67 that can be made alkaline by including a lithium transition metal composite oxide (lithium cobaltate particles in the present embodiment) is used, the reaction between the aqueous paste 67 and the positive electrode current collector 62 is prevented. be able to. Further, since the barrier layer 63 has been subjected to a hydrophilic treatment, the wettability of the barrier layer 63 with respect to the aqueous paste 67 is improved. This makes it possible to uniformly apply the aqueous paste 67 on the barrier layer 63 (uniformity of coating thickness due to the prevention of "repelling"). Further, since the evaporation of the barrier layer 63 is completed before the drying of the aqueous paste 67 is completed, the positive electrode active material layer 64 having high adhesion with the positive electrode current collector 62 can be formed.

次に、上記正極を使用してリチウム二次電池を構築する場合の一形態について説明する。まず、上述した正極(正極シート66)と組み合わせて使用するのに適する負極、セパレータ等について説明する。負極は、従来と同様の構成をとり得る。かかる負極を構成する負極集電体としては、例えば、銅材やニッケル材或いはそれらを主体とする合金材を用いることが好ましい。負極集電体の形状は、正極の形状と同様であり得る。典型的にはシート状の銅製の負極集電体が用いられる。   Next, an embodiment in the case where a lithium secondary battery is constructed using the positive electrode will be described. First, the negative electrode suitable for use in combination with the positive electrode (positive electrode sheet 66) described above, the separator or the like will be described. The negative electrode can have the same configuration as before. As a negative electrode current collector constituting such a negative electrode, for example, a copper material, a nickel material, or an alloy material mainly composed of them is preferably used. The shape of the negative electrode current collector can be the same as the shape of the positive electrode. Typically, a sheet-like copper negative electrode current collector is used.

負極に形成される負極活物質層に含まれる負極活物質としては、リチウムを吸蔵および放出可能な材料であればよく、例えば、黒鉛(グラファイト)等の炭素材料、リチウム・チタン酸化物(LiTi12)等の酸化物材料、スズ、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、ケイ素(Si)等の金属若しくはこれらの金属元素を主体とする金属合金からなる金属材料、等が挙げられる。典型例として、黒鉛等から成る粉末状の炭素材量が挙げられる。例えば、黒鉛粒子を好ましく用いることができる。 The negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer formed on the negative electrode may be any material that can occlude and release lithium. For example, carbon materials such as graphite, lithium-titanium oxide (Li 4 Examples thereof include oxide materials such as Ti 5 O 12 ), metals such as tin, aluminum (Al), zinc (Zn), and silicon (Si), or metal materials composed of metal alloys mainly composed of these metal elements. . A typical example is the amount of powdery carbon material made of graphite or the like. For example, graphite particles can be preferably used.

負極に形成される負極活物質層には、上記負極活物質の他に、上記正極活物質層に配合され得る一種または二種以上の材料を必要に応じて含有させることができる。そのような材料として、上記の正極活物質層の構成材料として列挙したような結着材として機能し得る各種の材料を同様に使用し得る。   In addition to the negative electrode active material, the negative electrode active material layer formed on the negative electrode can contain one or more materials that can be blended in the positive electrode active material layer as necessary. As such a material, various materials that can function as a binder as listed as a constituent material of the positive electrode active material layer can be similarly used.

本実施形態に係る負極は、負極活物質と結着材等とを従来と同様の適当な溶媒(水、有機溶媒等)に分散させてなるペースト状の組成物(以下、負極活物質層形成用ペーストという)を調製する。調製した該負極活物質層形成用ペーストを負極集電体に塗布し、乾燥させた後、圧縮(プレス)することによって、負極集電体と該負極集電体上に形成された負極活物質層とを備える負極を作製することができる。   The negative electrode according to the present embodiment is a paste-like composition (hereinafter referred to as negative electrode active material layer formation) in which a negative electrode active material, a binder, and the like are dispersed in an appropriate solvent (water, organic solvent, etc.) similar to the conventional one. Preparation paste). The prepared negative electrode active material layer forming paste is applied to the negative electrode current collector, dried, and then compressed (pressed) to form the negative electrode current collector and the negative electrode active material formed on the negative electrode current collector A negative electrode provided with a layer can be produced.

また、正極と負極と共に使用されるセパレータとしては、従来と同様のセパレータを使用することができる。例えば、樹脂からなる多孔性シート(微多孔質樹脂シート)を好ましく用いることができる。かかる多孔性シートの構成材料としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン等のポリオレフィン系樹脂が好ましい。特に、PEシート、PPシート、PE層とPP層とが積層された二層構造シート、二層のPP層の間に一層のPE層が挟まれた態様の三層構造シート等、の多孔質ポリオレフィンシートを好適に使用し得る。なお、電解質として固体電解質もしくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合(すなわちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。)があり得る。   Moreover, as a separator used with a positive electrode and a negative electrode, the separator similar to the past can be used. For example, a porous sheet made of resin (a microporous resin sheet) can be preferably used. As a constituent material of such a porous sheet, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyolefin-based resins such as polystyrene are preferred. In particular, a porous structure such as a PE sheet, a PP sheet, a two-layer structure sheet in which a PE layer and a PP layer are laminated, and a three-layer structure sheet in which one PE layer is sandwiched between two PP layers. A polyolefin sheet can be suitably used. When a solid electrolyte or a gel electrolyte is used as the electrolyte, a separator may not be necessary (that is, in this case, the electrolyte itself can function as a separator).

電解質としては、従来からリチウム二次電池に用いられる非水系の電解質(典型的には電解液)と同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水系の電解質は、典型的には、適当な非水溶媒(有機溶媒)に電解質として機能し得るリチウム塩を含有させた組成を有する。上記電解質には、従来からリチウム二次電池に用いられるリチウム塩を適宜選択して使用することができる。かかるリチウム塩として、LiPF、LiClO、LiAsF、Li(CFSON、LiBF、LiCFSO等が例示される。かかる電解質は、一種のみを単独で、または二種以上を組み合わせて用いることができる。特に好ましい例として、LiPFが挙げられる。上記非水溶媒として、エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)等のカーボネート類が例示される。かかる非水溶媒は、一種のみを単独で、または二種以上を組み合わせて用いることができる。 As the electrolyte, the same electrolyte as a non-aqueous electrolyte (typically, an electrolytic solution) conventionally used for a lithium secondary battery can be used without particular limitation. Such a non-aqueous electrolyte typically has a composition in which a suitable non-aqueous solvent (organic solvent) contains a lithium salt that can function as an electrolyte. Above the electrolyte can be appropriately selected and used lithium salts conventionally used in lithium secondary batteries. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 and the like. Such electrolytes can be used alone or in combination of two or more. A particularly preferred example is LiPF 6 . Examples of the non-aqueous solvent include carbonates such as ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and propylene carbonate (PC). Such non-aqueous solvents can be used alone or in combination of two or more.

以下、上記正極シート(正極)66を備えるリチウム二次電池の一形態を図面を参照しつつ説明するが、本発明をかかる実施形態に限定することを意図したものではない。即ち、本実施形態に係る正極が採用される限りにおいて、構築されるリチウム二次電池の形状(外形やサイズ)には特に制限はない。電池外装ケースが角型形状、円筒形状等の形状でもよく、或いは小型のボタン形状であってもよい。また、外装がラミネートフィルム等で構成される薄型シートタイプであってもよい。以下の実施形態では角型形状の電池について説明する。
なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は、必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。
Hereinafter, although one form of a lithium secondary battery provided with the said positive electrode sheet (positive electrode) 66 is demonstrated, referring drawings, it does not intend limiting this invention to this embodiment. That is, as long as the positive electrode according to this embodiment is employed, the shape (outer shape and size) of the lithium secondary battery to be constructed is not particularly limited. Battery outer case square shape, may be a shape such as a cylindrical shape, or may be a small button shape. Moreover, the thin sheet | seat type comprised by a laminated film etc. may be sufficient as an exterior. In the following embodiment, a rectangular battery will be described.
In addition, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected to the member and site | part which show | plays the same effect | action, and the overlapping description may be abbreviate | omitted. Moreover, the dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each drawing does not necessarily reflect the actual dimensional relationship.

図3は、本実施形態に係るリチウム二次電池を模式的に示す斜視図である。図4は、図3中のIV−IV線に沿う縦断面図である。
図3および図4に示すように、本実施形態に係るリチウム二次電池10は、上記のリチウム二次電池構成材料(正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等)を具備する電極体50と、該電極体50および適当な非水系の電解質(典型的には電解液)を収容する角型形状(典型的には扁平な直方体形状)の電池ケース15とを備える。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the lithium secondary battery according to the present embodiment. 4 is a longitudinal sectional view taken along line IV-IV in FIG.
As shown in FIGS. 3 and 4, the lithium secondary battery 10 according to the present embodiment includes the above-described lithium secondary battery constituent materials (the active material for each positive and negative electrode, the current collector for each positive and negative electrode, the separator, etc.). An electrode body 50 is provided, and a battery case 15 having a rectangular shape (typically a flat rectangular parallelepiped shape) that accommodates the electrode body 50 and a suitable nonaqueous electrolyte (typically, an electrolyte).

ケース15は、上記扁平な直方体形状における幅狭面の一つが開口部20となっている箱型のケース本体30と、その開口部20に取り付けられて(例えば溶接されて)該開口部20を塞ぐ蓋体25とを備えている。ケース15を構成する材質としては、一般的なリチウム二次電池で使用されるものと同様のものを適宜使用することができ、特に制限はない。例えば、金属(例えばアルミニウム、スチール等)製の容器、合成樹脂(例えばポリオレフィン系樹脂等、ポリアミド系樹脂等の高融点樹脂等)製の容器等を好ましく用いることができる。本実施形態に掛かるケース15は例えばアルミニウム製である。   The case 15 includes a box-shaped case main body 30 in which one of the narrow surfaces in the flat rectangular parallelepiped shape is an opening 20, and the opening 20 is attached (for example, welded) to the opening 20. And a lid 25 for closing. As a material constituting the case 15, the same material as that used in a general lithium secondary battery can be used as appropriate, and there is no particular limitation. For example, a metal (for example, aluminum, steel, etc.) container, a synthetic resin (for example, a polyolefin resin, a high melting point resin such as a polyamide resin, etc.), or the like can be preferably used. The case 15 according to the present embodiment is made of, for example, aluminum.

蓋体25は、ケース本体30の開口部20の形状に適合する長方形状に形成されている。さらに、蓋体25には、外部接続用の正極端子60と負極端子70とがそれぞれ設けられており、これらの端子60,70の一部は蓋体25からケース15の外方に向けて突出するように形成されている。また、従来のリチウム二次電池のケースと同様に、蓋体25には、電池異常の際にケース15内部で発生したガスをケース15の外部に排出するための安全弁(図示せず)が設けられている。安全弁は、ケース15内部の圧力が所定レベルを超えて上昇したときに、開弁してケース15の外部にガスを排出する機構を備えていれば特に制限無く使用することができる。   The lid body 25 is formed in a rectangular shape that matches the shape of the opening 20 of the case body 30. Further, the lid body 25 is provided with a positive electrode terminal 60 and a negative electrode terminal 70 for external connection, respectively, and a part of these terminals 60, 70 protrudes from the lid body 25 toward the outside of the case 15. It is formed to do. Similarly to the case of the conventional lithium secondary battery, the lid 25 is provided with a safety valve (not shown) for discharging the gas generated inside the case 15 to the outside of the case 15 when the battery is abnormal. It has been. The safety valve can be used without any limitation as long as it has a mechanism that opens and discharges gas to the outside of the case 15 when the pressure inside the case 15 exceeds a predetermined level.

図4に示すように、リチウム二次電池10は、通常のリチウム二次電池と同様に捲回電極体50を備えている。電極体50は、捲回軸が横倒しとなる姿勢(すなわち、上記開口部20が捲回軸に対して横方向に位置する向き)でケース本体30に収容されている。電極体50は、長尺シート状の正極集電体62の表面に正極活物質層64が形成された正極シート(正極)66と、長尺シート状の負極集電体(電極集電体)72の表面に負極活物質層(電極活物質層)74が形成された負極シート(負極)76とを2枚の長尺状のセパレータシート80と共に重ね合わせて捲回し、得られた電極体50を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって扁平形状に形成されている。   As shown in FIG. 4, a lithium secondary battery 10 includes a wound electrode body 50 like a normal lithium secondary battery. The electrode body 50 is accommodated in the case main body 30 in a posture in which the winding axis is laid down (that is, in the direction in which the opening 20 is positioned in the lateral direction with respect to the winding axis). The electrode body 50 includes a positive electrode sheet (positive electrode) 66 having a positive electrode active material layer 64 formed on the surface of a long sheet-like positive electrode current collector 62 and a long sheet-like negative electrode current collector (electrode current collector). A negative electrode sheet (negative electrode) 76 having a negative electrode active material layer (electrode active material layer) 74 formed on the surface of 72 is overlapped with two long separator sheets 80 and wound, and the resulting electrode body 50 is obtained. It is formed into a flat shape by crushing it from the side direction and causing it to be ablated.

また、捲回される正極シート66において、その長手方向に沿う一方の端部には正極活物質層64が形成されずに正極集電体62が露出しており、一方、捲回される負極シート76においても、その長手方向に沿う一方の端部は負極活物質層74が形成されずに負極集電体72が露出している。そして、正極集電体62の上記露出している端部に正極端子60が接合され、上記扁平形状に形成された捲回電極体50の正極シート66と電気的に接続されている。同様に、負極集電体72の上記露出している端部に負極端子70が接合され、負極シート76と電気的に接続されている。なお、正負極端子60,70と正負極集電体62,72とは、例えば、超音波溶接、抵抗溶接等によりそれぞれ接合され得る。   Further, in the wound positive electrode sheet 66, the positive electrode current collector 62 is exposed without forming the positive electrode active material layer 64 at one end portion along the longitudinal direction, while the negative electrode is wound. Also in the sheet 76, the negative electrode current collector 72 is exposed at one end portion along the longitudinal direction without forming the negative electrode active material layer 74. A positive electrode terminal 60 is joined to the exposed end of the positive electrode current collector 62, and is electrically connected to the positive electrode sheet 66 of the wound electrode body 50 formed in the flat shape. Similarly, the negative electrode terminal 70 is joined to the exposed end portion of the negative electrode current collector 72 and is electrically connected to the negative electrode sheet 76. The positive and negative electrode terminals 60 and 70 and the positive and negative electrode current collectors 62 and 72 can be joined by, for example, ultrasonic welding, resistance welding, or the like.

上記構成の捲回電極体50を構成する材料および部材自体は、正極としてここで開示される正極(ここでは正極シート66)を採用する以外、従来のリチウム二次電池の電極体と同様でよく特に制限はない。   The material and member itself constituting the wound electrode body 50 having the above configuration may be the same as the electrode body of a conventional lithium secondary battery, except that the positive electrode disclosed here (the positive electrode sheet 66) is adopted as the positive electrode. There is no particular limitation.

正極シート66は、上述したようにして作製される。一方、負極シート76は、長尺状の負極集電体(例えば長尺状の銅箔)72の上に負極活物質層74を形成することによって作製される。即ち、負極活物質(例えばグラファイト)と結着材(例えばPVDF)とを有機溶媒(例えばNMP)に分散させてなる負極活物質層形成用ペーストを調製する。調製した該ペーストを負極集電体72に塗布し、乾燥させた後、圧縮(プレス)することによって負極活物質層74が形成される。なお、負極活物質層74の形成方法自体は、従来と同様でよく本発明を特徴付けるものではないため詳細な説明は省略する。   The positive electrode sheet 66 is produced as described above. On the other hand, the negative electrode sheet 76 is produced by forming a negative electrode active material layer 74 on a long negative electrode current collector (for example, a long copper foil) 72. That is, a negative electrode active material layer forming paste is prepared by dispersing a negative electrode active material (for example, graphite) and a binder (for example, PVDF) in an organic solvent (for example, NMP). The prepared paste is applied to the negative electrode current collector 72, dried, and then compressed (pressed) to form the negative electrode active material layer 74. The formation method itself of the negative electrode active material layer 74, the conventional and detailed for not characterize the present invention may be the same explanation is omitted.

上記作製した正極シート66および負極シート76を2枚のセパレータ(例えば多孔質ポリオレフィン樹脂)80と共に積み重ね合わせて捲回し、得られた捲回電極体50をケース本体30内に捲回軸が横倒しとなるように収容するとともに、適当な支持塩(例えばLiPF等のリチウム塩)を適当量(例えば濃度1M)含むECとDMCとの混合溶媒(例えば質量比1:1)のような非水電解液を注入した後、開口部20に蓋体25を装着し封止する(例えばレーザ溶接)ことによって本実施形態のリチウム二次電池10を構築することができる。 The positive electrode sheet 66 and the negative electrode sheet 76 produced above are stacked and wound together with two separators (for example, porous polyolefin resin) 80, and the wound electrode body 50 obtained is rolled into the case body 30 with its winding shaft lying sideways. Non-aqueous electrolysis such as a mixed solvent of EC and DMC (for example, a mass ratio of 1: 1) containing an appropriate amount of a supporting salt (for example, a lithium salt such as LiPF 6 ) (for example, a concentration of 1M). After injecting the liquid, the lithium secondary battery 10 of the present embodiment can be constructed by mounting the lid 25 on the opening 20 and sealing (for example, laser welding).

上述した実施形態は、リチウム二次電池の正極に対して本発明を適用したが、かかる形態に限定されず、例えば、リチウム二次電池の負極に対して本発明を適用することができる。また、リチウム二次電池に限られず、ニッケル水素電池等の二次電池の電極(正極および負極)に対しても本発明を適用することができる。   In the above-described embodiment, the present invention is applied to the positive electrode of the lithium secondary battery. However, the present invention is not limited to this embodiment, and the present invention can be applied to the negative electrode of the lithium secondary battery, for example. Further, the present invention is not limited to the lithium secondary battery, and the present invention can be applied to electrodes (positive electrode and negative electrode) of a secondary battery such as a nickel metal hydride battery.

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。   Several examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.

<実施例1に係るリチウム二次電池用正極の作製>
まず、正極集電体として厚さ15μmのアルミニウム箔を用意し、非水溶剤としてフロリナート(住友スリーエム社製、商品名「FC−3283」)を、グラビアコーターを用いてアルミニウム箔の表面に塗布してバリア層を形成した。このときの非水溶剤の塗布量は0.4mg/cmであり、バリア層の厚さは2.5μmである。そして、アルミニウム箔に塗布されたフロリナートの表面に対して親水化処理を行った。具体的には、一般的なコロナ放電処理装置を用いて大気中で150W・min/mのコロナ放電処理を行った。
次いで、正極活物質としてのLiNi0.7Co0.3Al0.03と、アセチレンブラックと、PTFEと、CMCと、PEOとの質量比が87:10:1:1:1となるように秤量し、これら材料をイオン交換水に分散させて正極活物質層形成用ペーストを調製した。該ペーストを上記親水化処理を施したバリア層の両面に、それら両面の合計塗布量が10mg/cm(固形分基準)となるように塗布した後、95℃で1分間乾燥した。乾燥後、該塗布物をプレスして正極活物質層を備える正極シートを作製した。
<Preparation of Positive Electrode for Lithium Secondary Battery According to Example 1>
First, an aluminum foil having a thickness of 15 μm was prepared as a positive electrode current collector, and florinert (manufactured by Sumitomo 3M, trade name “FC-3283”) as a non-aqueous solvent was applied to the surface of the aluminum foil using a gravure coater. Thus, a barrier layer was formed. The coating amount of the water-insoluble agent at this time was 0.4 mg / cm 2, the thickness of the barrier layer is 2.5 [mu] m. And the hydrophilization process was performed with respect to the surface of the florinate apply | coated to the aluminum foil. Specifically, a corona discharge treatment of 150 W · min / m 2 was performed in the atmosphere using a general corona discharge treatment apparatus.
Next, the mass ratio of LiNi 0.7 Co 0.3 Al 0.03 O 2 as the positive electrode active material, acetylene black, PTFE, CMC, and PEO is 87: 10: 1: 1: 1. Thus, these materials were dispersed in ion exchange water to prepare a positive electrode active material layer forming paste. The paste was applied to both surfaces of the above-described hydrophilic layer so that the total coating amount on both surfaces was 10 mg / cm 2 (based on solid content), and then dried at 95 ° C. for 1 minute. After drying, to prepare a positive electrode sheet comprising a positive electrode active material layer of the coating was pressed.

<比較例1に係るリチウム二次電池用正極の作製>
実施例1と同様の正極活物質層形成用ペースト正極活物質を、非水溶剤を塗布していない厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、それら両面の合計塗布量が10mg/cm(固形分基準)となるように塗布した後、95℃で1分間乾燥した。乾燥後、該塗布物をプレスして正極活物質層を備える正極シートを作製した。
<Preparation of Positive Electrode for Lithium Secondary Battery According to Comparative Example 1>
A positive electrode active material layer forming paste positive electrode active material similar to that in Example 1 was applied to both sides of a 15 μm thick aluminum foil not coated with a nonaqueous solvent, with a total coating amount of 10 mg / cm 2 (solid content) on both surfaces. The film was applied at a temperature of 95 ° C. for 1 minute. After drying, to prepare a positive electrode sheet comprising a positive electrode active material layer of the coating was pressed.

[剥離強度試験]
市販の引張試験機を用いて、各正極活物質層の剥離強度について評価した。
上記作製した実施例1および比較例1に係るリチウム二次電池用の正極シートを円形状にポンチで打ち抜きし、試験片をそれぞれ用意した。そして、引張試験機の架台に該試験片を固定した。このとき、該試験片は正極活物質層が鉛直方向上側になるように(アルミニウム箔)正極集電体を架台に固定した。それから、引張治具の下端部に両面テープ(φ10mm)の片面を貼付し、もう一方の面を正極活物質層に貼り付け、鉛直方向上側に0.5mm/secの速度で引張治具を引っ張りあげて、正極活物質層が正極集電体から剥がれたときの剥離強度(引張強度)[N/m]を測定した。測定結果を表1に示す。
[Peel strength test]
Using a commercial tensile tester and evaluated for peel strength of each of the positive electrode active material layer.
The positive electrode sheets for lithium secondary batteries according to Example 1 and Comparative Example 1 prepared above were punched into a circular shape with punches, and test pieces were prepared. And this test piece was fixed to the mount frame of the tensile tester. At this time, the positive electrode current collector was fixed to the gantry so that the positive electrode active material layer was on the upper side in the vertical direction (aluminum foil). Then, one side of double-sided tape (φ10mm) is attached to the lower end of the tension jig, the other side is attached to the positive electrode active material layer, and the tension jig is pulled upward at a rate of 0.5mm / sec. The peel strength (tensile strength) [N / m] when the positive electrode active material layer was peeled from the positive electrode current collector was measured. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2011134589
Figure 2011134589

表1に示すように、剥離強度試験結果によると、実施例1に係る正極シートは、比較例1に係る正極シートよりも、正極活物質層の剥離強度が大きいことが確認できた。これは、比較例1に係る正極では、正極の製造過程においてアルカリを呈する水性ペーストによって正極集電体にアルカリによる腐食が起き、腐食の際に発生した腐食ガス(典型的には水素ガス)によって正極活物質層中に空隙ができたからであり、実施例1に係る正極シートでは、アルカリによる腐食が起きなかったからである。   As shown in Table 1, according to the peel strength test result, it was confirmed that the positive electrode sheet according to Example 1 had a higher peel strength of the positive electrode active material layer than the positive electrode sheet according to Comparative Example 1. This is because, in the positive electrode according to Comparative Example 1, the positive electrode current collector is corroded by alkali due to the aqueous paste exhibiting alkali in the manufacturing process of the positive electrode, and the corrosive gas (typically hydrogen gas) generated during the corrosion occurs. This is because voids were formed in the positive electrode active material layer, and the positive electrode sheet according to Example 1 was not corroded by alkali.

<実施例2に係るリチウム二次電池の作製>
実施例1に係る正極シートを用いて、18650型のリチウム二次電池(理論容量5Ah)を以下のとおり作製した。
負極活物質としての天然黒鉛と、CMCと、SBRとの質量比が99:0.5:0.5となるように秤量し、これら材料をイオン交換水に分散させて負極活物質層形成用ペーストを調製した。該ペーストを厚さ10μmの銅箔の両面に、それら両面の合計塗布量が5mg/cm(固形分基準)となるように塗布して乾燥した後、プレスして負極シートを作製した。
非水電解液には、ECとDMCとEMCとの体積比3:5:2の混合溶媒に1mol/LのLiPFを溶解させたものを用いた。
得られた正極シートと負極シートとを、二枚のセパレータシート(ポリプロピレン製多孔質セパレータ)と共に重ね合わせて捲回し、得られた捲回電極体を扁平形状に押しつぶし、上記電解液とともに円筒型の容器に収容して実施例2に係るリチウム二次電池を作製した。
<Production of Lithium Secondary Battery According to Example 2>
Using the positive electrode sheet according to Example 1, a 18650 type lithium secondary battery (theoretical capacity: 5 Ah) was produced as follows.
Weighing so that the mass ratio of natural graphite as negative electrode active material, CMC, and SBR is 99: 0.5: 0.5, and dispersing these materials in ion-exchanged water to form a negative electrode active material layer A paste was prepared. The paste was applied to both sides of a 10 μm thick copper foil so that the total coating amount on both sides was 5 mg / cm 2 (solid content basis), dried, and then pressed to prepare a negative electrode sheet.
As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving 1 mol / L LiPF 6 in a mixed solvent of EC, DMC, and EMC in a volume ratio of 3: 5: 2 was used.
The obtained positive electrode sheet and the negative electrode sheet are rolled together with two separator sheets (polypropylene porous separator), and the obtained wound electrode body is crushed into a flat shape, and is cylindrical with the electrolyte. The lithium secondary battery which concerns on Example 2 was produced by accommodating in a container.

<比較例2に係るリチウム二次電池の作製>
比較例1に係る正極シートを用いた他は実施例2と同様にして、比較例2に係るリチウム二次電池(理論容量5Ah)を作製した。
<Production of Lithium Secondary Battery According to Comparative Example 2>
A lithium secondary battery (theoretical capacity 5 Ah) according to Comparative Example 2 was produced in the same manner as Example 2 except that the positive electrode sheet according to Comparative Example 1 was used.

[反応抵抗測定]
上記のように作製した実施例2および比較例2に係るリチウム二次電池に対して、25℃の温度条件下において適当なコンディショニング処理(0.1Cの充電レートで4.1Vまで定電流定電圧で充電する操作と、0.1Cの放電レートで3.0Vまで定電流定電圧放電させる操作を3回繰り返す初期充放電処理)を行った後、SOC80%の充電状態に調整した。そして、実施例2および比較例2に係るリチウム二次電池に対して−30℃の温度条件下において周波数10mHz〜1MHzにて交流インピーダンス法により反応抵抗を測定した。得られた抵抗値を表2に示す。
[Reaction resistance measurement]
The lithium secondary batteries according to Example 2 and Comparative Example 2 manufactured as described above were subjected to appropriate conditioning treatment under a temperature condition of 25 ° C. (constant current and constant voltage up to 4.1 V at a charging rate of 0.1 C). The initial charging / discharging process in which the operation of charging at a constant current and constant voltage discharge to 3.0 V at a discharge rate of 0.1 C was repeated three times), and then the SOC was adjusted to 80% SOC. And the reaction resistance was measured with the alternating current impedance method at the frequency of 10 mHz-1MHz on the temperature conditions of -30 degreeC with respect to the lithium secondary battery which concerns on Example 2 and Comparative Example 2. FIG. The obtained resistance values are shown in Table 2.

[低温出力測定]
実施例2および比較例2に係るリチウム二次電池に対して、定電流定電圧充電によりSOC80%に調整した。そして、−30℃の温度条件下において、かかる充電状態の各電池を40W、60W、80Wおよび100Wの定電力で放電させ、各放電電力において放電開始から電池電圧が2.5V(放電カット電圧)に低下するまでの時間(放電秒数)を測定した。その放電秒数を放電電力(W)に対してプロットし、放電秒数が2秒となる電力値(すなわち、−30℃においてSOC80%の状態から2秒間で2.5Vまで放電する出力)を求めた。得られた出力を表2に示す。
[Low temperature output measurement]
The lithium secondary battery according to Example 2 and Comparative Example 2, was adjusted to SOC 80% by the constant current and constant voltage charging. Then, under the temperature condition of −30 ° C., each battery in such a charged state is discharged at a constant power of 40 W, 60 W, 80 W and 100 W, and the battery voltage is 2.5 V (discharge cut voltage) from the start of discharge at each discharge power. The time (seconds of discharge) until the time of decrease was measured. The discharge seconds are plotted against the discharge power (W), and the power value at which the discharge seconds are 2 seconds (that is, the output from the SOC 80% state at −30 ° C. to 2.5 V in 2 seconds). Asked. The obtained output is shown in Table 2.

Figure 2011134589
Figure 2011134589

表2に示すように、低温(−30℃)での反応抵抗は、比較例2に比べて実施例2では12%低減していることが確認できた。また、低温出力測定の結果より、実施例2の出力は、比較例2の出力と比べて20%上昇していることが確認できた。
以上の測定結果をまとめると、実施例1に係る正極は、正極集電体においてアルカリによる腐食反応が発生しなかったため、正極集電体と正極活物質層との間での高い密着性を確保していることが示された。また、実施例1に係る正極を用いて構築した実施例2に係るリチウム二次電池は、反応抵抗の上昇が抑制されると共に低温出力に優れていることが示された。
As shown in Table 2, it was confirmed that the reaction resistance at a low temperature (−30 ° C.) was reduced by 12% in Example 2 as compared with Comparative Example 2. Further, from the result of the low temperature output measurement, it was confirmed that the output of Example 2 was increased by 20% compared with the output of Comparative Example 2.
Summarizing the above measurement results, the positive electrode according to Example 1 had a high adhesion between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer because no corrosion reaction due to alkali occurred in the positive electrode current collector. It was shown that Moreover, it was shown that the lithium secondary battery which concerns on Example 2 constructed | assembled using the positive electrode which concerns on Example 1 is excellent in low-temperature output while the raise of reaction resistance is suppressed.

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible.

本発明に係る電極は、電極集電体の腐食を防止すると共に、反応抵抗の増加を防止する電極である。かかる特性により、本発明に係る電極を備える二次電池(例えばリチウム二次電池)は、特に自動車等の車両に搭載されるモーター(電動機)用電源として好適に使用し得る。従って、本発明によると、図5に示されるように、かかるリチウム二次電池10(当該電池10を複数個直列に接続して形成される組電池の形態であり得る。)を電源として備える車両100(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車のような電動機を備える自動車)を提供することができる。   The electrode according to the present invention is an electrode that prevents corrosion of the electrode current collector and prevents an increase in reaction resistance. Due to such characteristics, a secondary battery (for example, a lithium secondary battery) including the electrode according to the present invention can be suitably used as a power source for a motor (electric motor) mounted on a vehicle such as an automobile. Therefore, according to the present invention, as shown in FIG. 5, a vehicle including such a lithium secondary battery 10 (which may be in the form of an assembled battery formed by connecting a plurality of such batteries 10 in series) as a power source. 100 (typically automobiles, in particular automobiles equipped with electric motors such as hybrid cars and electric cars) can be provided.

10 リチウム二次電池
15 電池ケース
20 開口部
25 蓋体
30 ケース本体
50 捲回電極体
60 正極端子
62 正極集電体(電極集電体)
63 バリア層(非水溶剤)
64 正極活物質層(電極活物質層)
65 ヒドロキシ基
66 正極シート(正極)
67 水性ペースト
68 C−F結合
70 負極端子
72 負極集電体(電極集電体)
74 負極活物質層(電極活物質層)
76 負極シート(負極)
80 セパレータ
100 車両
200 電極製造装置
205 巻出ロール
210 巻取ロール
215 テンションローラ
220 非水溶剤塗布部
225 親水化処理部
230 ペースト塗布部
235 乾燥炉
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lithium secondary battery 15 Battery case 20 Opening part 25 Cover body 30 Case main body 50 Winding electrode body 60 Positive electrode terminal 62 Positive electrode collector (electrode collector)
63 Barrier layer (non-aqueous solvent)
64 Positive electrode active material layer (electrode active material layer)
65 Hydroxy group 66 Positive electrode sheet (positive electrode)
67 aqueous paste 68 C-F bonds 70 negative electrode terminal 72 negative electrode current collector (electrode current collector)
74 Negative electrode active material layer (electrode active material layer)
76 Negative electrode sheet (negative electrode)
80 Separator 100 Vehicle 200 Electrode Manufacturing Device 205 Unwinding Roll 210 Winding Roll 215 Tension Roller 220 Nonaqueous Solvent Application Unit 225 Hydrophilization Processing Unit 230 Paste Application Unit 235 Drying Furnace

Claims (9)

電極活物質を主体とする電極活物質層が電極集電体上に形成された二次電池用電極を製造する方法であって、
水よりも比重の大きい非水溶剤を前記電極集電体の表面に塗布して、該非水溶剤からなるバリア層を形成すること、
少なくとも前記電極活物質と水系溶媒とを混合してなる水性ペーストを前記バリア層の表面に塗布すること、
前記バリア層を形成している前記非水溶剤を蒸発させること、
を包含する、二次電池用の電極製造方法。
A method for producing an electrode for a secondary battery in which an electrode active material layer mainly composed of an electrode active material is formed on an electrode current collector,
Applying a non-aqueous solvent having a specific gravity greater than that of water to the surface of the electrode current collector to form a barrier layer made of the non-aqueous solvent;
At least the electrode active material and an aqueous solvent and the formed by mixing an aqueous paste to be applied to the surface of the barrier layer,
Evaporating the non-aqueous solvent forming the barrier layer;
A method for producing an electrode for a secondary battery.
前記水性ペーストを前記バリア層の表面に塗布する前に、該バリア層の表面に親水化処理を施すことを包含する、請求項1に記載の電極製造方法。   The electrode manufacturing method according to claim 1, comprising applying a hydrophilic treatment to the surface of the barrier layer before applying the aqueous paste to the surface of the barrier layer. 前記非水溶剤を蒸発させることは、該非水溶剤の表面に塗布された前記水性ペーストの乾燥処理と同時に行われる、請求項1又は2に記載の電極製造方法。   The electrode manufacturing method according to claim 1, wherein evaporating the non-aqueous solvent is performed simultaneously with a drying treatment of the aqueous paste applied to the surface of the non-aqueous solvent. 少なくとも前記非水溶剤の表面に塗布された水性ペーストの乾燥が完了するよりも前に、前記非水溶剤の蒸発を完了させる、請求項3に記載の電極製造方法。   The electrode manufacturing method according to claim 3, wherein the evaporation of the non-aqueous solvent is completed at least before the drying of the aqueous paste applied to the surface of the non-aqueous solvent is completed. 前記電極集電体は、アルミニウム材またはその合金で構成されている、請求項1から4のいずれかに記載の電極製造方法。   The electrode current collector is composed of aluminum material or an alloy thereof, a method of manufacturing an electrode according to any one of claims 1 to 4. 前記非水溶剤は、フッ素を構成元素として含むフッ素系有機溶剤である、請求項1から5のいずれかに記載の電極製造方法。   The non-aqueous solvent, fluorine is fluorine-based organic solvent containing as a constituent element, a method of manufacturing an electrode according to any one of claims 1 to 5. 電極活物質を主体とする電極活物質層が電極集電体上に形成された二次電池用電極であって、
前記電極集電体上には、該電極集電体と前記電極活物質層との間にC−F結合が存在するように該C−F結合を構成する化合物を有する、二次電池用電極。
An electrode for a secondary battery in which an electrode active material layer mainly composed of an electrode active material is formed on an electrode current collector,
An electrode for a secondary battery having a compound constituting the C—F bond on the electrode current collector such that a C—F bond exists between the electrode current collector and the electrode active material layer. .
請求項1から6のいずれかに記載の製造方法により得られた二次電池用電極または請求項7に記載の二次電池用電極を備える二次電池。   The secondary battery provided with the electrode for secondary batteries obtained by the manufacturing method in any one of Claim 1 to 6, or the electrode for secondary batteries of Claim 7. 請求項8に記載の二次電池を備える車両。   A vehicle comprising the secondary battery according to claim 8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015125988A (en) * 2013-12-27 2015-07-06 トヨタ自動車株式会社 Method for manufacturing negative electrode for lithium ion battery
KR101584323B1 (en) 2013-07-03 2016-01-13 주식회사 엘지화학 Method for preparing electrode, electrode manufactured by using the same, and electrochemical device comprising the electrode
JP2018200804A (en) * 2017-05-26 2018-12-20 戸田工業株式会社 Electrode for lithium ion secondary battery and manufacturing method for the same

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