JP2011151143A - Manufacturing method of electrode for storage device and storage device - Google Patents
Manufacturing method of electrode for storage device and storage device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011151143A JP2011151143A JP2010010311A JP2010010311A JP2011151143A JP 2011151143 A JP2011151143 A JP 2011151143A JP 2010010311 A JP2010010311 A JP 2010010311A JP 2010010311 A JP2010010311 A JP 2010010311A JP 2011151143 A JP2011151143 A JP 2011151143A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- current collector
- roll
- metal foil
- storage device
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
蓄電デバイス用電極の製造方法、詳しくは中間層と集電体との密着強度を高めた蓄電デバイス用電極の製造方法、および該製造方法により製造された電極を備えた蓄電デバイスに関する。 The present invention relates to a method for producing an electrode for an electricity storage device, and more particularly to a method for producing an electrode for an electricity storage device having an increased adhesion strength between an intermediate layer and a current collector, and an electricity storage device provided with an electrode produced by the production method.
近年、携帯機器などの電源、電気自動車やハイブリッド車などの主電源や補助電源、回生エネルギーの貯蔵、瞬間電圧低下補償装置などのさまざまな分野において、電力貯蔵に対する関心が高まっており、電力を貯蔵する蓄電デバイスが注目を浴びている。
蓄電デバイスには、二次電池やキャパシタ(コンデンサ)などがあり、その用途によって使い分けがなされている。二次電池においては、軽量、かつ高容量となるリチウムイオン二次電池の開発が進められている。また、電気二重層キャパシタに関する研究も近年盛んに行われている。電気二重層キャパシタは、電極表面に電解液中のイオンを物理的に吸脱着させる電気貯蔵デバイスであり、化学反応を伴わないので、出力が高く、かつ寿命が長いという利点がある。
In recent years, interest in power storage has been increasing in various fields such as power sources for portable devices, main and auxiliary power sources for electric vehicles and hybrid vehicles, regenerative energy storage, instantaneous voltage drop compensation devices, etc. Power storage devices are attracting attention.
Storage devices include secondary batteries and capacitors (capacitors), which are properly used according to their use. Regarding secondary batteries, development of lithium ion secondary batteries that are lightweight and have a high capacity is underway. In addition, research on electric double layer capacitors has been actively conducted in recent years. The electric double layer capacitor is an electric storage device that physically adsorbs and desorbs ions in the electrolyte solution on the electrode surface, and has no advantages in that it has a high output and a long life because it does not involve a chemical reaction.
これらの蓄電デバイスに用いられる電極は、活物質、活物質の電気伝導性を補完するためのカーボンブラックなどの導電助剤、電極として成形するための結着剤、およびその他添加剤から構成される電極層と、電流を得るための集電体と、からなる。さらに、電極層と集電体との界面抵抗を低減させるために、カーボンなどからなる中間層を形成することもある。そして、電極層と集電体との間、もしくは中間層と集電体との間の密着性の低さが問題となっていた。 The electrodes used in these electricity storage devices are composed of an active material, a conductive auxiliary agent such as carbon black for complementing the electrical conductivity of the active material, a binder for molding as an electrode, and other additives. It consists of an electrode layer and a current collector for obtaining a current. Furthermore, in order to reduce the interface resistance between the electrode layer and the current collector, an intermediate layer made of carbon or the like may be formed. And the low adhesiveness between an electrode layer and a collector or an intermediate | middle layer and a collector has been a problem.
このような状況を鑑み、従来、化学エッチングや電界エッチングにより表面が粗面化されたエッチング箔を集電体として用い、集電体と電極層との間、もしくは集電体と中間層との間の密着性を向上させたキャパシタ用電極が提案されていた(例えば、特許文献1参照)。 In view of such a situation, conventionally, an etching foil whose surface is roughened by chemical etching or electric field etching is used as a current collector, and between the current collector and the electrode layer or between the current collector and the intermediate layer. There has been proposed a capacitor electrode with improved adhesion between them (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載された従来のキャパシタ用電極では、エッチング処理が表面に施されたエッチング箔を集電体として用いているので、集電体の表面積が増大され、集電体と電極層との間、もしくは集電体と中間層との間の密着性を向上できるが、集電体の表層が海綿状になり、集電体の強度が低下し、製造工程で破断するという問題があった。
In the conventional capacitor electrode described in
また、アルミニウム箔のような金属箔の表面には、通常、酸化層が形成されており、その緻密な酸化層により、腐食などが防止されているが、その表面の酸化層により、接触抵抗が大きくなるという傾向があった。その接触抵抗を低減させるために、中間層を形成しているが、酸化層が厚く存在していると、抵抗低減効果が小さくなるという問題があった。特に、金属箔の表面を化学的にエッチングした場合、処理後の酸化層の形成速度が速くなるという問題もあった。 In addition, an oxide layer is usually formed on the surface of a metal foil such as an aluminum foil, and corrosion is prevented by the dense oxide layer, but the contact resistance is reduced by the oxide layer on the surface. There was a tendency to become larger. In order to reduce the contact resistance, an intermediate layer is formed. However, if the oxide layer is thick, there is a problem that the resistance reduction effect is reduced. In particular, when the surface of the metal foil is chemically etched, there is also a problem that the formation rate of the oxide layer after the processing is increased.
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、集電体の表面を物理的に粗面化するようにし、集電体の表層の海綿状態化を抑えつつ、集電体の表面積の拡大と表面の酸化層の除去を図り、製造過程での集電体の破断をなくし、集電体と中間層との密着強度を大きくでき、かつ電気抵抗の低抵抗化を促進できる蓄電デバイス用電極の製造方法、およびその蓄電デバイス用電極を備えた蓄電デバイスを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem. The surface of the current collector is physically roughened, and the surface layer of the current collector is suppressed from being spongy, and the current collector is collected. Increases the surface area of the current collector and removes the oxide layer on the surface, eliminates the current collector breakage during the manufacturing process, increases the adhesion strength between the current collector and the intermediate layer, and lowers the electrical resistance. An object of the present invention is to provide a method for producing an electrode for an electricity storage device that can be promoted, and an electricity storage device provided with the electrode for the electricity storage device.
この発明による蓄電デバイス用電極の製造方法は、金属箔からなる集電体と、該集電体上に形成された、導電性粒子を含有する中間層と、該中間層上に形成された電極層と、を有する蓄電デバイス用電極の製造方法であって、上記集電体上に上記中間層を形成する工程に先立って、上記集電体の表面を物理的に粗面化する粗面化工程を有するものである。 A method of manufacturing an electrode for an electricity storage device according to the present invention includes a current collector made of a metal foil, an intermediate layer containing conductive particles formed on the current collector, and an electrode formed on the intermediate layer And a roughening method for physically roughening the surface of the current collector prior to the step of forming the intermediate layer on the current collector. It has a process.
この発明によれば、集電体の表面を物理的に粗面化している。そこで、化学的に粗面化する場合に比べ、集電体の表層の海綿状態化が抑えられるので、集電体の強度低下が少なく、製造工程での集電体の破断を防止することができる。また、集電体の表面積が大きくなり、かつ集電体表面の酸化層が除去されるので、集電体と中間層との間の接触抵抗が低減され、低抵抗化が図られるとともに、集電体と中間層との間の密着強度が高められる。 According to this invention, the surface of the current collector is physically roughened. Therefore, compared to the case of chemically roughening, since the spongy state of the surface layer of the current collector is suppressed, there is little decrease in strength of the current collector, and it is possible to prevent the current collector from being broken in the manufacturing process. it can. In addition, since the surface area of the current collector is increased and the oxide layer on the surface of the current collector is removed, the contact resistance between the current collector and the intermediate layer is reduced, and the resistance is reduced. The adhesion strength between the electric body and the intermediate layer is increased.
図1はこの発明に係る電気二重層キャパシタの構造を模式的に示す断面図である。 FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of an electric double layer capacitor according to the present invention.
図1において、蓄電デバイスとしての電気二重層キャパシタ1は、正極体2と負極体3とをセパレータ4を挟んで対向した状態で有機系電解液を含浸させ、外装容器(図示せず)に収容して構成されている。正極体2は、正極層11と正極集電体12とを正極中間層13を介して積層して構成され、負極体3は、負極層21と負極集電体22とを負極中間層23を介して積層して構成されている。なお、正極集電体12および負極集電体22には、通常、電極接続端子としてのタブ(図示せず)が形成されている。
In FIG. 1, an electric
正極集電体12および負極集電体22は、アルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼などの金属箔が用いられるが、導電性、耐電圧性、生産性の観点から、アルミニウム箔を用いることが好ましい。正極集電体12および負極集電体22の厚みが5μm未満であると、正極集電体12および負極集電体22の強度が不足するおそれがあり、100μmを超えると、電極のエネルギー密度が低下するおそれがある。そこで、正極集電体12および負極集電体22の厚みは、5μm以上、100μm以下とすることが好ましい。
The positive electrode
通常、金属箔の表面は、平滑(プレーン)の光沢面、もしくは艶消し面となっているが、中間層との密着性を向上させ、かつ抵抗を低減させるために、表面を粗面化して表面積を増大し、かつ表面に存在する酸化層を取り除くことが好ましい。ここでは、表面を物理的に粗面化した金属箔を正極集電体12および負極集電体22に用いている。そして、金属箔の表面に研磨ロールを押し当て、あるいは金属箔の表面に研磨ロールを押し当てて擦動させて、金属箔の表面を物理的に粗面化している。これにより、金属箔の表面に凹凸が刻印され、あるいは金属箔の表面が部分的に削り取られて、表面の粗面度が大きくなり、かつ表面の酸化層が除去される。また、金属箔の表面の酸化層を物理的に除去しているので、酸化層を化学的に除去する場合に比べ、処理後の酸化層の成長速度が遅くなる。
The surface of the metal foil is usually a smooth (plain) glossy surface or matte surface, but the surface is roughened in order to improve adhesion with the intermediate layer and reduce resistance. It is preferable to increase the surface area and remove the oxide layer present on the surface. Here, a metal foil whose surface is physically roughened is used for the positive electrode
ここで、研磨ロールとは、正極集電体12および負極集電体22より硬い材料で作製された凹凸表面を有するロール、もしくはロール芯材に研磨シートを貼り付け、もしくは巻き付けて構成されるものをいう。研磨ロールの表面に形成される凹凸の大きさが1μm未満であると、正極集電体12および負極集電体22の表面の粗面化効果が小さく、中間層との密着性を高められない。また、凹凸の大きさが50μmより大きくなると、中間層との密着性の向上につながらないとともに、正極集電体12および負極集電体22の強度が低下し、製造工程での破断につながる。そこで、研磨ロールの表面に形成される凹凸の大きさは、1μm以上、50μm以下にすることが好ましい。
Here, the polishing roll is a roll having an uneven surface made of a material harder than the positive
研磨ロールは、具体的には、正極集電体12および負極集電体22より硬い材料、例えば、炭素鋼、特殊鋼、工具鋼、ステンレス鋼などの鉄鋼材により作製された円柱体の外周面に微細な凹凸が形成されたものである。鉄鋼製の円柱体の外周面に微細な凹凸を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、エッチングやレーザ加工を用いることができる。このように作製された研磨ロールに焼き入れ処理を施し、あるいはハードクロームメッキなどの表面処理を施してもよい。
Specifically, the polishing roll is an outer peripheral surface of a cylindrical body made of a material harder than the positive electrode
また、研磨ロールは、正極集電体12および負極集電体22より硬い材料、例えば、炭素鋼、特殊鋼、工具鋼、ステンレス鋼などの鉄鋼材により作製された円柱状のロール芯材の外周面に、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックスの微粒子を直接固着させたものでもよい。さらに、研磨ロールは、正極集電体12および負極集電体22より硬い材料、例えば、炭素鋼、特殊鋼、工具鋼、ステンレス鋼などの鉄鋼材により円柱状に作製されたロール芯材の外周面に、アルミナ、炭化珪素などの砥粒を有する研磨シートを貼り付け、あるいは巻き付けたものでもよい。
The polishing roll is an outer periphery of a cylindrical roll core made of a material harder than the positive electrode
つぎに、物理的な粗面化方法について図面を参照しつつ具体的に説明する。
まず、図2に示される第1の粗面化方法では、固定ロール31に対して所定の圧力で押圧するように研磨ロール32を配置し、固定ロール31を回転駆動するとともに、研磨ロール32を逆方向に回転駆動し、正極集電体12および負極集電体22に用いられる金属箔30を固定ロール31と研磨ロール32との間を通している。
Next, the physical roughening method will be specifically described with reference to the drawings.
First, in the first roughening method shown in FIG. 2, the polishing
固定ロール31の材料は特に限定されないが、例えばゴムロールが用いられる。ゴムロールを用いると、金属箔30と固定ロール31との間の滑りが抑えられるので、好ましい。研磨ロール32は、鉄鋼材を用いて、金属箔30の粗面化面30aの幅に相当する軸方向長さの大径部と、該大径部の軸方向両側の小径部と、を有する段付き円柱体に作製され、エッチングにより大径部の外周面に凹凸を形成して凹凸面32aを構成している。そして、金属箔30が固定ロール31と研磨ロール32との間を通過する際に、その非粗面化面30bが塑性変形しないように、大径部の半径を小径部の半径より数mm大きくしている。
Although the material of the fixed
この第1の粗面化方法では、金属箔30は、固定ロール31と研磨ロール32との間に加圧挟持され、研磨ロール32が、固定ロール31と逆方向に回転する、即ち固定ロール31による金属箔30の繰り出し方向と逆方向に回転する。そこで、凹凸面32aが金属箔30の表面に対して所定の圧力で押圧されて擦動し、金属箔30の表面が削られて、粗面化面30aが金属箔30の表面に形成される。
In this first roughening method, the
ついで、図3に示される第2の粗面化方法では、鉄鋼材を用いて作製された円柱状のロール芯材34の外周面に研磨シート35を貼り付けて構成された研磨ロール33を用いている。研磨シート35は、アルミナ、炭化珪素などの砥粒をシート表面に固着させたもので、表面粗さを表す番手で#240〜#4000のものまで使用可能である。この第2の粗面化方法は、研磨ロール32に代えて研磨ロール33を用いている点を除いて、第1の粗面化方法と同様である。この第2の粗面化方法においても、研磨シート35は、金属箔30の表面に対して所定の圧力で押圧されて擦動し、金属箔30の表面が削られて、粗面化面30aが金属箔30の表面に形成される。
Next, in the second roughening method shown in FIG. 3, a polishing
ついで、図4に示される第3の粗面化方法では、鉄鋼材を用いて作製された円柱状のロール芯材34と、ロール芯材34に巻き付けられる研磨シート35と、から構成された研磨ロールを用いている。そして、研磨シート35は、ロール芯材34により砥粒固着面を金属箔30に押圧されて配設されており、固定ロール31の駆動時に、ロール芯材34が逆方向に回転駆動され、固定ロール31による金属箔30の繰り出し方向と逆方向に一定速度で巻き取られる。この第3の粗面化方法においても、研磨シート35は、金属箔30の表面に対して所定の圧力で押圧されて擦動し、金属箔30の表面が削られて、粗面化面30aが金属箔30の表面に形成される。なお、研磨シート35は、所定長さの無端状に作製され、循環させてもよい。そして、一定の期間後に、交換するようにしてもよい。
Next, in the third roughening method shown in FIG. 4, a polishing composed of a cylindrical
ここで、研磨ロール32,33やロール芯材34を固定ロール31と逆方向に回転駆動させているので、金属箔30を効率よく粗面化できる。また、研磨ロール32,33やロール芯材34と固定ロール31との速度差を設けることが、効率的に、かつ緻密に粗面化できることにつながる。研磨ロール32,33やロール芯材34(研磨シート35)の速度は金属箔30の速度より速くてもよいし、遅くてもよいが、両者の速度比は、5倍から1/5倍とすることが好ましい。
Here, since the polishing rolls 32 and 33 and the
研磨ロール32,33やロール芯材34は、固定ロール31と逆方向に回転駆動されるものとしているが、固定ロール31と同方向に回転駆動させてもよいし、研磨ロール32,33やロール芯材34を回転自在に構成し、固定ロール31の回転駆動力により同方向に回転するようにしてもよい。研磨ロール32,33やロール芯材34が金属箔30の繰り出し方向に金属箔30と同じ速度で回転する場合には、凹凸面32aや研磨シート35が金属箔30に押圧され、その凹凸が金属箔30に刻印される。
The polishing rolls 32 and 33 and the
また、研磨ロール32,33やロール芯材34を固定ロール31と同方向に回転駆動させる場合、金属箔30と研磨ロール32,33やロール芯材34とは同じ速度である必要はなく、両者の速度を異なるようにしてもよい。この場合、固定ロール31と逆方向に回転駆動させた場合と同様に、凹凸面32aや研磨シート35が金属箔30の表面に押圧されて擦動し、金属箔30の表面が削られるので、表面粗度が大きくなり、かつ酸化層が削り取られ、中間層との密着性が高められるとともに、低抵抗化につながる。
In addition, when the polishing rolls 32 and 33 and the
正極中間層13および負極中間層23は、それぞれ導電性粒子および結着剤などからなる中間層形成用スラリーを正極集電体12および負極集電体22上に塗布し、その塗膜を乾燥させて作製される。正極中間層13および負極中間層23の厚さは、0.1μm以上、10μm以下であることが望ましい。中間層形成用スラリーは、主に導電性粒子、結着剤、および結着剤等を溶解する溶媒中に混合分散させてなるものであり、その他分散剤等の添加剤を含んでもよい。
For the positive electrode
中間層形成用スラリーに用いる導電性粒子としては、特に限定はしないが、導電性を示す微粒子であればよく、金属粒子、炭素粒子などの材料が挙げられる。例えば、金属粒子としては、アルミニウム微粒子、ニッケル微粒子などが挙げられ、炭素粒子としては、カーボンブラック系のアセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラックなどが挙げられる。さらに、グラファイト系の人造グラファイト、天然グラファイト、黒鉛化カーボンブラックなども炭素粒子として使用可能である。また、酸化チタンや酸化錫等の導電性金属酸化物微粉末も、導電性粒子として使用可能である。カーボンブラック系の炭素粒子の場合は、平均一次粒径は20nm〜100nmが好ましい。金属粒子あるいはグラファイト系の炭素粒子の場合は、平均粒径は0.1μm〜10μmが好ましい。これらの粒子を単独で用いてもよいし、2種以上の粒子を混合させて用いてもよい。導電性粒子は、中間層中に50質量%以上、95質量%以下の範囲で含有されることが好ましく、70質量%以上、90質量%以下の範囲で含有されることが更に好ましい。 Although it does not specifically limit as electroconductive particle used for the slurry for intermediate | middle layer formation, What is necessary is just fine particles which show electroconductivity, and materials, such as a metal particle and a carbon particle, are mentioned. For example, examples of the metal particles include aluminum fine particles and nickel fine particles, and examples of the carbon particles include carbon black acetylene black, ketjen black, furnace black, thermal black, and channel black. Further, graphite-based artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon black, and the like can be used as the carbon particles. Moreover, electroconductive metal oxide fine powders, such as a titanium oxide and a tin oxide, can also be used as electroconductive particle. In the case of carbon black-based carbon particles, the average primary particle size is preferably 20 nm to 100 nm. In the case of metal particles or graphite-based carbon particles, the average particle size is preferably 0.1 μm to 10 μm. These particles may be used alone, or two or more kinds of particles may be mixed and used. The conductive particles are preferably contained in the intermediate layer in the range of 50% by mass to 95% by mass, and more preferably in the range of 70% by mass to 90% by mass.
中間層形成用スラリーに用いる結着剤としては、リチウム二次電池用電極、電気二重層キャパシタ用電極等において一般に用いられているものであって、電気二重層キャパシタ内部において化学的および電気化学的に安定に存在できるもので、活性炭などの活物質粉末や集電体との結合性を有するものであれば様々な材質が適応できる。例えば、結着剤に用いるフッ素系樹脂としては、フッ化ビニリデンの単重合体(ポリフッ化ビニリデン)、フッ化ビニリデンの共重合体(例えば、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン系共重合体、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン系共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン系共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系共重合体など)が挙げられ、その他のフッ素系樹脂として、エチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン系共重合体などが挙げられる。その他、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル、ゴム類(スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス(SBR)およびアクリロニトリル−ブタジエン共重合体ラテックスなど)、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース(CMC)のナトリウム塩、もしくはアンモニウム塩など、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシメチルセルロース(HMC)など)、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂およびその前駆体(ポリアミック酸など)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアクリル酸などが挙げられる。これらの樹脂はその樹脂の一部を変性したものでもかまわない。また、これらの樹脂は単独でも2種類以上混合したものでもかまわない。結着剤は、中間層中に固形分として0.1質量%超、50質量%以下の範囲で含有されることが好ましく、0.5質量%超、30質量%以下の範囲で含有されることが更に好ましい。 The binder used in the slurry for forming the intermediate layer is generally used in electrodes for lithium secondary batteries, electrodes for electric double layer capacitors, etc., and is chemically and electrochemically used inside the electric double layer capacitor. Any material can be used as long as it has a binding property to an active material powder such as activated carbon or a current collector. For example, the fluororesin used for the binder may be a vinylidene fluoride homopolymer (polyvinylidene fluoride), a vinylidene fluoride copolymer (eg, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, fluoride Vinylidene-pentafluoropropylene-based copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene-based copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based copolymer, etc.), and other fluorine resins , Ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, propylene-tetrafluoroethylene copolymer and the like. In addition, polyvinyl alcohol, vinyl acetate, rubbers (such as styrene-butadiene copolymer latex (SBR) and acrylonitrile-butadiene copolymer latex), cellulose derivatives (sodium salt or ammonium salt of carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxy, etc. Ethyl cellulose (HEC), hydroxymethyl cellulose (HMC) and the like), polyamide resin, polyimide resin and its precursor (polyamic acid and the like), polyacrylonitrile (PAN), polyacrylic acid and the like. These resins may be obtained by modifying a part of the resin. These resins may be used alone or in combination of two or more. The binder is preferably contained in the intermediate layer in the range of more than 0.1% by mass and not more than 50% by mass as the solid content, more preferably in the range of more than 0.5% by mass and not more than 30% by mass. More preferably.
中間層形成用スラリーに用いる溶媒としては、中間層形成用スラリーに用いる上記結着剤が溶解したり、分散できるものであれば特に限定はしない。また、水溶媒でも有機溶媒でも使用可能である。 The solvent used in the intermediate layer forming slurry is not particularly limited as long as the binder used in the intermediate layer forming slurry can be dissolved or dispersed. Further, an aqueous solvent or an organic solvent can be used.
正極層11および負極層21は、それぞれ活物質、導電助剤および結着剤などからなる電極層形成用スラリーを正極中間層13および負極中間層23上に塗布し、その塗膜を乾燥させて作製される。正極層11および負極層21の厚さは、特に限定されるものではないが、通常、5μm以上、500μm以下である。電極層形成用スラリーは、電気二重層キャパシタ用電極等において一般に用いられているものを使用することができ、好ましくは活物質、導電助剤、結着剤および結着剤等を溶解する溶媒中に混合分散させてなるものであり、その他増粘剤、添加剤等を含んでも良い。
The
電極層形成用スラリーに用いる導電助剤としては、中間層で例示した導電性粒子と同様のものを用いることができる。上記した導電助剤は、単独で使用してもよいし、2種類以上の導電助剤を組み合わせて使用してもよい。導電助剤の平均一次粒子径が10μmを超えると、導電助剤と活物質との接触面が少なくなり、導電性が低下する恐れがあるので、導電助剤の平均一次粒子径は、10μm以下であることが望ましい。また、導電助剤は、電極層中に1質量%以上、20質量%以下の範囲で含有されることが好ましく、3質量%以上、12質量%以下の範囲で含有されることが更に好ましい。 As a conductive support agent used for the slurry for electrode layer formation, the same thing as the electroconductive particle illustrated by the intermediate | middle layer can be used. The above-described conductive assistants may be used alone or in combination of two or more kinds of conductive assistants. If the average primary particle size of the conductive auxiliary agent exceeds 10 μm, the contact surface between the conductive auxiliary agent and the active material is decreased, and the conductivity may be lowered. Therefore, the average primary particle size of the conductive auxiliary agent is 10 μm or less. It is desirable that Moreover, it is preferable to contain a conductive support agent in the range of 1 mass% or more and 20 mass% or less in an electrode layer, and it is still more preferable to contain in the range of 3 mass% or more and 12 mass% or less.
電極層形成用スラリーに用いる結着剤としては、中間層で例示した結着剤と同様のものを用いることができる。結着剤は、電極層中に固形分として0.5質量%以上、20質量%以下の範囲で含有されることが好ましく、1質量%以上、10質量%以下の範囲で含有されることが更に好ましい。 As the binder used for the electrode layer forming slurry, the same binder as exemplified in the intermediate layer can be used. The binder is preferably contained in the electrode layer in a range of 0.5% by mass or more and 20% by mass or less as a solid content, and may be contained in a range of 1% by mass or more and 10% by mass or less. Further preferred.
電極層形成用スラリーに用いる活物質としては、電気二重層に電気を貯蔵できる材料や擬似的に二重層キャパシタのように働く材料であれば特に限定されない。代表的な活物質としては、ヤシガラ、合成樹脂(フェノール、塩化ビニル等)、ピッチ、石油コークス、タール等の原料を炭化したものを水蒸気、水酸化カリウム等のアルカリ、二酸化炭素、濃硫酸等で賦活させた活性炭が挙げられる。これらの活性炭の中でも、100m2/g以上の比表面積を有するものが好ましく、800m2/g以上、3,000m2/g以下の比表面積を有するものが更に好ましい。活物質の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、粒子状のもの、繊維状のもの等が挙げられる。 The active material used for the electrode layer forming slurry is not particularly limited as long as it is a material that can store electricity in the electric double layer or a material that works like a double layer capacitor in a pseudo manner. Typical active materials include coconut shells, synthetic resins (phenol, vinyl chloride, etc.), pitch, petroleum coke, tar and other carbonized materials such as water vapor, potassium hydroxide and other alkalis, carbon dioxide, concentrated sulfuric acid, etc. Examples include activated carbon. Among these activated carbons, those having a specific surface area of 100 m 2 / g or more are preferred, and those having a specific surface area of 800 m 2 / g or more and 3,000 m 2 / g or less are more preferred. The shape of the active material is not particularly limited, and examples thereof include particles and fibers.
活性炭以外の活物質として、人造黒鉛、天然黒鉛等の黒鉛、フェノール樹脂、セルロース、ポリアクリロニトリル等の高分子化合物を焼成させて得られるカーボン、コークスやメソフェーズピッチ、メソフェーズカーボンを焼成させて得られるカーボン等の様々な炭素系材料を使用することができる。また、活性炭以外の活物質として、例えば特開平11−317333号公報、特開2002−25867号公報などに記載される黒鉛類似微結晶性炭素のような非多孔性炭素も使用することができる。 As active materials other than activated carbon, carbon obtained by firing graphite such as artificial graphite and natural graphite, polymer compounds such as phenolic resin, cellulose, polyacrylonitrile, carbon obtained by firing coke, mesophase pitch, and mesophase carbon Various carbon-based materials such as can be used. Further, as an active material other than activated carbon, non-porous carbon such as graphite-like microcrystalline carbon described in JP-A Nos. 11-317333 and 2002-25867 can be used.
粒子状活物質の平均粒子径は、好ましくは0.5μm以上、15μm以下である。粒子状活物質の平均粒子径が上記範囲外であると、電極層と中間層との密着性が低下する場合がある。活物質は、電極層中に50質量%以上、95質量%以下の範囲で含有されることが好ましく、70質量%以上、90質量%以下の範囲で含有されることが更に好ましい。 The average particle diameter of the particulate active material is preferably 0.5 μm or more and 15 μm or less. When the average particle diameter of the particulate active material is outside the above range, the adhesion between the electrode layer and the intermediate layer may be lowered. The active material is preferably contained in the electrode layer in the range of 50% by mass to 95% by mass, and more preferably in the range of 70% by mass to 90% by mass.
上記した原料を湿式で混合分散させ、中間層形成用および電極層形成用スラリーを作製する装置としては、様々な方式の装置を用いることができ、例えば、ボールミル、遊星式ボールミル、ビーズミル、プラネタリーミキサー、ニーダー、加圧ニーダー、ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、ロールミル、流体対向衝突式分散機、撹拌脱泡装置、薄膜旋回型高速ミキサー等が挙げられる。 Various apparatuses can be used as an apparatus for mixing and dispersing the above-mentioned raw materials in a wet manner to produce a slurry for forming an intermediate layer and an electrode layer. For example, a ball mill, a planetary ball mill, a bead mill, a planetary can be used. Examples include a mixer, a kneader, a pressure kneader, a homogenizer, an ultrasonic homogenizer, a roll mill, a fluid facing collision disperser, a stirring defoaming device, and a thin-film swirl type high-speed mixer.
中間層形成用および電極層形成用スラリーを集電体又は中間層上に塗布して塗膜を形成する装置としては、特に限定されるものではないが、例えば、ロールコーター、リバースロールコーター、ダイコーター、スロットダイコーター、バーコーター、ディップロールコーター、バーコーター、リップコーター、グラビアコーター、コンマコーター、2本ロールリバースコーター、3本ロールリバースコーター、マイクロバーコーター、キスコーター等が挙げられる。 The apparatus for forming the coating film by applying the slurry for forming the intermediate layer and the electrode layer on the current collector or the intermediate layer is not particularly limited, and examples thereof include a roll coater, a reverse roll coater, and a die coater. , Slot die coater, bar coater, dip roll coater, bar coater, lip coater, gravure coater, comma coater, two roll reverse coater, three roll reverse coater, micro bar coater, kiss coater and the like.
形成された塗膜の乾燥条件は、塗膜中に含まれる溶媒を適切に蒸発させることができる条件であれば特に限定されない。乾燥は一定温度で行ってもよいし、低温から高温へ2段階以上に分けて行ってもよい。塗膜を乾燥させた後、塗膜中に含まれる溶媒をほぼ完全に蒸発させるために、100℃以上、250℃以下の熱処理を施すことが好ましい。熱処理の方法としては、送風乾燥、減圧(真空)乾燥等が挙げられる。 The drying conditions of the formed coating film are not particularly limited as long as the solvent contained in the coating film can be appropriately evaporated. Drying may be performed at a constant temperature, or may be performed in two or more stages from a low temperature to a high temperature. After the coating film is dried, it is preferable to perform a heat treatment at 100 ° C. or more and 250 ° C. or less in order to evaporate the solvent contained in the coating film almost completely. Examples of the heat treatment include air drying and reduced pressure (vacuum) drying.
つぎに、蓄電デバイス用電極の製造方法について図5を参照しつつ説明する。
金属箔30は、巻きドラム40から繰り出され、粗面化工程に入る。粗面化工程では、金属箔30は、固定ロール31と研磨ロール32との間を通り、その一面が粗面化される。ついで、粗面化された金属箔30は、中間層塗工工程に入る。中間層塗工工程では、金属箔30が第1コーティングロール41に巻かれて移動する際に、中間層形成用スラリーが金属箔30の粗面化された面に塗布される。ついで、中間層形成用スラリーが塗布された金属箔30は、第1乾燥炉42内を通されて、塗膜を乾燥された後、電極層塗工工程に入る。電極層塗工工程では、中間層が形成された金属箔30が第2コーティングロール43に巻かれて移動する際に、電極層形成用スラリーが金属箔30の中間層上に塗布される。ついで、電極層形成用スラリーが塗布された金属箔30は、第2乾燥炉44内を通されて、塗膜を乾燥される。これにより、中間層と電極層とを金属箔30の一面に積層してなる蓄電デバイス用電極が製造される。このように製造された蓄電デバイス用電極は、電気二重層キャパシタ1の正極体2および負極体3に用いられる。
Next, a method for manufacturing an electrode for an electricity storage device will be described with reference to FIG.
The
このようにして製造された蓄電デバイス用電極(正極体2および負極体3)は、厚み精度を上げたり、電極層(正極層11および負極層21)の密度を上げる目的で、圧延処理を施すことが好ましい。圧延処理は、平板プレス機によるバッチ処理でもよいし、カレンダーロールを用いた連続カレンダー処理でもよい。圧延温度は、常温でもよいし、結着剤の融点以下まで温度を上げて処理してもよい。
The power storage device electrodes (the
この発明による蓄電デバイス用電極の製造方法では、粗面化工程の後に中間層の塗工、更に電極層の塗工を行っている。そして、粗面化処理の後、時間を空けずに中間層を塗布しているので、金属箔30(集電体)表面に酸化層が厚く形成されない状態で、中間層が形成され、より抵抗を低減する効果が大きくなる。なお、物理的な粗面化工程から中間層塗工工程までの期間は、できれば1週間以内が望ましい。 In the method for manufacturing an electrode for an electricity storage device according to the present invention, the intermediate layer is coated and the electrode layer is coated after the roughening step. Then, after the roughening treatment, the intermediate layer is applied without taking time, so that the intermediate layer is formed in a state where the oxide layer is not formed thick on the surface of the metal foil 30 (current collector), and the resistance is further increased. The effect of reducing is increased. The period from the physical roughening step to the intermediate layer coating step is preferably within one week if possible.
また、この物理的な粗面化工程と、中間層を形成する工程、および電極層を形成する工程を連続して行うことができれば、工程毎に専用の装置を用いてもよく、全工程が組み込まれた1台の装置を用いてもよい。そして、塗工部を工夫することで、つまりダイコータやエクストルージョン形コータ等を用いることで、中間層と電極層とを同時に塗布することも可能である。中間層と電極層とを同時に塗工することにより、更に生産性を向上できる。 Moreover, if this physical roughening step, the step of forming the intermediate layer, and the step of forming the electrode layer can be performed continuously, a dedicated device may be used for each step, One integrated device may be used. And it is also possible to apply | coat an intermediate | middle layer and an electrode layer simultaneously by devising a coating part, ie, using a die coater, an extrusion-type coater, etc. By simultaneously applying the intermediate layer and the electrode layer, productivity can be further improved.
また、乾燥工程が、中間層の形成後と電極層の形成後との両方で行うものとして説明しているが、電極層の形成後にのみ行ってもよい。
また、物理的な粗面化工程の後に、粗面化工程で生じた集電体微粉塵を除塵装置により取り除く工程を入れてもよい。除塵方法としては、特に制限はないが、吸引方式、プッシュプル方式、静電ローラ捕集方式、ブラシ洗浄方式、湿式洗浄方式等が挙げられる。
Moreover, although the drying process is described as being performed both after the formation of the intermediate layer and after the formation of the electrode layer, it may be performed only after the formation of the electrode layer.
Further, after the physical roughening step, a step of removing the current collector fine dust generated in the roughening step with a dust removing device may be added. The dust removal method is not particularly limited, and examples thereof include a suction method, a push-pull method, an electrostatic roller collection method, a brush cleaning method, and a wet cleaning method.
このように製造された正極体2と負極体3とをセパレータ4を挟んで対向した状態で有機系電解液を含浸させ、外装容器(図示せず)に収容して、図1に示される電気二重層キャパシタ1が得られる。
The
セパレータ4としては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系の多孔質膜、セルロース系の多孔質膜、無機セラミックス粉末含有多孔質膜、ポリイミド・ポリアミド系の多孔質膜、不織布等が挙げられる。固体電解質膜やゲル電解質含有セパレータ等もセパレータ4として使用することができる。
Examples of the
有機系電解液としては、電気二重層キャパシタで用いられる公知のものを使用することができ、具体的には、有機溶媒と電解質とからなる有機系電解液が挙げられる。有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、3−メチルスルホラン、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル等が挙げられる。これらの有機溶媒は、単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して使用してもよい。電解質としては、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート、トリエチルモノメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラエチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート、スピロ型4級アンモニウム塩、常温溶融塩(イオン性液体)、固体電解質、ゲル電解質等が挙げられる。 As the organic electrolytic solution, a known one used in electric double layer capacitors can be used, and specifically, an organic electrolytic solution composed of an organic solvent and an electrolyte can be mentioned. Examples of the organic solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, sulfolane, 3-methyl sulfolane, γ-butyrolactone, and acetonitrile. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more. Examples of the electrolyte include tetraethylammonium tetrafluoroborate, triethylmonomethylammonium tetrafluoroborate, tetraethylammonium hexafluorophosphate, spiro quaternary ammonium salt, room temperature molten salt (ionic liquid), solid electrolyte, gel electrolyte, and the like.
外装容器は、特に限定されるものではなく、公知の構造および材料のものを使用することができる。具体例としては、例えば、金属缶やアルミラミネートシートからなるものが挙げられる。 The outer container is not particularly limited, and those having a known structure and material can be used. Specific examples include those made of a metal can or an aluminum laminate sheet.
本発明によれば、表面を物理的に粗面化した金属箔30を正極集電体12および負極集電体22に用いているので、正極集電体12および負極集電体22の表面積が増大し、かつ表面に存在する酸化層が除去されるとともに、処理後の酸化層の成長速度が遅くなる。そこで、正極集電体12および負極集電体22と正極中間層13および負極中間層23との間の密着強度が高められ、かつ低抵抗化が図られるので、静電容量が高く、かつ電気抵抗が低い電気二重層キャパシタ用電極が得られる。
また、本発明による電気二重層キャパシタ用電極を備えた電気二重層キャパシタは、静電容量が高く、かつ電気抵抗が低いとともに、サイクル寿命特性に優れる。
According to the present invention, since the
Moreover, the electric double layer capacitor provided with the electrode for the electric double layer capacitor according to the present invention has a high electrostatic capacity, a low electric resistance, and an excellent cycle life characteristic.
また、本発明によれば、研磨ロールを用いて金属箔30の表面を物理的に粗面化しているので、表面積が大きい、かつ酸化膜が除去された粗面を安価に、かつ効率的に金属箔30の表面に形成できる。
また、粗面化工程と中間層塗工工程とを連続的に行っているので、酸化膜が金属箔30の粗面化面30aに厚く形成される前に中間層が塗布され、密着強度が高められ、かつ低抵抗化が図られる。
Further, according to the present invention, the surface of the
Further, since the roughening step and the intermediate layer coating step are continuously performed, the intermediate layer is applied before the oxide film is formed thick on the roughened
また、金属箔30に電解研磨や化学研磨を施した場合、金属箔30の金属成分、表面状態、結晶組織などに起因して溶解度合いに差異が生じ、金属箔30の表面が粗面化される。このように、化学的に粗面化する場合には、金属箔30の表面が部分的に溶解されることから、金属箔30の粗面化後の表層は、粗面化前より海綿状になる。しかし、物理的に粗面化する場合、砥粒が金属箔30の表面に押圧されて擦動することで粗面化されるので、砥粒が当たらない金属箔30の部分の厚みは確保される。このように、同一の板厚の金属箔30の表面に同一の凹凸を形成する場合には、物理的な粗面化方法は、化学的な粗面化方法に比べて、金属箔30の海綿状態化が抑えられるので、金属箔30の強度低下が抑えられ、製造工程での金属箔30の破断が抑制される。
Further, when electrolytic polishing or chemical polishing is performed on the
なお、上記説明では、電気二重層キャパシタのセル構造は、正極集電体の片面上に形成された正極中間層および正極層と、負極集電体の片面上に形成された負極中間層および負極層とをセパレータを介して対向させた単セル構造としているが、電気二重層キャパシタのセル構造は、集電体の両面に中間層および電極層が形成された正極体と負極体とをセパレータを介して交互に積層した積層構造、又はバイポーラ型構造としてもよい。また、電気二重層キャパシタのセル構造は、集電体の両面に中間層および電極層が形成されたシート状電極をセパレータと共に捲回または折畳した構造としてもよい。 In the above description, the cell structure of the electric double layer capacitor includes the positive electrode intermediate layer and the positive electrode layer formed on one side of the positive electrode current collector, and the negative electrode intermediate layer and the negative electrode formed on one side of the negative electrode current collector. The cell structure of the electric double layer capacitor has a positive electrode body in which an intermediate layer and an electrode layer are formed on both sides of a current collector, and a negative electrode body. Alternatively, a stacked structure in which layers are alternately stacked, or a bipolar structure may be used. The cell structure of the electric double layer capacitor may be a structure in which a sheet-like electrode in which an intermediate layer and an electrode layer are formed on both sides of a current collector is wound or folded together with a separator.
また、上記説明では、蓄電デバイス用電極を電気二重層キャパシタ用電極に適用するものとしているが、蓄電デバイス用電極は、電気二重層キャパシタ用電極に限定されるものではなく、例えば、リチウムイオンキャパシタ用電極やリチウムイオン電池用電極等に適用できる。
また、リチウムイオンキャパシタ用電極およびリチウムイオン電池用電極の場合、正極集電体には、厚さが5μm〜30μmに形成されたアルミ箔が用いられ、負極集電体には、厚さが5μm〜20μmに形成された銅箔が用いられる。
In the above description, the electrode for the electricity storage device is applied to the electrode for the electric double layer capacitor. However, the electrode for the electricity storage device is not limited to the electrode for the electric double layer capacitor, for example, a lithium ion capacitor. It can be applied to an electrode for a battery or an electrode for a lithium ion battery.
In the case of a lithium ion capacitor electrode and a lithium ion battery electrode, an aluminum foil having a thickness of 5 to 30 μm is used for the positive electrode current collector, and a thickness of 5 μm is used for the negative electrode current collector. Copper foil formed to ˜20 μm is used.
また、リチウムイオンキャパシタ用電極の場合、正極層の活物質には、活性炭粒子が用いられ、負極層の活物質には、リチウムを吸蔵する黒鉛等のカーボン粒子が用いられ、それぞれの電極活物質粒子の直径を数μm〜数十μmとすることが望ましい。
一方、リチウムイオン電池用電極の場合、正極層の活物質には、コバルト、ニッケル、マンガン等の酸化物のリチウム化合物、または、オリビン形リン酸鉄リチウム等が用いられ、負極層の活物質には、リチウムを吸蔵する黒鉛等のカーボン粒子が用いられ、それぞれの電極活物質粒子の直径を数μm〜数十μmとすることが望ましい。
In the case of an electrode for a lithium ion capacitor, activated carbon particles are used as the active material for the positive electrode layer, and carbon particles such as graphite that occlude lithium are used as the active material for the negative electrode layer. It is desirable that the diameter of the particles be several μm to several tens of μm.
On the other hand, in the case of an electrode for a lithium ion battery, the active material of the positive electrode layer uses an oxide lithium compound such as cobalt, nickel, manganese, or olivine type lithium iron phosphate. In this case, carbon particles such as graphite that occlude lithium are used, and the diameter of each electrode active material particle is preferably several μm to several tens μm.
また、リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタ用正極とリチウムイオン電池用負極にリチウムイオンをドープしたものであり、電気二重層キャパシタよりも高い上限電圧を得ることができる。
また、リチウムイオン電池は、正極にリチウムを含む活物質を用い、負極にリチウムを安定的に充填貯蔵することができるため、エネルギー密度の高い蓄電デバイスとなる。
The lithium ion capacitor is obtained by doping a positive electrode for an electric double layer capacitor and a negative electrode for a lithium ion battery with lithium ions, and can obtain an upper limit voltage higher than that of the electric double layer capacitor.
In addition, since a lithium ion battery uses an active material containing lithium for a positive electrode and can stably store lithium filled in a negative electrode, the battery has a high energy density.
以下に、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[実施例1]
集電体として30μm厚のアルミニウム箔を用い、これをゴムロール(固定ロール)で固定しながら駆動させ、その表面にエアシリンダーで一定加重を印加した研磨ロールを押し当てて、アルミニウム箔の駆動方向とは逆方向に研磨ロールを回転させて、速度比(|研磨ロールの速度|/|アルミニウム箔の速度|)2で粗面化処理を行った。研磨ロールは、鉄製ロール芯材の表面に番手#800(砥粒の平均粒径:20μm)の研磨シートを貼り付けて作製した。
[Example 1]
Using a 30 μm thick aluminum foil as a current collector, this is driven while being fixed with a rubber roll (fixed roll), and a polishing roll applied with a constant load with an air cylinder is pressed against the surface of the aluminum foil. Rotated the polishing roll in the opposite direction, and roughened at a speed ratio (| polishing roll speed | / | aluminum foil speed |) 2. The polishing roll was prepared by attaching a polishing sheet of count # 800 (average grain size of abrasive grains: 20 μm) to the surface of the iron roll core material.
増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースアンモニウム(CMC)粉末(ダイセル化学工業株式会社製DN−400)を水溶媒に3質量%の濃度となるように溶解させ、CMC水溶液を調製した。プラネタリーミキサーを用いて、導電性カーボンとしてのアセチレンブラック(ACB)粉末(電気化学工業株式会社製デンカブラック、平均一次粒子径0.035μm)とCMC水溶液とを混合し、更に、結着剤としてのスチレンブタジエン−ゴム系(SBR)水分散液(日本ゼオン株式会社製BM−400B)を加え、更に水溶媒で希釈を行い、中間層形成用スラリーを調製した。 Carboxymethylcellulose ammonium (CMC) powder (DN-400 manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) as a thickener was dissolved in an aqueous solvent to a concentration of 3% by mass to prepare an aqueous CMC solution. Using a planetary mixer, acetylene black (ACB) powder (DENKA BLACK, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., average primary particle size 0.035 μm) as conductive carbon is mixed with an aqueous CMC solution, and as a binder. A styrene butadiene-rubber (SBR) aqueous dispersion (BM-400B manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) was added and further diluted with an aqueous solvent to prepare a slurry for forming an intermediate layer.
卓上型塗布機を用いて、この中間層形成用スラリーを、上述の粗面化したアルミニウム箔の片面に塗布した。塗膜の厚さはベーカー式アプリケーターで調整した。塗布後、送風乾燥機にて80℃で1時間送風乾燥した後、真空乾燥機にて200℃で24時間真空乾燥を行った。アルミニウム箔上に形成された中間層の厚さは約2μmであった。 Using a desktop coater, this intermediate layer forming slurry was applied to one side of the above-mentioned roughened aluminum foil. The thickness of the coating film was adjusted with a Baker type applicator. After coating, the mixture was blown and dried at 80 ° C. for 1 hour with a blow dryer, and then vacuum dried at 200 ° C. for 24 hours with a vacuum dryer. The thickness of the intermediate layer formed on the aluminum foil was about 2 μm.
CMC粉末を水溶媒に3質量%の濃度となるように溶解させ、CMC水溶液を調製した。プラネタリーミキサーを用いて、導電助剤としてのACB粉末とCMC水溶液とを混合し、更に水溶媒および活物質としての水蒸気賦活活性炭(平均粒子径5μm、比表面積約2,000m2/g)を投入して、30分混合混練を行った。その後、結着剤としてのSBR水分散液を加え、水溶媒で希釈を行い、電極層形成用スラリーを調製した。
CMC powder was dissolved in an aqueous solvent to a concentration of 3% by mass to prepare a CMC aqueous solution. Using a planetary mixer, ACB powder as a conductive additive and CMC aqueous solution are mixed, and further a water solvent and water vapor activated activated carbon (
卓上型塗布機を用いて、この電極層形成用スラリーを、アルミニウム箔の片面に形成された中間層の上面に塗布した。塗膜の厚さはベーカー式アプリケーターで調整した。塗布後、送風乾燥機にて80℃で1時間送風乾燥した後、真空乾燥機にて200℃で24時間真空乾燥を行い、電極シートを作製した。電極シートにおける電極層の厚さは約90μmであった。 This electrode layer forming slurry was applied to the upper surface of the intermediate layer formed on one side of the aluminum foil using a desktop coater. The thickness of the coating film was adjusted with a Baker type applicator. After coating, the resultant was blown and dried at 80 ° C. for 1 hour with a blow dryer, and then vacuum dried at 200 ° C. for 24 hours with a vacuum dryer to prepare an electrode sheet. The thickness of the electrode layer in the electrode sheet was about 90 μm.
この電極シートをホットロールプレス機により150℃でカレンダー処理を行い、電極層の厚さを約80μmとした。カレンダー処理後の電極シートから20mm×20mmおよび20mm×100mmの電極片を切り出し、電極抵抗測定および密着性を評価するために90°ピール試験を行った。 This electrode sheet was calendered at 150 ° C. with a hot roll press, and the thickness of the electrode layer was about 80 μm. An electrode piece of 20 mm × 20 mm and 20 mm × 100 mm was cut out from the electrode sheet after the calendar treatment, and a 90 ° peel test was performed to measure electrode resistance and evaluate adhesion.
電極抵抗測定は2枚の金メッキした銅板を用いて20mm×20mmの電極片を挟み込み、約2.7MPaの圧力をかけた状態で、ミリオームメータを用いて測定した。90°ピール試験は固定台に20mm×100mmの電極片を固定し、これに試験用のテープを貼付し、このテープを90°引張ながら集電体と中間層との間の密着強度を評価した。 The electrode resistance was measured using a milliohm meter in a state where a 20 mm × 20 mm electrode piece was sandwiched between two gold-plated copper plates and a pressure of about 2.7 MPa was applied. In the 90 ° peel test, an electrode piece of 20 mm × 100 mm was fixed to a fixed base, and a test tape was applied thereto, and the adhesion strength between the current collector and the intermediate layer was evaluated while pulling the tape 90 °. .
[実施例2]
集電体としてのアルミニウム箔に粗面化処理を行ってから、1ヶ月後に中間層および電極層を形成した以外は実施例1と同様にして電極片を作製し、同様の評価を行った。
[Example 2]
An electrode piece was prepared in the same manner as in Example 1 except that an intermediate layer and an electrode layer were formed one month after the roughening treatment was performed on the aluminum foil as the current collector, and the same evaluation was performed.
[実施例3]
鏡面化処理されて凹凸のない表面を有するロールを研磨ロールとして用いた以外は実施例1と同様にして電極片を作製し、同様の評価を行った。
[Example 3]
An electrode piece was produced in the same manner as in Example 1 except that a roll having a mirror-finished surface and a surface having no irregularities was used as a polishing roll, and the same evaluation was performed.
[実施例4]
1μmの凹凸が表面に刻印されたロールを研磨ロールとして用いた以外は実施例1と同様にして電極片を作製し、同様の評価を行った。
[Example 4]
An electrode piece was prepared in the same manner as in Example 1 except that a roll having 1 μm irregularities imprinted on the surface was used as a polishing roll, and the same evaluation was performed.
[実施例5]
50μmの凹凸が表面に刻印されたロールを研磨ロールとして用いた以外は実施例1と同様にして電極片を作製し、同様の評価を行った。
[Example 5]
An electrode piece was produced in the same manner as in Example 1 except that a roll having 50 μm irregularities imprinted on the surface was used as a polishing roll, and the same evaluation was performed.
[実施例6]
100μmの凹凸が表面に刻印されたロールを研磨ロールとして用いた以外は実施例1と同様にして電極片を作製し、同様の評価を行った。
[Example 6]
An electrode piece was prepared in the same manner as in Example 1 except that a roll having 100 μm irregularities stamped on its surface was used as a polishing roll, and the same evaluation was performed.
[実施例7]
鉄製のロール芯材の表面に番手#800の研磨シートを貼り付けて作製された研磨ロールを用い、速度比5で粗面化処理を行った以外は実施例1と同様にして電極片を作製し、同様の評価を行った。
[Example 7]
An electrode piece was prepared in the same manner as in Example 1 except that a polishing roll prepared by attaching a # 800 polishing sheet to the surface of an iron roll core was used and a roughening treatment was performed at a speed ratio of 5. The same evaluation was performed.
[実施例8]
鉄製のロール芯材の表面に番手#800の研磨シートを貼り付けて作製された研磨ロールを用い、速度比10で粗面化処理を行った以外は実施例1と同様にして電極片を作製し、同様の評価を行った。
[Example 8]
An electrode piece was prepared in the same manner as in Example 1 except that a polishing roll prepared by attaching a polishing sheet of count # 800 to the surface of an iron roll core was used and a roughening treatment was performed at a speed ratio of 10. The same evaluation was performed.
[実施例9]
鉄製のロール芯材の表面に番手#800の研磨シートを貼り付けて作製された研磨ロールを用い、速度比1/2で粗面化処理を行った以外は実施例1と同様にして電極片を作製し、同様の評価を行った。
[Example 9]
An electrode piece was obtained in the same manner as in Example 1 except that a polishing roll produced by attaching a count # 800 polishing sheet to the surface of an iron roll core was used and a roughening treatment was performed at a speed ratio of 1/2. The same evaluation was performed.
[実施例10]
鉄製のロール芯材の表面に番手#800の研磨シートを貼り付けて作製された研磨ロールを用い、速度比1/5で粗面化処理を行った以外は実施例1と同様にして電極片を作製し、同様の評価を行った。
[Example 10]
An electrode piece was prepared in the same manner as in Example 1 except that a polishing roll prepared by attaching a count # 800 polishing sheet to the surface of an iron roll core was used and the surface was roughened at a speed ratio of 1/5. The same evaluation was performed.
[実施例11]
鉄製のロール芯材の表面に番手#800の研磨シートを貼り付けて作製された研磨ロールを用い、速度比1/10で粗面化処理を行った以外は実施例1と同様にして電極片を作製し、同様の評価を行った。
[Example 11]
An electrode piece was prepared in the same manner as in Example 1 except that a polishing roll prepared by attaching a count # 800 polishing sheet to the surface of an iron roll core was used and the surface was roughened at a speed ratio of 1/10. The same evaluation was performed.
[比較例1]
集電体に粗面化処理を行わなかったアルミニウム箔を用いた以外は、実施例1と同様にして電極片を作製し、同様の評価を行った。
[Comparative Example 1]
An electrode piece was produced in the same manner as in Example 1 except that an aluminum foil that was not subjected to roughening treatment was used for the current collector, and the same evaluation was performed.
[比較例2]
中間層を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして電極片を作製し、同様の評価を行った。
[Comparative Example 2]
An electrode piece was produced in the same manner as in Example 1 except that the intermediate layer was not formed, and the same evaluation was performed.
[比較例3]
集電体に粗面化処理を行わなかったアルミニウム箔を用い、かつ中間層を形成しなかった以外は実施例1と同様にして電極片を作製し、同様の評価を行った。
[Comparative Example 3]
An electrode piece was produced in the same manner as in Example 1 except that an aluminum foil that was not subjected to roughening treatment was used for the current collector and an intermediate layer was not formed, and the same evaluation was performed.
実施例1,2および比較例1〜3における電極抵抗の測定結果を図6に示す。
図6から、実施例1,2および比較例1の電極は、比較例2,3の電極と比較すると抵抗が低くなることがわかる。この抵抗低減効果は、集電体と電極層との間に中間層を介装させたことによるものと推考される。また、実施例1,2の電極が比較例1の電極より抵抗が低くなることが分かる。この抵抗低減効果は、粗面化処理により集電体表面の酸化膜が除去されたことによるものと推考される。さらに、実施例1の電極が実施例2の電極より抵抗が低くなったが、これは、粗面化処理から中間層を塗布までの期間が1ヶ月と長く、集電体の粗面化面に酸化膜が生成されたことによるものと推考される。
The measurement results of the electrode resistance in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in FIG.
6 that the electrodes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 have a lower resistance than the electrodes of Comparative Examples 2 and 3. This resistance reduction effect is assumed to be due to the intermediate layer interposed between the current collector and the electrode layer. It can also be seen that the resistances of the electrodes of Examples 1 and 2 are lower than those of the electrode of Comparative Example 1. This resistance reduction effect is presumed to be due to the removal of the oxide film on the current collector surface by the roughening treatment. Further, the resistance of the electrode of Example 1 was lower than that of the electrode of Example 2. This was because the period from the roughening treatment to application of the intermediate layer was as long as one month, and the roughened surface of the current collector This is presumably due to the formation of an oxide film.
また、実施例1,2および比較例1〜3における電極の密着強度を測定した結果を図7に示す。
図7から、実施例1,2の電極は、比較例1,3の電極と比較すると密着強度が大きくなることがわかる。この密着力向上効果は、粗面化処理により集電体の表面積が増大したことによるものと推考される。
Moreover, the result of having measured the adhesion strength of the electrode in Examples 1, 2 and Comparative Examples 1-3 is shown in FIG.
From FIG. 7, it can be seen that the adhesion strength of the electrodes of Examples 1 and 2 is higher than that of Comparative Examples 1 and 3. This adhesion improving effect is presumed to be due to an increase in the surface area of the current collector due to the roughening treatment.
また、実施例1,3〜6における電極抵抗および電極の密着強度を測定した結果を図8に示す。
図8から、密着強度は、研磨ロールの表面凹凸の大きさが1μmより小さくなると急激に小さくなり、1μmを超えると徐々に大きくなり、20μmで最大値をとり、20μmを超えると徐々に小さくなり、50μmを超えると大幅に小さくなることがわかる。また、図8から、電極抵抗は、研磨ロールの表面凹凸の大きさが1μmより小さくなると急激に高くなり、1μmを超えると徐々に低くなり、20μmで最小値をとり、20μmを超えると徐々に高くなり、50μmを超えると大幅に高くなることがわかる。
Moreover, the result of having measured the electrode resistance in Example 1, 3-6 and the contact | adhesion intensity | strength of an electrode is shown in FIG.
From FIG. 8, the adhesion strength decreases rapidly when the surface roughness of the polishing roll is smaller than 1 μm, gradually increases when it exceeds 1 μm, takes a maximum value at 20 μm, and gradually decreases when it exceeds 20 μm. It can be seen that when the thickness exceeds 50 μm, it is significantly reduced. Further, from FIG. 8, the electrode resistance increases rapidly when the size of the surface irregularities of the polishing roll becomes smaller than 1 μm, gradually decreases when exceeding 1 μm, takes a minimum value at 20 μm, and gradually increases when exceeding 20 μm. It turns out that it becomes high when it exceeds 50 μm.
このように、電極抵抗を低くし、かつ電極の密着強度を大きくする観点から、研磨ロールの凹凸の大きさは、1μm以上、50μm以下とすることが好ましい。これは、研磨ロールの表面凹凸の大きさが1μmより小さくなると、集電体の粗面化効果が小さくなり、集電体の表面積の増大が抑えられ、研磨ロールの表面凹凸の大きさが50μmより大きくなると、研磨ロールの凸部(砥粒)が集電体の表面に当たる面積が減少し、集電体の粗面化効果が小さくなり、集電体の表面積の増大が抑えられたことによるものと推考される。 Thus, from the viewpoint of reducing the electrode resistance and increasing the adhesion strength of the electrode, the size of the unevenness of the polishing roll is preferably 1 μm or more and 50 μm or less. This is because, when the size of the surface irregularities of the polishing roll is smaller than 1 μm, the effect of roughening the current collector is reduced, the increase in the surface area of the current collector is suppressed, and the size of the surface irregularities of the polishing roll is 50 μm. When it becomes larger, the area where the projections (abrasive grains) of the polishing roll hit the surface of the current collector is reduced, the effect of roughening the current collector is reduced, and the increase in the surface area of the current collector is suppressed. It is inferred.
また、実施例1,7〜11における電極抵抗および電極の密着強度を測定した結果を図9に示す。
図9から、密着強度は、速度比が1/5より小さくなると急激に小さくなり、1/5を超えると徐々に大きくなり、約1で最大値をとり、1を超えると徐々に小さくなり、5を超えると急激に小さくなることがわかる。また、図9から、電極抵抗は、速度比が1/5より小さくなると急激に高くなり、1/5を超えると徐々に低くなり、約1で最小値をとり、1を超えると徐々に高くなり、5を超えると急激に高くなることがわかる。
Moreover, the result of having measured the electrode resistance in Example 1, 7-11 and the contact | adhesion intensity | strength of an electrode is shown in FIG.
From FIG. 9, the adhesion strength decreases rapidly when the speed ratio is less than 1/5, gradually increases when it exceeds 1/5, takes a maximum value at about 1, and gradually decreases when it exceeds 1. It turns out that it will become rapidly small when 5 is exceeded. Further, from FIG. 9, the electrode resistance increases rapidly when the speed ratio is less than 1/5, gradually decreases when it exceeds 1/5, takes a minimum value at about 1, and gradually increases when it exceeds 1. It can be seen that when it exceeds 5, the value increases rapidly.
このように、電極抵抗を低くし、かつ電極の密着強度を大きくする観点から、速度比は、1/5以上、5以下とすることが好ましい。これは、速度比が1/5より小さくなると、砥粒が表面に押し当てられた状態で、集電体が過度の速度で移動し、また速度比が5より大きくなると、研磨ロールが砥粒を集電体の表面に押し当てた状態で過度の速度で移動するので、砥粒により削り取られて形成された集電体の表面の凹部の縁部に大きなばりが形成され、中間層や電極層が集電体表面に均一に塗布できなくなったことによるものと推考される。 Thus, it is preferable that the speed ratio is 1/5 or more and 5 or less from the viewpoint of reducing the electrode resistance and increasing the adhesion strength of the electrode. This is because when the speed ratio is less than 1/5, the current collector moves at an excessive speed in a state where the abrasive grains are pressed against the surface. Moves at an excessive speed while pressed against the surface of the current collector, so that a large flash is formed at the edge of the concave portion of the surface of the current collector formed by scraping with the abrasive grains, and the intermediate layer or electrode This is presumably due to the fact that the layer could not be uniformly applied to the current collector surface.
また、実施例1で作製した粗面化されたアルミニウム箔から10枚の200mm×20mmの試験片を切り出し、その長辺方向に引張強度試験を行った結果、10枚中10枚とも約5kg/cmの強度を示した。一方、市販されている30μm厚のエッチングアルミニウム箔から同様に10枚の200mm×20mmの試験片を切り出し、その長辺方向に引張強度試験を行った結果、10枚中7枚は約4.5kg/cmの強度を示したが、3枚は2kg/cm以下で破断した。このことから、実施例1による粗面化アルミニウム箔の強度が高いことが確認できた。 Further, ten 200 mm × 20 mm test pieces were cut out from the roughened aluminum foil prepared in Example 1, and a tensile strength test was performed in the long side direction. An intensity of cm was shown. On the other hand, 10 200 mm × 20 mm test pieces were similarly cut out from a commercially available 30 μm-thick etched aluminum foil, and a tensile strength test was conducted in the long side direction. As a result, 7 out of 10 pieces were about 4.5 kg. Although the strength of / cm was shown, three pieces broke at 2 kg / cm or less. From this, it was confirmed that the strength of the roughened aluminum foil according to Example 1 was high.
1 電気二重層キャパシタ(蓄電デバイス)、2 正極体(蓄電デバイス用電極)、3 負極体(蓄電デバイス用電極)、11 正極層、12 正極集電体、13 正極中間層、21 負極層、22 負極集電体、23 負極中間層、30 金属箔(集電体)、32,33 研磨ロール、34 ロール芯材、35 研磨シート。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記集電体上に上記中間層を形成する工程に先立って、上記集電体の表面を物理的に粗面化する粗面化工程を有することを特徴とする蓄電デバイス用電極の製造方法。 A method for producing an electrode for an electricity storage device, comprising: a current collector made of metal foil; an intermediate layer containing conductive particles formed on the current collector; and an electrode layer formed on the intermediate layer Because
Prior to the step of forming the intermediate layer on the current collector, a method for producing an electrode for an electricity storage device, comprising a roughening step of physically roughening a surface of the current collector.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010010311A JP2011151143A (en) | 2010-01-20 | 2010-01-20 | Manufacturing method of electrode for storage device and storage device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010010311A JP2011151143A (en) | 2010-01-20 | 2010-01-20 | Manufacturing method of electrode for storage device and storage device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011151143A true JP2011151143A (en) | 2011-08-04 |
Family
ID=44537878
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010010311A Pending JP2011151143A (en) | 2010-01-20 | 2010-01-20 | Manufacturing method of electrode for storage device and storage device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011151143A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018006589A (en) * | 2016-07-04 | 2018-01-11 | 太陽誘電株式会社 | Electrode for electrochemical device, electrochemical device, and method for manufacturing electrode for electrochemical device |
CN109755631A (en) * | 2017-11-02 | 2019-05-14 | 太阳诱电株式会社 | All-solid-state battery and its manufacturing method |
JP2020021543A (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | 株式会社豊田自動織機 | Electrode manufacturing device and electrode manufacturing method |
WO2024142604A1 (en) * | 2022-12-27 | 2024-07-04 | トヨタ自動車株式会社 | Electrode manufacturing method, manufacturing system, and electrode |
-
2010
- 2010-01-20 JP JP2010010311A patent/JP2011151143A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018006589A (en) * | 2016-07-04 | 2018-01-11 | 太陽誘電株式会社 | Electrode for electrochemical device, electrochemical device, and method for manufacturing electrode for electrochemical device |
US10305112B2 (en) | 2016-07-04 | 2019-05-28 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Electrochemical device electrode, electrochemical device, and method for manufacturing electrochemical device electrode |
CN109755631A (en) * | 2017-11-02 | 2019-05-14 | 太阳诱电株式会社 | All-solid-state battery and its manufacturing method |
JP2019087346A (en) * | 2017-11-02 | 2019-06-06 | 太陽誘電株式会社 | All-solid battery and method of manufacturing the same |
JP7027125B2 (en) | 2017-11-02 | 2022-03-01 | 太陽誘電株式会社 | All-solid-state battery and its manufacturing method |
CN109755631B (en) * | 2017-11-02 | 2023-10-13 | 太阳诱电株式会社 | All-solid battery and manufacturing method thereof |
JP2020021543A (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | 株式会社豊田自動織機 | Electrode manufacturing device and electrode manufacturing method |
JP7056444B2 (en) | 2018-07-30 | 2022-04-19 | 株式会社豊田自動織機 | Electrode manufacturing equipment and electrode manufacturing method |
WO2024142604A1 (en) * | 2022-12-27 | 2024-07-04 | トヨタ自動車株式会社 | Electrode manufacturing method, manufacturing system, and electrode |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5413368B2 (en) | Method for producing electrode for electrochemical device | |
JP4797851B2 (en) | COATING TYPE ELECTRODE SHEET, METHOD FOR PRODUCING COATING TYPE ELECTRODE SHEET, AND ELECTRIC DOUBLE LAYER CAPACITOR OR LITHIUM ION BATTERY USING COATING TYPE ELECTRODE SHEET | |
JP5098954B2 (en) | Method for producing electrode for electrochemical device and electrochemical device | |
CN102332359B (en) | Electrode for electrochemical device and manufacture method thereof | |
JP5493656B2 (en) | Electrode device electrode manufacturing method and manufacturing apparatus | |
JP2010097830A (en) | Manufacturing method of electrode for electrochemical element | |
JP2010109354A (en) | Method of manufacturing electrode for electrochemical element | |
JP2010027673A (en) | Method and device for manufacturing sheet electrode | |
Jeong et al. | Embossed aluminum as a current collector for high-rate lithium cathode performance | |
JP4967412B2 (en) | Method for forming porous heat-resistant layer and apparatus for forming porous heat-resistant layer | |
JP2004200229A (en) | Electric double layer capacitor, polarized electrode therefor and its manufacturing method | |
JP2011151143A (en) | Manufacturing method of electrode for storage device and storage device | |
JP2013145761A (en) | Method for manufacturing electrode for electrochemical element | |
JP5293539B2 (en) | Electrode active material sheet with support and method for producing electrode for electrochemical device | |
JP2009252349A (en) | Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, and manufacturing method of the same | |
JP2007273124A (en) | Forming method of porous heatproof layer and forming device of porous heatproof layer | |
JP2012079821A (en) | Electrode, manufacturing method thereof, and power storage device | |
WO2013061890A1 (en) | Electrode material, electrode, secondary cell, and method for producing electrode material | |
JP6958342B2 (en) | Manufacturing method of laminated electrode body | |
JP5163293B2 (en) | Electrode for electrochemical device, method for producing the same, and electric double layer capacitor using the electrode for electrochemical device | |
JP2010086788A (en) | Method of manufacturing electrode for electrochemical element | |
JP2008130740A (en) | Electric double-layer capacitor electrode and manufacturing method therefor | |
CN114551115A (en) | Electrochemical intercalation graphene/graphite composite electrode material and preparation method thereof | |
JP2014241231A (en) | Cell separator | |
JP2020170637A (en) | Manufacturing method of electrode sheet |