JP2011204578A - Electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に、リチウム二次電池用電極に関し、詳しくは電極合剤層に含まれる粒子状結着剤の改良に関する。 The present invention mainly relates to an electrode for a lithium secondary battery, and more particularly to improvement of a particulate binder contained in an electrode mixture layer.
携帯機器の高性能化および電気自動車やハイブリッド自動車の開発に伴い、リチウム二次電池の高性能化が強く要求されている。例えば、リチウム二次電池用電極(以下、単に電極ともいう)の高容量化と電極強度の向上とを両立するための研究が活発である。一般的な電極は、シート状の集電体とその表面に付着した電極合剤層とを具備する。 With the improvement in performance of portable devices and the development of electric vehicles and hybrid vehicles, there is a strong demand for higher performance of lithium secondary batteries. For example, research for achieving both high capacity of an electrode for a lithium secondary battery (hereinafter also simply referred to as an electrode) and improvement of electrode strength is active. A general electrode includes a sheet-like current collector and an electrode mixture layer attached to the surface thereof.
電極合剤層は、電極活物質および結着剤を含む。具体的には、電極活物質、結着剤および液状分散媒を含むスラリーを調製し、このスラリーを集電体表面に塗布し、乾燥後、圧延することにより、電極合剤層が形成される。その後、集電体とともに電極合剤層が所定形状に裁断(スリット)される。圧延から裁断の工程は、常温で行われる。 The electrode mixture layer includes an electrode active material and a binder. Specifically, an electrode mixture layer is formed by preparing a slurry containing an electrode active material, a binder and a liquid dispersion medium, applying the slurry to the surface of the current collector, drying and rolling. . Thereafter, the electrode mixture layer is cut (slit) into a predetermined shape together with the current collector. The process from rolling to cutting is performed at room temperature.
結着剤は、活物質の粒子間を結着し、かつ活物質と集電体とを結着する機能を有する。結着剤の中でも、粒子状結着剤は、活物質表面を過度に被覆することがなく、使用量を低減できることから、有望視されている。例えば、スチレン単位とブタジエン単位とを含むゴム弾性を有する粒子状結着剤が開発されている。粒子状結着剤には、0℃以下の低温から50℃以上の高温まで、様々な温度領域で結着性を維持することが求められる(特許文献1、2参照)。
The binder has a function of binding the particles of the active material and binding the active material and the current collector. Among the binders, the particulate binder is regarded as promising because it can reduce the amount used without excessively covering the surface of the active material. For example, a particulate binder having rubber elasticity containing a styrene unit and a butadiene unit has been developed. The particulate binder is required to maintain binding properties in various temperature ranges from a low temperature of 0 ° C. or lower to a high temperature of 50 ° C. or higher (see
電池の充放電サイクルにより、電極は膨張と収縮を繰り返すため、結着剤の柔軟性が不十分では、活物質の脱落や電極の切れが起こる。そこで、従来の粒子状結着剤は、電池の使用温度領域(0℃以下の低温から50℃以上の高温)における充放電サイクル特性の向上に主眼を置いて開発されている。具体的には、柔軟性を確保する観点から、従来は25℃付近でほぼ完全にゴム状態となる樹脂が用いられている。 Since the electrode repeats expansion and contraction due to the charge / discharge cycle of the battery, if the flexibility of the binder is insufficient, the active material may fall off or the electrode may break. Therefore, conventional particulate binders have been developed with an emphasis on improving charge / discharge cycle characteristics in the battery use temperature range (from a low temperature of 0 ° C. or lower to a high temperature of 50 ° C. or higher). Specifically, from the viewpoint of ensuring flexibility, conventionally, a resin that is almost completely in a rubber state at around 25 ° C. has been used.
一方、活物質の脱落を抑制する観点から、圧延や裁断の作業を行う環境温度領域(15〜25℃)で強度を維持することも結着剤に要求されつつある。具体的には、電極の高容量化が進むにつれて、電極合剤層を形成する際の圧延の力は大きくなってきている。これに伴い、集電体とともに電極合剤層を裁断する際にも圧延の際にも、活物質粒子にかかる応力も大きくなってきている。従来の粒子状結着剤は、このような応力に対抗できず、その結果、活物質粒子に過度な応力がかかり、電極合剤層の脱落や多数の粒子に割れを引き起こす原因となっている。よって、25℃付近でゴム状態となる割合が大きすぎる結着剤は、電極の高容量には不向きな面もあると考えられる。そこで、25℃では、ほとんどゴム状態の部分を有さない結着剤も用いられている。
しかし、25℃付近において、ゴム状態の部分の割合が過度に大きく、あるいは過度に小さい結着剤は、電池の使用温度領域において、物性が大きく変化する可能性がある。結着剤の物性が大きく変化すると、電極特性も大きく変化するため、充放電特性が不安定になる。
On the other hand, from the viewpoint of suppressing the falling off of the active material, it is required for the binder to maintain the strength in the environmental temperature region (15 to 25 ° C.) in which the rolling and cutting operations are performed. Specifically, as the capacity of the electrode is increased, the rolling force when forming the electrode mixture layer is increasing. Accordingly, the stress applied to the active material particles is increasing both when the electrode mixture layer is cut together with the current collector and when the rolling is performed. Conventional particulate binders cannot cope with such stress, and as a result, excessive stress is applied to the active material particles, causing the electrode mixture layer to fall off and cracking many particles. . Therefore, it is considered that a binder that is too rubbery at around 25 ° C. is not suitable for the high capacity of the electrode. Therefore, a binder having almost no rubbery part at 25 ° C. is also used.
However, in the vicinity of 25 ° C., a binder having an excessively large or excessively small ratio in a rubbery state may greatly change the physical properties in the operating temperature range of the battery. When the physical properties of the binder change greatly, the electrode characteristics also change greatly, so that the charge / discharge characteristics become unstable.
本発明は、シート状の集電体と、前記集電体の表面に付着した電極合剤層と、を具備し、前記電極合剤層は、電極活物質および粒子状結着剤を含み、前記粒子状結着剤が、スチレン単位およびブタジエン単位を含む樹脂からなり、前記樹脂は、0℃〜40℃の温度領域で、50%〜90%の部分がゴム状態である、リチウム二次電池用電極に関する。
本発明は、また、正極、負極および前記正極と前記負極との間に介在するリチウムイオン伝導性電解質層を具備し、前記負極が上記の電極である、リチウム二次電池に関する。
The present invention comprises a sheet-like current collector and an electrode mixture layer attached to the surface of the current collector, and the electrode mixture layer includes an electrode active material and a particulate binder, The lithium secondary battery, wherein the particulate binder is made of a resin containing a styrene unit and a butadiene unit, and the resin is in a temperature range of 0 ° C. to 40 ° C. and a portion of 50% to 90% is in a rubber state. The present invention relates to an electrode.
The present invention also relates to a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion conductive electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the negative electrode is the electrode described above.
本発明によれば、リチウム二次電池用電極の製造過程において、過度な粒子割れを抑制することができ、かつ活物質粒子間の結着強度および電極合剤層と集電体との結着強度に優れた電極が得られる。また、本発明によれば、電池の使用温度領域において特性が大きく変化しない電極が得られる。 According to the present invention, excessive particle cracking can be suppressed in the manufacturing process of the electrode for the lithium secondary battery, and the binding strength between the active material particles and the binding between the electrode mixture layer and the current collector. An electrode having excellent strength can be obtained. In addition, according to the present invention, it is possible to obtain an electrode whose characteristics do not change greatly in the operating temperature range of the battery.
本発明のリチウム二次電池用電極は、シート状の集電体と、集電体の表面に付着した電極合剤層とを具備する。本発明は、電極合剤層が、集電体の一方の面だけに形成されている場合と、集電体の両方の面に形成されている場合とを含む、電極合剤層は、粒子状の活物質と粒子状結着剤とを、必須成分として含み、導電剤、増粘剤などを任意成分として含んでもよい。粒子状結着剤は、活物質粒子間を結着するとともに、電極合剤層を集電体に結着する役割を担っている。 The electrode for a lithium secondary battery of the present invention includes a sheet-shaped current collector and an electrode mixture layer attached to the surface of the current collector. In the present invention, the electrode mixture layer includes a case where the electrode mixture layer is formed on only one side of the current collector and a case where the electrode mixture layer is formed on both sides of the current collector. A solid active material and a particulate binder may be included as essential components, and a conductive agent, a thickener, and the like may be included as optional components. The particulate binder plays a role of binding between the active material particles and binding the electrode mixture layer to the current collector.
粒子状結着剤は、スチレン単位およびブタジエン単位を含む樹脂からなる。このような樹脂は、リチウム二次電池の電極電位において安定であり、かつ適度な粘性と弾性を有することから、上記役割を担う結着剤として適している。 The particulate binder is made of a resin containing a styrene unit and a butadiene unit. Since such a resin is stable at the electrode potential of the lithium secondary battery and has an appropriate viscosity and elasticity, it is suitable as a binder that plays the above role.
本発明では、粒子状結着剤を構成する樹脂(以下、結着剤樹脂ともいう)として、0℃〜40℃の温度領域で、50%〜90%の部分がゴム状態である樹脂を用いる。その理由を、図1を参照しながら説明する。 In the present invention, as a resin constituting the particulate binder (hereinafter also referred to as a binder resin), a resin having a rubber state of 50% to 90% in a temperature range of 0 ° C. to 40 ° C. is used. . The reason will be described with reference to FIG.
図1は、本発明で用いる結着剤樹脂の一例のエンタルピー(H)と温度(T)との関係を示している。なお、図1の結着剤樹脂は、2つのガラス転移点(Tg1=−20℃、Tg2=60℃)を有するが、ガラス転移点が明確に現れる必要はない。 FIG. 1 shows the relationship between enthalpy (H) and temperature (T) of an example of a binder resin used in the present invention. The binder resin in FIG. 1 has two glass transition points (Tg1 = −20 ° C., Tg2 = 60 ° C.), but the glass transition point does not need to appear clearly.
−20℃未満の温度領域(図中、A領域)では、結着剤樹脂の大部分がガラス状態である。ガラス状態の結着剤樹脂は、硬くて脆いため、電極合剤層は柔軟性に乏しくなる。 In the temperature range below −20 ° C. (A range in the figure), most of the binder resin is in the glass state. Since the binder resin in the glass state is hard and brittle, the electrode mixture layer becomes poor in flexibility.
また、60℃を超える温度領域(図中、C領域)では、結着剤樹脂中の大部分がゴム状態である。ゴム状態の結着剤樹脂は、強度が弱いため、活物質粒子間の結着強度(合剤強度)および電極合剤層と集電体との結着強度(剥離強度)が低くなる。 Moreover, in the temperature region (C region in the figure) exceeding 60 ° C., most of the binder resin is in a rubber state. Since the rubber binder resin has low strength, the binding strength between the active material particles (mixture strength) and the binding strength between the electrode mixture layer and the current collector (peeling strength) are low.
一方、第1の転移が終了してから第2の転移が始まるまでの温度領域(図中、B領域)では、結着剤樹脂中に、ガラス状態の部分と、ゴム状態の部分とが共存している。この共存状態では、ガラス状態の部分とゴム状態の部分の比率によって、電極合剤層の柔軟性と剛性とのバランスを制御することができる。 On the other hand, in the temperature region (B region in the figure) from the end of the first transition to the start of the second transition, the glassy part and the rubbery part coexist in the binder resin. is doing. In this coexistence state, the balance between the flexibility and rigidity of the electrode mixture layer can be controlled by the ratio of the glass state portion and the rubber state portion.
具体的には、0℃〜40℃の温度領域で、結着剤樹脂の50%〜90%の部分がゴム状態であるとき、必要十分な剛性が得られ、製造過程の電極合剤層に強い圧力や応力が印加された場合でも、過度な粒子割れを抑制することができる。また、合剤強度および剥離強度も極めて高くなる。同時に、必要十分な柔軟性も得られるため、充放電サイクルにより電極が膨張と収縮を繰り返しても、活物質の脱落や電極の切れが抑制される。 Specifically, when a portion of 50% to 90% of the binder resin is in a rubber state in a temperature range of 0 ° C. to 40 ° C., necessary and sufficient rigidity is obtained, and the electrode mixture layer in the manufacturing process is obtained. Even when a strong pressure or stress is applied, excessive particle cracking can be suppressed. In addition, the mixture strength and peel strength are extremely high. At the same time, necessary and sufficient flexibility is also obtained, so that even if the electrode repeatedly expands and contracts due to the charge / discharge cycle, the active material is prevented from falling off or the electrode is disconnected.
なお、0℃〜40℃の温度領域は、電池の一般的な使用温度領域であるとともに、電極合剤層の製造過程の大部分が行われる雰囲気温度領域でもある。なお、0℃〜40℃の温度領域で、結着剤樹脂の70%〜90%の部分がゴム状態であることが好ましい。この状態であれば、製造過程の電極合剤層に極めて強い圧力や応力が印加された場合でも、合剤強度および剥離強度に優れた電極を得やすい。 The temperature range of 0 ° C. to 40 ° C. is a general operating temperature range of the battery, and is also an atmospheric temperature range in which most of the manufacturing process of the electrode mixture layer is performed. In the temperature range of 0 ° C. to 40 ° C., 70% to 90% of the binder resin is preferably in a rubber state. In this state, even when extremely strong pressure or stress is applied to the electrode mixture layer in the manufacturing process, it is easy to obtain an electrode having excellent mixture strength and peel strength.
ゴム状態の部分の比率は、示差走査熱量計(DSC)を用いて、以下のようにして求めることができる。測定装置には、例えばTAインスツルメンツ社製のQ2000を用いる。 The ratio of the rubber-like portion can be determined as follows using a differential scanning calorimeter (DSC). For example, Q2000 manufactured by TA Instruments is used as the measuring device.
測定サンプルについて説明する。
結着剤樹脂がエマルジョンや分散液の状態である場合には、結着剤樹脂を液から回収して測定サンプルとする。例えば乾燥により水分を除去して結着剤樹脂を回収してもよく、凝集剤により結着剤樹脂を分離しても回収してもよい。サンプル5mgをアルミニウム製サンプルパンに封入する。
A measurement sample will be described.
When the binder resin is in an emulsion or dispersion state, the binder resin is recovered from the liquid and used as a measurement sample. For example, moisture may be removed by drying to recover the binder resin, or the binder resin may be separated or recovered by the flocculant. A 5 mg sample is sealed in an aluminum sample pan.
測定条件は以下の通りである。
測定開始温度:−60℃
測定終了温度:200℃
昇温速度:10℃/分
降温速度:10℃/分
サンプルホルダ内の雰囲気:流量50ml/分の窒素ガス雰囲気
The measurement conditions are as follows.
Measurement start temperature: -60 ° C
Measurement end temperature: 200 ° C
Temperature increase rate: 10 ° C / min Temperature decrease rate: 10 ° C / min Atmosphere in the sample holder: Nitrogen gas atmosphere at a flow rate of 50 ml / min
測定手順は以下の通りである。
まず、室温にて測定装置にセットしたサンプルを、(1)測定開始温度まで降温し、(2)所定の昇温速度にて測定終了温度まで測定する。その後、(3)再び測定開始温度まで降温し、(4)所定の昇温速度にて測定終了温度まで測定する。これにより、DSC曲線を得ることができる。上記(1)〜(3)は測定前熱処理である(JIS−K7121)。
The measurement procedure is as follows.
First, a sample set in a measuring device at room temperature is (1) lowered to a measurement start temperature, and (2) measured to a measurement end temperature at a predetermined temperature rise rate. Thereafter, (3) the temperature is again lowered to the measurement start temperature, and (4) the measurement is performed to the measurement end temperature at a predetermined temperature rise rate. Thereby, a DSC curve can be obtained. The above (1) to (3) are pre-measurement heat treatments (JIS-K7121).
次に、縦軸が熱量(Heat flow)、横軸が温度の平面に、DSC曲線を描く。そして、−50℃付近にあるベースラインと+90℃付近にあるベースラインの熱量差ΔHを求める。ここで、ΔHを、全体がガラス状態の結着剤樹脂を完全にゴム状態にするために必要な熱量と定義する。 Next, a DSC curve is drawn on a plane in which the vertical axis represents heat flow and the horizontal axis represents temperature. Then, the heat difference ΔH between the baseline near −50 ° C. and the baseline near + 90 ° C. is obtained. Here, ΔH is defined as the amount of heat necessary to completely bring the binder resin, which is entirely in a glass state, into a rubber state.
上記と同様に、−50℃〜0℃までの熱量変化Δh1と、−50℃〜40℃までの熱量変化Δh2とを求める。ここで、100×(Δh1/ΔH)で表される百分率値を、0℃におけるゴム状態の部分の比率と定義する。また、100×(Δh2/ΔH)で表される百分率値を、40℃におけるゴム状態の部分の比率と定義する。100×(Δh1/ΔH)と100×(Δh2/ΔH)の値がいずれも50〜90%の範囲内であるとき、結着剤樹脂は0℃〜40℃の温度領域で、50%〜90%の部分がゴム状態であると判断する。また、結着剤樹脂の100×(Δh1/ΔH)%〜100×(Δh2/ΔH)%の部分がゴム状態であると判断する。 In the same manner as described above, a heat amount change Δh1 from −50 ° C. to 0 ° C. and a heat amount change Δh2 from −50 ° C. to 40 ° C. are obtained. Here, the percentage value represented by 100 × (Δh1 / ΔH) is defined as the ratio of the rubber-like portion at 0 ° C. Further, the percentage value represented by 100 × (Δh2 / ΔH) is defined as the ratio of the rubber-like portion at 40 ° C. When the values of 100 × (Δh1 / ΔH) and 100 × (Δh2 / ΔH) are both in the range of 50 to 90%, the binder resin is in the temperature range of 0 ° C. to 40 ° C. and 50% to 90%. % Is judged to be rubber. Further, it is determined that the portion of the binder resin of 100 × (Δh1 / ΔH)% to 100 × (Δh2 / ΔH)% is in a rubber state.
本発明に用いる結着剤樹脂は、スチレン単位およびブタジエン単位を含み、0℃〜40℃の温度領域で、50%〜90%の部分がゴム状態であるという条件(以下、適用条件という)を満たす限り、特に限定されない。例えば、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体、複数の重合体成分のコンパウンドなどでもよい。また、コンパウンドは、様々なゴムや熱可塑性エラストマーを含んでもよい。ゴムとしては、スチレンブタジエンゴム、ハイスチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、アクリロニトリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴムなどが挙げられる。熱可塑性エラストマーとしては、オレフィン系、スチレン系、塩化ビニル系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ素系などの熱可塑性エラストマーが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。 The binder resin used in the present invention includes a condition that a styrene unit and a butadiene unit are included, and a 50% to 90% portion is in a rubber state in a temperature range of 0 ° C. to 40 ° C. (hereinafter referred to as application conditions). As long as it is satisfied, there is no particular limitation. For example, a random copolymer, a block copolymer, a graft copolymer, a compound of a plurality of polymer components, and the like may be used. The compound may also include various rubbers and thermoplastic elastomers. Examples of the rubber include styrene butadiene rubber, high styrene rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, chloroprene rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, acrylic rubber, urethane rubber, acrylonitrile butadiene rubber, acrylonitrile rubber, fluorine rubber, and silicone rubber. Examples of the thermoplastic elastomer include olefin-based, styrene-based, vinyl chloride-based, urethane-based, polyester-based, polyamide-based, and fluorine-based thermoplastic elastomers. These may be used alone or in combination of two or more.
本発明の好ましい一実施形態において、結着剤樹脂は、0℃以下のガラス転移点(Tg1)および40℃以上のガラス転移点(Tg2)を有する。例えば、結着剤樹脂は、0℃以下のガラス転移点(Tg1)を有する第1重合体成分および40℃以上のガラス転移点(Tg2)を有する第2重合体成分を含む。このような2種の重合体成分を複合化することにより、上記適用条件を満たす結着剤樹脂を得ることが容易となる。複合化された樹脂は、上記2つのガラス転移点を反映したDSC曲線を描く。また、図1の領域Bは、これら2つのガラス転移点の間の領域となる。よって、第1重合体成分と第2重合体成分との比率により、適用条件を制御しやすい。 In a preferred embodiment of the present invention, the binder resin has a glass transition point (Tg1) of 0 ° C. or lower and a glass transition point (Tg2) of 40 ° C. or higher. For example, the binder resin includes a first polymer component having a glass transition point (Tg1) of 0 ° C. or lower and a second polymer component having a glass transition point (Tg2) of 40 ° C. or higher. By compounding these two types of polymer components, it becomes easy to obtain a binder resin that satisfies the above application conditions. The composite resin draws a DSC curve reflecting the two glass transition points. Moreover, the area | region B of FIG. 1 becomes an area | region between these two glass transition points. Therefore, it is easy to control application conditions by the ratio of the first polymer component and the second polymer component.
結着剤樹脂は、スチレン単位およびブタジエン単位を含むため、第1重合体成分および第2重合体成分の少なくとも一方はスチレン単位およびブタジエン単位を含む。ただし、粘性と弾性とのバランスの観点からは、少なくとも0℃以下のガラス転移点Tg1を有する第1重合体成分がスチレン単位およびブタジエン単位を含んでいることが望ましい。 Since the binder resin includes a styrene unit and a butadiene unit, at least one of the first polymer component and the second polymer component includes a styrene unit and a butadiene unit. However, from the viewpoint of the balance between viscosity and elasticity, it is desirable that the first polymer component having a glass transition point Tg1 of at least 0 ° C. or less contains styrene units and butadiene units.
0℃以下のガラス転移点Tg1は−30℃以上であることが好ましい。Tg1が低すぎると、低温での剥離強度が低下する場合がある。 The glass transition point Tg1 of 0 ° C. or lower is preferably −30 ° C. or higher. If Tg1 is too low, the peel strength at low temperatures may decrease.
40℃以上のガラス転移点Tg2は+60℃以下であることが好ましい。Tg2が高すぎると、電極合剤層の柔軟性が低下する場合がある。 The glass transition point Tg2 of 40 ° C. or higher is preferably + 60 ° C. or lower. If Tg2 is too high, the flexibility of the electrode mixture layer may decrease.
結着剤樹脂は、コアシェル型の構造を有してもよい。この場合、第1重合体成分および第2重合体成分の一方が、粒子状のコアを構成し、他方がコアを被覆するシェルを構成する。コアシェル型の構造にすることで、粒子状結着剤の性状が安定化し、良好な剛性と柔軟性を呈しやすくなる。 The binder resin may have a core-shell type structure. In this case, one of the first polymer component and the second polymer component constitutes a particulate core, and the other constitutes a shell covering the core. By adopting a core-shell type structure, the properties of the particulate binder are stabilized, and good rigidity and flexibility are easily exhibited.
本発明の更に好ましい一実施形態(以下、実施形態A)において、第1重合体成分の70重量%〜100重量%、更には90重量%〜100重量%は、スチレン単位およびブタジエン単位からなり、第2重合体成分の70重量%〜100重量%、更には90重量%〜100重量%は、スチレン単位およびブタジエン単位からなる。このような組成を有する重合体成分は、リチウム二次電池の電極電位において極めて安定であり、かつ適度な粘性と弾性を有する。 In a further preferred embodiment of the present invention (hereinafter referred to as embodiment A), 70 wt% to 100 wt%, further 90 wt% to 100 wt% of the first polymer component consists of styrene units and butadiene units, 70 wt% to 100 wt%, further 90 wt% to 100 wt% of the second polymer component is composed of styrene units and butadiene units. The polymer component having such a composition is extremely stable at the electrode potential of the lithium secondary battery and has appropriate viscosity and elasticity.
本発明の更に好ましい別の一実施形態(以下、実施形態B)において、第1重合体成分の70重量%〜100重量%、更には90重量%〜100重量%は、スチレン単位およびブタジエン単位からなり、第2重合体成分の70重量%〜100重量%、更には90重量%〜100重量%は、スチレン単位と、アクリル酸エステル単位およびメタクリル酸エステル単位よりなる群から選択される少なくとも1種のエステル単位からなる。このような組成を有する重合体成分は、リチウム二次電池の電極電位において極めて安定であり、かつ適度な粘性と弾性を有する。 In another more preferred embodiment of the present invention (hereinafter referred to as embodiment B), 70 wt% to 100 wt%, further 90 wt% to 100 wt% of the first polymer component is composed of styrene units and butadiene units. The second polymer component is 70 wt% to 100 wt%, more preferably 90 wt% to 100 wt%, at least one selected from the group consisting of styrene units, acrylate units and methacrylate units Of ester units. The polymer component having such a composition is extremely stable at the electrode potential of the lithium secondary battery and has appropriate viscosity and elasticity.
なお、上記の更に好ましい実施形態AおよびBにおいて、第1重合体成分および第2重合体成分の残部30重量%未満は、特に限定されないが、例えばフッ素化ビニルモノマー単位、アクリロニトリル単位、ウレタンモノマーもしくはオリゴマー単位、ポリシロキサン鎖、ポリエステル鎖などである。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。 In the more preferred embodiments A and B described above, the remaining amount of the first polymer component and the second polymer component is less than 30% by weight, but for example, a fluorinated vinyl monomer unit, an acrylonitrile unit, a urethane monomer or Oligomer units, polysiloxane chains, polyester chains and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
実施形態AおよびBにおいて、第1重合体成分は、スチレン単位およびブタジエン単位の合計中5〜60モル%、更には30〜50モル%がスチレン単位であることが好ましい。この範囲であれば、0℃以下のガラス転移点Tg1を−20℃付近に制御することができる。Tg1が−20℃付近の重合体成分は、上記適用条件を満たす結着剤樹脂の第1重合体成分として極めて好適である。 In Embodiments A and B, the first polymer component is preferably 5 to 60 mol%, more preferably 30 to 50 mol%, of styrene units in the total of styrene units and butadiene units. If it is this range, the glass transition point Tg1 below 0 degreeC can be controlled to -20 degreeC vicinity. A polymer component having a Tg1 of around −20 ° C. is extremely suitable as the first polymer component of the binder resin that satisfies the above application conditions.
実施形態Aにおいて、第2重合体成分は、スチレン単位およびブタジエン単位の合計中65〜95モル%、更には65〜80モル%がスチレン単位であることが好ましい。この範囲であれば、40℃以上のガラス転移点Tg2を60℃付近に制御することができる。また、実施形態Bにおいて、第2重合体成分は、スチレン単位およびエステル単位より選ばれる単位の合計中50〜90モル%、更には55〜70モル%がスチレン単位であることが好ましい。この範囲であれば、40℃以上のガラス転移点Tg2を60℃付近に制御することができる。Tg2が60℃付近の重合体成分は、上記適用条件を満たす結着剤樹脂の第2重合体成分として極めて好適である。 In Embodiment A, the second polymer component is preferably 65 to 95 mol%, more preferably 65 to 80 mol%, of styrene units in the total of styrene units and butadiene units. If it is this range, 40 degreeC or more glass transition point Tg2 can be controlled to 60 degreeC vicinity. In Embodiment B, the second polymer component is preferably 50 to 90 mol%, more preferably 55 to 70 mol%, of styrene units in the total of units selected from styrene units and ester units. If it is this range, 40 degreeC or more glass transition point Tg2 can be controlled to 60 degreeC vicinity. A polymer component having a Tg2 of around 60 ° C. is extremely suitable as the second polymer component of the binder resin that satisfies the above application conditions.
第1重合体成分と第2重合体成分との合計に占める第1重合体成分および第2重合体成分の含有量は、0℃〜40℃の温度領域で50〜90%の部分がゴム状態となるように適宜選択すればよい。例えば、第1重合体成分の含有量が70〜90重量%であり、残部が第2重合体成分であることが好ましい。 The content of the first polymer component and the second polymer component in the total of the first polymer component and the second polymer component is 50% to 90% in the temperature range of 0 ° C. to 40 ° C. What is necessary is just to select suitably so that it may become. For example, it is preferable that the content of the first polymer component is 70 to 90% by weight and the balance is the second polymer component.
本発明で用いる粒子状結着剤の体積基準の平均粒径は、50〜200nmが好ましく、90〜150nmが更に好ましい。この範囲の粒径であれば、過度に活物質粒子の表面を被覆することがなく、効率的に活物質表面に付着する。そのため、結着剤の使用量を少なくすることができる。よって、電極の高容量化に有利である。 The volume-based average particle diameter of the particulate binder used in the present invention is preferably 50 to 200 nm, and more preferably 90 to 150 nm. When the particle size is within this range, the surface of the active material particles is not excessively coated, and efficiently adheres to the surface of the active material. Therefore, the amount of binder used can be reduced. Therefore, it is advantageous for increasing the capacity of the electrode.
粒子状結着剤の体積基準の平均粒径は、例えば市販のレーザー回折式の粒度分布測定装置により測定することができる。 The volume-based average particle diameter of the particulate binder can be measured by, for example, a commercially available laser diffraction particle size distribution measuring apparatus.
粒子状結着剤は、溶液重合または乳化重合により合成することが好ましい。なかでもスチレンとブタジエンを単量体として用いる場合は、乳化重合が適している。乳化重合によれば、50〜200nmの平均粒径を有する粒子状結着剤の水性エマルジョンが得られる。リチウム二次電池用電極の製造には、水性エマルジョンを用いることが製造工程上も有利である。 The particulate binder is preferably synthesized by solution polymerization or emulsion polymerization. In particular, when styrene and butadiene are used as monomers, emulsion polymerization is suitable. By emulsion polymerization, an aqueous emulsion of a particulate binder having an average particle size of 50 to 200 nm is obtained. In the production of an electrode for a lithium secondary battery, the use of an aqueous emulsion is advantageous in terms of the production process.
溶液重合や乳化重合が適さない場合や、コンパウンドを用いる場合には、複数の重合体成分を溶融混練する。あるいは、複数の重合体成分を溶剤に溶解して混合し、その後、溶剤を除去する。得られた塊状の樹脂を、風力粉砕、凍結粉砕などの方法で機械的に粉砕し、平均粒径を調整して、粒子状結着剤を得ることができる。得られた粒子状結着剤は、界面活性剤とともに水に投入し、ホモジナイザー、ディスパーミキサーを用いて分散させる。 When solution polymerization or emulsion polymerization is not suitable, or when a compound is used, a plurality of polymer components are melt-kneaded. Alternatively, a plurality of polymer components are dissolved and mixed in a solvent, and then the solvent is removed. The obtained block resin can be mechanically pulverized by a method such as wind pulverization or freeze pulverization to adjust the average particle size, thereby obtaining a particulate binder. The obtained particulate binder is put into water together with a surfactant, and dispersed using a homogenizer or a disper mixer.
次に、リチウム二次電池用電極の他の要素について説明する、
電極合剤層の必須成分である粒子状の活物質は、リチウムイオンの吸蔵(充電)および放出(放電)が可能な材料である。このような材料として、例えば、炭素材料、合金系負極活物質などがあり、炭素材料が好ましい。炭素材料には、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、黒鉛化途上炭素、非晶質炭素などがある。なかでも黒鉛領域を有する炭素粒子(以下、黒鉛粒子)が好ましい。活物質は1種を単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
Next, other elements of the lithium secondary battery electrode will be described.
The particulate active material that is an essential component of the electrode mixture layer is a material capable of occluding (charging) and releasing (discharging) lithium ions. Examples of such a material include a carbon material and an alloy-based negative electrode active material, and a carbon material is preferable. Examples of the carbon material include natural graphite, artificial graphite, coke, graphitized carbon, and amorphous carbon. Among these, carbon particles having a graphite region (hereinafter referred to as graphite particles) are preferable. An active material may be used individually by 1 type, and may be used in combination of multiple types.
黒鉛粒子とは、黒鉛構造を有する領域を含む炭素粒子の総称である。よって、黒鉛粒子には、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボン粒子などが含まれる。広角X線回折法で測定される黒鉛粒子の回折像は、(101)面に帰属されるピークと、(100)面に帰属されるピークとを有する。ここで、(101)面に帰属されるピークの強度I(101)と、(100)面に帰属されるピークの強度I(100)との比は、0.01<I(101)/I(100)<0.25を満たすことが好ましく、0.08<I(101)/I(100)<0.20を満たすことが更に好ましい。なお、ピークの強度とは、ピークの高さを意味する。 Graphite particles are a general term for carbon particles including a region having a graphite structure. Thus, the graphite particles include natural graphite, artificial graphite, graphitized mesophase carbon particles, and the like. The diffraction image of the graphite particles measured by the wide angle X-ray diffraction method has a peak attributed to the (101) plane and a peak attributed to the (100) plane. Here, the ratio of the peak intensity I (101) attributed to the (101) plane and the peak intensity I (100) attributed to the (100) plane is 0.01 <I (101) / I. It is preferable to satisfy (100) <0.25, and it is more preferable to satisfy 0.08 <I (101) / I (100) <0.20. The peak intensity means the peak height.
黒鉛粒子の平均粒径は、14〜25μmが好ましく、16〜23μmが更に好ましい。平均粒径が上記範囲に含まれる場合、負極合剤層における黒鉛粒子の滑り性が向上し、黒鉛粒子の充填状態が良好となり、黒鉛粒子間の接着強度の向上に有利である。なお、平均粒径とは、黒鉛粒子の体積粒度分布におけるメディアン径(D50)を意味する。黒鉛粒子の体積粒度分布は、例えば市販のレーザー回折式の粒度分布測定装置により測定することができる。 The average particle size of the graphite particles is preferably 14 to 25 μm, and more preferably 16 to 23 μm. When the average particle diameter is within the above range, the slipping property of the graphite particles in the negative electrode mixture layer is improved, the filling state of the graphite particles is improved, and it is advantageous for improving the adhesive strength between the graphite particles. The average particle diameter means the median diameter (D50) in the volume particle size distribution of the graphite particles. The volume particle size distribution of the graphite particles can be measured by, for example, a commercially available laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus.
黒鉛粒子の平均円形度は、0.90〜0.95が好ましく、0.91〜0.94が更に好ましい。平均円形度が上記範囲に含まれる場合、負極合剤層における黒鉛粒子の滑り性が向上し、黒鉛粒子の充填性の向上や、黒鉛粒子間の接着強度の向上に有利である。なお、平均円形度は、4πS/L2(ただし、Sは黒鉛粒子の正投影像の面積、Lは正投影像の周囲長)で表される。例えば、任意の100個の黒鉛粒子の平均円形度が上記範囲であることが好ましい。 The average circularity of the graphite particles is preferably 0.90 to 0.95, and more preferably 0.91 to 0.94. When the average circularity is included in the above range, the slipping property of the graphite particles in the negative electrode mixture layer is improved, which is advantageous in improving the filling properties of the graphite particles and the adhesion strength between the graphite particles. The average circularity is represented by 4πS / L 2 (where S is the area of the orthographic image of graphite particles, and L is the perimeter of the orthographic image). For example, the average circularity of 100 arbitrary graphite particles is preferably in the above range.
黒鉛粒子の比表面積Sは、3〜7m2/gが好ましく、3.5〜6.5m2/gが更に好ましい。比表面積が上記範囲に含まれる場合、負極合剤層における黒鉛粒子の滑り性が向上し、黒鉛粒子間の接着強度の向上に有利である。また、黒鉛粒子の表面を被覆する第1水溶性高分子の好適量を少なくすることができる。なお、比表面積はBET法により測定する。 The specific surface area S of the graphite particles is preferably 3~7m 2 / g, more preferably 3.5~6.5m 2 / g. When the specific surface area is included in the above range, the slipperiness of the graphite particles in the negative electrode mixture layer is improved, which is advantageous for improving the adhesive strength between the graphite particles. Moreover, the suitable quantity of the 1st water-soluble polymer which coat | covers the surface of a graphite particle can be decreased. The specific surface area is measured by the BET method.
電極合剤層は、導電剤、増粘剤などを任意成分として含んでもよい。導電剤は、活物質粒子間の電子伝導性を高め、集電性を向上させる。増粘剤は、増粘剤は、電極合剤層を形成する際に調製される、活物質、粒子状結着剤および液状分散媒を含むスラリーの粘度を調整する。 The electrode mixture layer may contain a conductive agent, a thickener and the like as optional components. The conductive agent increases the electron conductivity between the active material particles and improves the current collecting property. The thickener adjusts the viscosity of the slurry containing the active material, the particulate binder, and the liquid dispersion medium, which is prepared when the electrode mixture layer is formed.
導電剤には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類、炭素繊維などがある。導電剤は1種を単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the conductive agent include carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black, and carbon fiber. A conductive agent may be used individually by 1 type, and may be used in combination of multiple types.
増粘剤には、多糖類化合物が好ましく用いられる。多糖類化合物とは、複数個の単糖分子がグリコシド結合によって重合した糖をいう。例えば、デンプン、アミロース、アミロペクチン、グリコーゲン、セルロース、これらの誘導体などが挙げられる。これらのうちでは、耐熱性、価格などの点から、セルロース誘導体が好ましく、カルボキシメチルセルロースが最も好ましい。 A polysaccharide compound is preferably used for the thickener. The polysaccharide compound refers to a saccharide in which a plurality of monosaccharide molecules are polymerized by glycosidic bonds. Examples thereof include starch, amylose, amylopectin, glycogen, cellulose, and derivatives thereof. Among these, cellulose derivatives are preferable from the viewpoint of heat resistance, cost, etc., and carboxymethyl cellulose is most preferable.
電極合剤層に含まれる粒子状結着剤の量は、黒鉛粒子100重量部あたり、0.4〜1.5重量部が好ましく、0.6〜1.2重量部が更に好ましい。粒子状結着剤の量が0.4重量部未満では、活物質粒子間の結着性が不十分となり、極板強度が低下する場合がある。粒子状結着剤の量が1.5重量部を超えると、負極容量が低下する場合がある。 The amount of the particulate binder contained in the electrode mixture layer is preferably 0.4 to 1.5 parts by weight, more preferably 0.6 to 1.2 parts by weight, per 100 parts by weight of the graphite particles. When the amount of the particulate binder is less than 0.4 parts by weight, the binding property between the active material particles may be insufficient, and the electrode plate strength may be lowered. When the amount of the particulate binder exceeds 1.5 parts by weight, the negative electrode capacity may decrease.
電極合剤層に含まれる増粘剤の量は、活物質粒子100重量部あたり、0.6〜3重量部が好ましく、0.6〜1.5重量部が更に好ましい。増粘剤の量が0.6重量部未満では、極板強度が低下する場合がある。増粘剤の量が3重量部を超えると、負極容量が低下する場合がある。 The amount of the thickener contained in the electrode mixture layer is preferably 0.6 to 3 parts by weight, more preferably 0.6 to 1.5 parts by weight, per 100 parts by weight of the active material particles. If the amount of the thickener is less than 0.6 parts by weight, the electrode plate strength may decrease. When the amount of the thickener exceeds 3 parts by weight, the negative electrode capacity may decrease.
本発明は、電極合剤層の密度を1.5g/cm3以上とする場合に適している。このような電極合剤層を得るためには、電極の製造過程において、圧延の力を大きくする必要がある。これに伴い、集電体とともに電極合剤層を裁断する際に、活物質粒子にかかる応力も大きくなる。本発明によれば、このような場合でも、過度な粒子割れを抑制することができ、かつ活物質粒子間の結着強度および電極合剤層と集電体との結着強度に優れた電極が得られる。 The present invention is suitable when the density of the electrode mixture layer is 1.5 g / cm 3 or more. In order to obtain such an electrode mixture layer, it is necessary to increase the rolling force in the electrode manufacturing process. Accordingly, when the electrode mixture layer is cut together with the current collector, the stress applied to the active material particles also increases. According to the present invention, even in such a case, an electrode that can suppress excessive particle cracking and has excellent binding strength between active material particles and binding strength between an electrode mixture layer and a current collector. Is obtained.
本発明の更に好ましい一実施形態において、活物質は黒鉛粒子であり、粒子状結着剤の量は活物質100重量部あたり0.4〜1.5重量部であり、電極合剤層の密度は1.5g/cm3以上であり、黒鉛粒子間の結着強度は、150N/cm2以上である。上記条件を全て満たすためには、電極の製造過程において、粒子状結着剤が剛性と柔軟性とをバランス良く有する必要がある。上記適用条件を満たす粒子状結着剤は、剛性と柔軟性とをバランス良く有するため、過度な粒子割れを抑制することができる。よって、黒鉛粒子間の結着強度を150N/cm2以上にすることが容易となる。 In a further preferred embodiment of the present invention, the active material is graphite particles, the amount of the particulate binder is 0.4 to 1.5 parts by weight per 100 parts by weight of the active material, and the density of the electrode mixture layer Is 1.5 g / cm 3 or more, and the binding strength between the graphite particles is 150 N / cm 2 or more. In order to satisfy all of the above conditions, it is necessary that the particulate binder has a good balance between rigidity and flexibility in the manufacturing process of the electrode. Since the particulate binder satisfying the above application conditions has a good balance between rigidity and flexibility, excessive particle cracking can be suppressed. Therefore, it becomes easy to make the binding strength between the graphite particles 150 N / cm 2 or more.
電極合剤層を担持する集電体には、金属箔が好ましく用いられる。負極の場合、金属箔としては、銅箔、銅合金箔などが好ましい。なかでも銅箔(0.2モル%以下の銅以外の成分が含まれていてもよい)が好ましく、特に電解銅箔が好ましい。 A metal foil is preferably used for the current collector carrying the electrode mixture layer. In the case of the negative electrode, the metal foil is preferably a copper foil or a copper alloy foil. Of these, copper foil (which may contain components other than copper of 0.2 mol% or less) is preferable, and electrolytic copper foil is particularly preferable.
次に、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池について説明する。
リチウム二次電池は、正極、負極およびこれらの間に介在するリチウムイオン伝導性電解質層を具備し、負極は上記で説明した電極である。
Next, a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described.
The lithium secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion conductive electrolyte layer interposed therebetween, and the negative electrode is the electrode described above.
図2は、同実施形態に係るリチウム二次電池1の一例の構成を模式的に示す斜視図である。図2では、電池1の要部の構成を示すために、その一部を切り欠いて示している。電池1は、角型電池ケース11内に扁平状電極群10および非水電解質が収容された角型電池である。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a configuration of an example of the lithium
電極群10は、正極、負極およびセパレータ(いずれも図示せず)を含む。正極リード12は、正極の正極集電体と正極端子としての機能を有する封口板14とを接続する。負極リード13は、負極の負極集電体と負極端子15とを接続する。ガスケット16は、封口板14と負極端子15とを絶縁する。封口板14は、角型電池ケース11の開口端に接合され、角型電池ケース11を封口する。封口板14には、図示しない注液孔が形成されている。注液孔は、非水電解質を角型電池ケース11内に注液した後に、封栓17により塞がれる。電極群10は、正極と負極との間にセパレータを介在させ、これらを捲回し、この捲回体を扁平状にプレス成形することにより作製できる。
正極は、例えば、正極活物質と、カーボンブラックなどの導電剤と、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤とを含む正極合剤スラリーを、アルミニウム箔などの正極芯材に塗布し、乾燥し、圧延することにより得られる。正極活物質としては、リチウム含有遷移金属複合酸化物が好ましい。その代表的な例としては、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiMnO2、LixNiyMzMe1-(y+z)O2+dなどを挙げることができる。なかでも、高容量を確保できる点から、リチウムニッケル含有複合酸化物が好ましい。 For the positive electrode, for example, a positive electrode mixture slurry containing a positive electrode active material, a conductive agent such as carbon black, and a binder such as polyvinylidene fluoride is applied to a positive electrode core material such as an aluminum foil, dried, and rolled. Can be obtained. As the positive electrode active material, a lithium-containing transition metal composite oxide is preferable. Typical examples thereof include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , Li x Ni y M z Me 1- (y + z) O 2 + d, and the like. Among these, lithium nickel-containing composite oxides are preferable because high capacity can be secured.
具体的なリチウムニッケル含有複合酸化物としては、例えば、一般式(1):
LixNiyMzMe1-(y+z)O2+d (1)
(Mは、CoおよびMnよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、Meは、Al、Cr、Fe、Mg、およびZnよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、0.98≦x≦1.10、0.3≦w≦1.0、0≦z≦0.7、0.9≦(y+z)≦1.0および−0.01≦d≦0.01を満たす)で表されるものが挙げられる。
Specific lithium nickel-containing composite oxides include, for example, the general formula (1):
Li x Ni y M z Me 1- (y + z) O 2 + d (1)
(M is at least one element selected from the group consisting of Co and Mn, Me is at least one element selected from the group consisting of Al, Cr, Fe, Mg, and Zn; 98 ≦ x ≦ 1.10, 0.3 ≦ w ≦ 1.0, 0 ≦ z ≦ 0.7, 0.9 ≦ (y + z) ≦ 1.0 and −0.01 ≦ d ≦ 0.01 ).
セパレータは細孔構造を有し、細孔に非水電解質が含浸されている。これらはリチウムイオン伝導性電解質層を構成している。セパレータは、ポリエチレンまたはポリプロピレン製の微多孔質フィルムであることが好ましい。セパレータの厚みは、例えば10〜30μmである。 The separator has a pore structure, and the pores are impregnated with a nonaqueous electrolyte. These constitute a lithium ion conductive electrolyte layer. The separator is preferably a microporous film made of polyethylene or polypropylene. The thickness of the separator is, for example, 10 to 30 μm.
非水電解質は、リチウムイオン伝導性を有し、溶質(支持塩)と非水溶媒とを含み、さらに必要に応じて各種添加剤を含む。溶質には、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiCF3CO2などがある。溶質は1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。溶質は、非水溶媒1リットルに対して0.5〜2モルの割合で添加するのが好ましい。非水溶媒には、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどがある。環状炭酸エステルには、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどがある。鎖状炭酸エステルには、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどがある。環状カルボン酸エステルには、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどがある。非水溶媒は1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。 The non-aqueous electrolyte has lithium ion conductivity, includes a solute (supporting salt) and a non-aqueous solvent, and further includes various additives as necessary. Solutes include LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 and the like. Solutes can be used alone or in combination of two or more. The solute is preferably added at a ratio of 0.5 to 2 moles per liter of the nonaqueous solvent. Nonaqueous solvents include cyclic carbonates, chain carbonates, and cyclic carboxylic acid esters. Examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate and ethylene carbonate. Examples of chain carbonic acid esters include diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate. Examples of the cyclic carboxylic acid ester include γ-butyrolactone and γ-valerolactone. A non-aqueous solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
次に、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明する。ただし、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。
まず、表1に示す性質を有する粒子状結着剤A〜Eを合成した。DSC曲線およびTgの測定装置には、TAインスツルメンツ社製のQ2000を用いた。
Next, the present invention will be specifically described based on examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
First, particulate binders A to E having the properties shown in Table 1 were synthesized. As a DSC curve and Tg measuring apparatus, Q2000 manufactured by TA Instruments was used.
表1中、各符号は下記の通りである。
St:スチレン単位
Bt:ブタジエン単位
Ba:アクリル酸ブチル単位
<Δh1>:100×(Δh1/ΔH)
<Δh2>:100×(Δh2/ΔH)
St/BtおよびSt/Baは、単量体のモル比を示す。
In Table 1, each symbol is as follows.
St: styrene unit Bt: butadiene unit Ba: butyl acrylate unit <Δh1>: 100 × (Δh1 / ΔH)
<Δh2>: 100 × (Δh2 / ΔH)
St / Bt and St / Ba indicate the molar ratio of monomers.
以下、各粒子状結着剤の合成法について説明する。
<結着剤X1>
ホモミキサーを用いて、スチレン52g、イオン交換水50gおよびアニオン性界面活性剤(第1工業製薬(株)製:ネオゲンRK)3gを混合し、単量体の乳化物(以下、乳化物a)を得た。
一方、内空間が窒素置換された滴下装置と攪拌機とを備えたオートクレーブ中に、イオン交換水90gを仕込み、攪拌しながら70℃まで昇温させた。その後、イオン交換水10gおよび過硫酸カリウム0.5gからなる水溶液を添加した。次に、攪拌を続けながら、かつ温度を70℃に維持しながら、乳化物aを81.6gと加圧液化したブタジエン44gを4時間かけて滴下し、重合体成分Aの合成を行った。引き続き、乳化物aを20.4gと加圧液化したブタジエン4gを1時間かけて滴下し、重合体成分Bの合成を行い、粒子状結着剤X1のエマルジョンを得た。
Hereinafter, a method for synthesizing each particulate binder will be described.
<Binder X1>
Using a homomixer, 52 g of styrene, 50 g of ion-exchanged water, and 3 g of an anionic surfactant (manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd .: Neogen RK) are mixed, and a monomer emulsion (hereinafter, emulsion a) is mixed. Got.
On the other hand, 90 g of ion-exchanged water was charged into an autoclave equipped with a dropping device and a stirrer whose interior space was replaced with nitrogen, and the temperature was raised to 70 ° C. while stirring. Thereafter, an aqueous solution consisting of 10 g of ion-exchanged water and 0.5 g of potassium persulfate was added. Next, while continuing stirring and maintaining the temperature at 70 ° C., 81.6 g of the emulsion a and 44 g of butadiene obtained by liquefaction under pressure were dropped over 4 hours to synthesize the polymer component A. Subsequently, 20.4 g of emulsion a and 4 g of butadiene obtained by liquefaction under pressure were added dropwise over 1 hour to synthesize polymer component B to obtain an emulsion of particulate binder X1.
<結着剤X2>
内空間が窒素置換された滴下装置と攪拌機とを備えたオートクレーブ中に、イオン交換水90gを仕込み、攪拌しながら70℃まで昇温させた。その後、イオン交換水10gおよび過硫酸カリウム0.5gからなる水溶液を添加した。次に、攪拌を続けながら、かつ温度を70℃に維持しながら、乳化物aを20.4gと加圧液化したブタジエン4gを1時間かけて滴下し、重合体成分Bの合成を行った。引き続き、乳化物aを81.6gと加圧液化したブタジエン44gを4時間かけて滴下し、重合体成分Aの合成を行い、粒子状結着剤X2のエマルジョンを得た。
<Binder X2>
In an autoclave equipped with a dropping device and a stirrer whose interior space was replaced with nitrogen, 90 g of ion-exchanged water was charged, and the temperature was raised to 70 ° C. while stirring. Thereafter, an aqueous solution consisting of 10 g of ion-exchanged water and 0.5 g of potassium persulfate was added. Next, while continuing stirring and maintaining the temperature at 70 ° C., 20.4 g of emulsion a and 4 g of butadiene obtained by liquefaction under pressure were dropped over 1 hour to synthesize polymer component B. Subsequently, 81.6 g of the emulsified product a and 44 g of butadiene which was liquefied under pressure were dropped over 4 hours to synthesize the polymer component A to obtain an emulsion of the particulate binder X2.
<結着剤X3>
ホモミキサーを用いて、スチレン36g、イオン交換水50gおよびアニオン性界面活性剤(第1工業製薬(株)製:ネオゲンRK)3gを混合し、単量体の乳化物(以下、乳化物b1)を得た。
また、ホモミキサーを用いて、スチレン14g、アクリル酸ブチル6g、イオン交換水20gおよびアニオン性界面活性剤(第1工業製薬(株)製:ネオゲンRK)1gを混合し、単量体の乳化物(以下、乳化物b2)を得た。
一方、内空間が窒素置換された滴下装置と攪拌機とを備えたオートクレーブ中に、イオン交換水70gを仕込み、攪拌しながら70℃まで昇温させた。その後、イオン交換水10gおよび過硫酸カリウム0.5gからなる水溶液を添加した。次に、攪拌を続けながら、かつ温度を70℃に維持しながら、乳化物b1を86gと加圧液化したブタジエン44gを4時間かけて滴下し、重合体成分Aの合成を行った。引き続き、乳化物b2を40gを2時間かけて滴下し、重合体成分Cの合成を行い、粒子状結着剤X3のエマルジョンを得た。
<Binder X3>
Using a homomixer, 36 g of styrene, 50 g of ion-exchanged water and 3 g of an anionic surfactant (manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd .: Neogen RK) are mixed, and an emulsion of monomers (hereinafter, emulsion b1) Got.
In addition, using a homomixer, 14 g of styrene, 6 g of butyl acrylate, 20 g of ion-exchanged water, and 1 g of an anionic surfactant (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd .: Neogen RK) are mixed to obtain an emulsion of monomers. (Hereinafter, emulsion b2) was obtained.
On the other hand, 70 g of ion-exchanged water was charged into an autoclave equipped with a dropping device and a stirrer whose interior space was replaced with nitrogen, and the temperature was raised to 70 ° C. while stirring. Thereafter, an aqueous solution consisting of 10 g of ion-exchanged water and 0.5 g of potassium persulfate was added. Next, while continuing stirring and maintaining the temperature at 70 ° C., 86 g of emulsion b1 and 44 g of butadiene obtained by liquefaction under pressure were dropped over 4 hours to synthesize polymer component A. Subsequently, 40 g of the emulsion b2 was dropped over 2 hours to synthesize the polymer component C to obtain an emulsion of the particulate binder X3.
<結着剤Y1>
ホモミキサーを用いて、スチレン45g、イオン交換水50gおよびアニオン性界面活性剤(第1工業製薬(株)製:ネオゲンRK)3gを混合し、単量体の乳化物(以下、乳化物c)を得た。
一方、内空間が窒素置換された滴下装置と攪拌機とを備えたオートクレーブ中に、イオン交換水90gを仕込み、攪拌しながら70℃まで昇温させた。その後、イオン交換水10gおよび過硫酸カリウム0.5gからなる水溶液を添加した。次に、攪拌を続けながら、かつ温度を70℃に維持しながら、乳化物cを95gと加圧液化したブタジエン55gを4時間かけて滴下し、重合体成分Aからなる粒子状結着剤Y1のエマルジョンを得た。
<Binder Y1>
Using a homomixer, 45 g of styrene, 50 g of ion-exchanged water, and 3 g of an anionic surfactant (manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd .: Neogen RK) are mixed together to give a monomer emulsion (hereinafter, emulsion c). Got.
On the other hand, 90 g of ion-exchanged water was charged into an autoclave equipped with a dropping device and a stirrer whose interior space was replaced with nitrogen, and the temperature was raised to 70 ° C. while stirring. Thereafter, an aqueous solution consisting of 10 g of ion-exchanged water and 0.5 g of potassium persulfate was added. Next, while stirring and maintaining the temperature at 70 ° C., 95 g of emulsion c and 55 g of butadiene obtained by liquefaction under pressure are dropped over 4 hours, and particulate binder Y1 composed of polymer component A is added. An emulsion was obtained.
<結着剤Y2>
ホモミキサーを用いて、スチレン60g、イオン交換水50gおよびアニオン性界面活性剤(第1工業製薬(株)製:ネオゲンRK)3gを混合し、単量体の乳化物(以下、乳化物d)を得た。
一方、内空間が窒素置換された滴下装置と攪拌機とを備えたオートクレーブ中に、イオン交換水90gを仕込み、攪拌しながら70℃まで昇温させた。その後、イオン交換水10gおよび過硫酸カリウム0.5gからなる水溶液を添加した。次に、攪拌を続けながら、かつ温度を70℃に維持しながら、乳化物dを110gと加圧液化したブタジエン40gを5時間かけて滴下し、重合体成分Dからなる粒子状結着剤Y2のエマルジョンを得た。
<Binder Y2>
Using a homomixer, 60 g of styrene, 50 g of ion-exchanged water, and 3 g of an anionic surfactant (manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd .: Neogen RK) are mixed, and a monomer emulsion (hereinafter, emulsion d) is mixed. Got.
On the other hand, 90 g of ion-exchanged water was charged into an autoclave equipped with a dropping device and a stirrer whose interior space was replaced with nitrogen, and the temperature was raised to 70 ° C. while stirring. Thereafter, an aqueous solution consisting of 10 g of ion-exchanged water and 0.5 g of potassium persulfate was added. Next, while continuing stirring and maintaining the temperature at 70 ° C., 110 g of the emulsion d and 40 g of butadiene obtained by liquefying the emulsion are dropped over 5 hours, and the particulate binder Y2 composed of the polymer component D is added. An emulsion was obtained.
粒子状結着剤のX1、X2、X3、Y1およびY2のDSC曲線を図3〜7に示す。 The DSC curves for X1, X2, X3, Y1 and Y2 of the particulate binder are shown in FIGS.
《実施例1》
以下の手順でリチウム二次電池用負極を作製した。
天然黒鉛粒子(平均粒径20μm、BET比表面積4.8m2/g)100重量部、カルボキシメチルセルロース(CMC)1g、粒子状結着剤X1のエマルジョン(固形分濃度40重量%)2.5重量部、および適量の水を、双腕型練合機で混合し、負極合剤スラリーを調製した。負極合剤スラリーを厚さ10μmの銅箔の両面に塗布し、乾燥後、塗膜を2000N(204kgf)/cmの線圧で圧延し、負極板を作製した。両面の負極合剤層と負極芯材との合計厚さは150μmであった。その後、負極板を所定の寸法に裁断して、帯状の負極を得た。
Example 1
A negative electrode for a lithium secondary battery was produced by the following procedure.
Natural graphite particles (average particle size 20 μm, BET specific surface area 4.8 m 2 / g) 100 parts by weight, carboxymethyl cellulose (CMC) 1 g, particulate binder X1 emulsion (solid content concentration 40% by weight) 2.5 weights Part and an appropriate amount of water were mixed with a double-arm kneader to prepare a negative electrode mixture slurry. The negative electrode mixture slurry was applied to both sides of a copper foil having a thickness of 10 μm, and after drying, the coating film was rolled at a linear pressure of 2000 N (204 kgf) / cm to produce a negative electrode plate. The total thickness of the negative electrode mixture layers on both sides and the negative electrode core material was 150 μm. Thereafter, the negative electrode plate was cut into a predetermined size to obtain a strip-shaped negative electrode.
《実施例2》
粒子状結着剤X1の代わりに、粒子状結着剤X2を用いたこと以外、実施例1と同様に負極を作製した。
Example 2
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the particulate binder X2 was used instead of the particulate binder X1.
《実施例3》
粒子状結着剤X1の代わりに、粒子状結着剤X3を用いたこと以外、実施例1と同様に負極を作製した。
Example 3
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the particulate binder X3 was used instead of the particulate binder X1.
《比較例1》
粒子状結着剤X1の代わりに、粒子状結着剤Y1を用いたこと以外、実施例1と同様に負極を作製した。
<< Comparative Example 1 >>
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the particulate binder Y1 was used instead of the particulate binder X1.
《比較例2》
粒子状結着剤X1の代わりに、粒子状結着剤Y2を用いたこと以外、実施例1と同様に負極を作製した。
<< Comparative Example 2 >>
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the particulate binder Y2 was used instead of the particulate binder X1.
実施例1〜3および比較例1〜2の負極について、以下の結着強度を評価した。
[黒鉛粒子間の結着強度の測定方法]
両面に負極合剤層が形成された負極から、2cm×3cmの負極片を切り出した。負極片の一方の面から負極合剤層を剥がし、他方の面の負極合剤層をそのまま残した。この負極片の他方の面を、ガラス板上に貼り付けた両面テープ(品番:No.515、日東電工(株)製)の接着剤層に貼り付けた。次いで、負極片から負極芯材を剥離して負極合剤層を露出させた。これにより、両面テープの片面に負極合剤層が付着した測定用試料を作製した。
About the negative electrode of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-2, the following binding strength was evaluated.
[Measurement method of binding strength between graphite particles]
A 2 cm × 3 cm negative electrode piece was cut out from the negative electrode having the negative electrode mixture layer formed on both sides. The negative electrode mixture layer was peeled off from one surface of the negative electrode piece, and the negative electrode mixture layer on the other surface was left as it was. The other surface of the negative electrode piece was attached to an adhesive layer of a double-sided tape (product number: No. 515, manufactured by Nitto Denko Corporation) attached on a glass plate. Subsequently, the negative electrode core material was peeled from the negative electrode piece to expose the negative electrode mixture layer. Thus, a measurement sample in which the negative electrode mixture layer adhered to one side of the double-sided tape was produced.
この測定用試料の両面テープの側を、タッキング試験機(商品名:TAC−II、株式会社レスカ製)の測定子(先端直径0.2cm)の先端に取り付けた。次に、下記条件で測定プローブを負極合剤層に押し付け、引き離して剥離試験を行った。この剥離試験において、黒鉛粒子間で剥離が起る最大荷重を測定した。得られた最大荷重を測定子の断面積(0.031cm2)で除した値を、黒鉛粒子間の結着強度(N)とした。
結果を表2に示す。
The double-sided tape side of this measurement sample was attached to the tip of a probe (tip diameter: 0.2 cm) of a tacking tester (trade name: TAC-II, manufactured by Resuka Co., Ltd.). Next, the measurement probe was pressed against the negative electrode mixture layer under the following conditions and separated to perform a peel test. In this peeling test, the maximum load at which peeling occurs between graphite particles was measured. The value obtained by dividing the obtained maximum load by the cross-sectional area of the probe (0.031 cm 2 ) was defined as the binding strength (N) between the graphite particles.
The results are shown in Table 2.
<試験条件>
測定プローブの押し込み速度30mm/分
測定プローブの押し込み時間10秒
測定プローブの押し込み荷重3.9N
測定プローブの引き離し速度600mm/分
<Test conditions>
Measurement probe indentation speed 30 mm / min Measurement
Measuring probe pulling speed 600mm / min
[負極芯材と負極合剤層との結着強度の測定方法]
負極を裁断して幅15mm、長さ80mmの試験片を作製した。両面テープ(日東電工(株)製のNo.151)を試験片の一方の面の負極合剤層に貼り付け、平滑なステンレス鋼(SUS)基板に固定した。試験片が固定されたSUS基板は、水平になるように設置した。次に、基板面に対して90°の方向に負極芯材を剥離できるように、試験片の長手方向における負極芯材の一端を、引張り試験機(商品名:テンシロン万能試験機RTC1210、(株)エー・アンド・デイ製)の可動冶具に固定した。そして、試験片の負極合剤層と芯材とが20mm/分の速度で剥離するように、可動冶具を移動させた。その際、引張方向は常に試験片を固定しているSUS基板に対して90°に維持した。試験片の30mm以上が剥離した時の安定した引張り強度の数値を読み取り、負極芯材と負極合剤層との結着強度とした。
[Measurement method of binding strength between negative electrode core material and negative electrode mixture layer]
The negative electrode was cut to prepare a test piece having a width of 15 mm and a length of 80 mm. A double-sided tape (No. 151 manufactured by Nitto Denko Corporation) was attached to the negative electrode mixture layer on one side of the test piece and fixed to a smooth stainless steel (SUS) substrate. The SUS board | substrate with which the test piece was fixed was installed so that it might become horizontal. Next, one end of the negative electrode core material in the longitudinal direction of the test piece is attached to a tensile tester (trade name: Tensilon Universal Tester RTC1210, It was fixed to a movable jig of A & D). And the movable jig was moved so that the negative mix layer and core material of a test piece may peel at a speed | rate of 20 mm / min. At that time, the tensile direction was always maintained at 90 ° with respect to the SUS substrate on which the test piece was fixed. The numerical value of the stable tensile strength when 30 mm or more of the test piece was peeled was read and used as the binding strength between the negative electrode core material and the negative electrode mixture layer.
次に、上記負極を用いて作製したリチウム二次電池の充放電特性を評価した。
リチウム二次電池は、以下の手順で作製した。
(1)正極の作製
LiNi0.82Co0.15Al0.03O2(正極活物質)100重量部、アセチレンブラック(導電剤)1重量部、ポリフッ化ビニリデン(結着剤)1重量部およびN−メチル−2−ピロリドン25重量部を、双腕型練合機で混合し、正極合剤スラリーを調製した。正極合剤スラリーを、厚さ15μmの帯状アルミニウム箔(正極芯材)の両面に塗布し、乾燥後、塗膜を圧延し、正極板を作製した。両面の正極合剤層と正極芯材との合計厚さは120μmであった。その後、正極板を所定の寸法に裁断して、帯状の正極を得た。
Next, the charge / discharge characteristics of the lithium secondary battery produced using the negative electrode were evaluated.
The lithium secondary battery was produced by the following procedure.
(1) Preparation of positive electrode LiNi 0.82 Co 0.15 Al 0.03 O 2 (positive electrode active material) 100 parts by weight, acetylene black (conductive agent) 1 part by weight, polyvinylidene fluoride (binder) 1 part by weight and N-methyl-2 -Pyrrolidone 25 weight part was mixed with the double arm type kneader, and the positive mix slurry was prepared. The positive electrode mixture slurry was applied to both sides of a 15 μm thick strip-shaped aluminum foil (positive electrode core material), dried, and then the coated film was rolled to prepare a positive electrode plate. The total thickness of the positive electrode mixture layers on both sides and the positive electrode core material was 120 μm. Thereafter, the positive electrode plate was cut into a predetermined size to obtain a strip-shaped positive electrode.
(2)非水電解質の調製
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:3で混合した混合溶媒99重量部にビニレンカーボネート1重量部を添加して、混合溶媒を得た。その後、濃度が1.0mol/LとなるようにLiPF6を混合溶媒に溶解して、非水電解質を調製した。
(2) Preparation of
(3)電極群の作製
上記の正極、負極および非水電解質を用い、電極群を作製した。
具体的には、アルミニウムリードの一端を正極芯材に接続した。ニッケルリードの一端を負極芯材に接続した。正極と負極との間に厚さ16μmのセパレータ(ポリエチレン製微多孔質フィルム、商品名:ハイポア、旭化成(株)製)を介在させてこれらを捲回した。得られた捲回体を25℃環境下でプレスし、扁平状の電極群を作製した。プレス圧は0.5MPaとした。
(3) Production of electrode group An electrode group was produced using the positive electrode, the negative electrode and the non-aqueous electrolyte.
Specifically, one end of the aluminum lead was connected to the positive electrode core material. One end of the nickel lead was connected to the negative electrode core material. These were wound by interposing a separator having a thickness of 16 μm (polyethylene microporous film, trade name: Hypore, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) between the positive electrode and the negative electrode. The obtained wound body was pressed under an environment of 25 ° C. to produce a flat electrode group. The press pressure was 0.5 MPa.
(4)電池の組立
得られた電極群をステンレス鋼製の角型電池ケースに挿入した。電極群の上部には、樹脂製枠体を装着した。樹脂製枠体は、電極群とステンレス鋼製封口板とを隔離するとともに、アルミニウムリードまたはニッケルリードと電池ケースとの接触を防止する。アルミニウムリードの他端を封口板の下面に接続した。ニッケルリードの他端をステンレス鋼製負極端子に接続した。負極端子はポリプロピレン製ガスケットを介して封口板に配置した。封口板を電池ケースの開口に配置して溶接した。封口板の注液孔から、所定量の非水電解質を電池ケース内に注液した。その後、注液口を封栓により塞ぎ、本発明の非水電解質二次電池を作製した。
(4) Battery assembly The obtained electrode group was inserted into a stainless steel prismatic battery case. A resin frame was attached to the upper part of the electrode group. The resin frame body separates the electrode group from the stainless steel sealing plate and prevents the aluminum lead or nickel lead from contacting the battery case. The other end of the aluminum lead was connected to the lower surface of the sealing plate. The other end of the nickel lead was connected to a stainless steel negative electrode terminal. The negative electrode terminal was disposed on the sealing plate via a polypropylene gasket. A sealing plate was placed in the opening of the battery case and welded. A predetermined amount of nonaqueous electrolyte was injected into the battery case from the injection hole of the sealing plate. Thereafter, the liquid injection port was closed with a plug to produce the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
[電池容量評価]
実施例1〜3および比較例1〜2の電池について、以下の条件で充放電サイクルを3回繰返し、3回目の放電容量を求め、電池容量とした。結果を表3に示す。
定電流充電:200mA、終止電圧4.2V
定電圧充電:終止電流20mA、休止時間20分
定電流放電:電流200mA、終止電圧2.5V、休止時間20分
[Battery capacity evaluation]
For the batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the charge / discharge cycle was repeated 3 times under the following conditions, and the discharge capacity at the third time was obtained to obtain the battery capacity. The results are shown in Table 3.
Constant current charging: 200mA, end voltage 4.2V
Constant voltage charge: end current 20 mA, rest time 20 minutes Constant current discharge: current 200 mA, end voltage 2.5 V, rest time 20 minutes
[充放電サイクル特性評価]
実施例1〜3および比較例1〜2の電池について、45℃において、下記の充放電サイクルを500回繰り返した。
定電流充電:充電電流値500mA/充電終止電圧4.2V
定電圧充電:充電電圧値4.2V/充電終止電流100mA
定電流放電:放電電流値500mA/放電終止電圧3V
そして、下記の式に従って、容量維持率(%)を求めた。結果を表3に示す。
容量維持率(%)=(500回目の放電容量/1回目の放電容量)×100
[Charge / discharge cycle characteristics evaluation]
About the battery of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-2, the following charging / discharging cycle was repeated 500 times at 45 degreeC.
Constant current charging: Charging current value 500 mA / end-of-charge voltage 4.2 V
Constant voltage charging: Charging voltage value 4.2V / end-of-charge current 100mA
Constant current discharge: discharge current value 500 mA / discharge end voltage 3 V
And according to the following formula | equation, the capacity | capacitance maintenance factor (%) was calculated | required. The results are shown in Table 3.
Capacity retention rate (%) = (500th discharge capacity / first discharge capacity) × 100
比較例2の黒鉛粒子間の結着強度や芯材と合剤層との結着強度は、実施例と同等であるが、樹脂結着剤の物性は30℃付近で大きく変化するため、容量維持率には大きな低下が見られた。これは、充放電サイクル中に電池の温度が20〜40℃付近で変化することにより、粒子状結着剤の特性が大きく変化したためと考えられる。 The binding strength between the graphite particles of Comparative Example 2 and the binding strength between the core material and the mixture layer are the same as those in the example, but the physical properties of the resin binder greatly change around 30 ° C. There was a significant decrease in the maintenance rate. This is considered to be because the characteristics of the particulate binder changed greatly when the temperature of the battery changed in the vicinity of 20 to 40 ° C. during the charge / discharge cycle.
本発明の負極およびこれを具備する非水電解質二次電池は、携帯用電子機器の電源として有用である。携帯用電子機器には、パーソナルコンピュータ、携帯電話、モバイル機器、携帯情報端末(PDA)、携帯用ゲーム機器、ビデオカメラなどがある。また、本発明の負極およびこれを具備する非水電解質二次電池は、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車、プラグインHEVなどにおける電気モータ駆動用の主電源または補助電源、電動工具、掃除機、ロボットなどの駆動用電源などとしての利用も期待される。 The negative electrode of the present invention and the nonaqueous electrolyte secondary battery including the negative electrode are useful as a power source for portable electronic devices. Examples of portable electronic devices include personal computers, mobile phones, mobile devices, personal digital assistants (PDAs), portable game devices, and video cameras. Further, the negative electrode of the present invention and the non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the same are a main power source or auxiliary power source for driving an electric motor in a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, a plug-in HEV, and the like, an electric tool, a vacuum cleaner, and a robot. It is also expected to be used as a drive power source.
1 非水電解質二次電池
10 電極群
11 電池ケース
12 正極リード
13 負極リード
14 封口板
15 負極端子
16 ガスケット
17 封栓
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記電極合剤層は、活物質および粒子状結着剤を含み、
前記粒子状結着剤が、スチレン単位およびブタジエン単位を含む樹脂からなり、
前記樹脂は、0℃〜40℃の温度領域で、50%〜90%の部分がゴム状態である、リチウム二次電池用電極。 A sheet-like current collector, and an electrode mixture layer attached to the surface of the current collector,
The electrode mixture layer includes an active material and a particulate binder,
The particulate binder is made of a resin containing a styrene unit and a butadiene unit,
The resin is an electrode for a lithium secondary battery in which a temperature range of 0 ° C. to 40 ° C. and a portion of 50% to 90% is in a rubber state.
前記第1重合体成分は、0℃以下のガラス転移点を有し、
前記第2重合体成分は、40℃以上のガラス転移点を有する、請求項2記載のリチウム二次電池用電極。 The resin includes a first polymer component and a second polymer component,
The first polymer component has a glass transition point of 0 ° C. or less,
The lithium secondary battery electrode according to claim 2, wherein the second polymer component has a glass transition point of 40 ° C. or higher.
前記第2重合体成分の70重量%以上が、スチレン単位およびブタジエン単位からなる、請求項3記載のリチウム二次電池用電極。 70% by weight or more of the first polymer component consists of styrene units and butadiene units, and
The electrode for a lithium secondary battery according to claim 3, wherein 70% by weight or more of the second polymer component comprises a styrene unit and a butadiene unit.
前記第2重合体成分の70重量%以上が、スチレン単位と、アクリル酸エステル単位およびメタクリル酸エステル単位よりなる群から選択される少なくとも1種のエステル単位からなる、請求項3記載のリチウム二次電池用電極。 70% by weight or more of the first polymer component is composed of styrene units and butadiene units, and 70% by weight or more of the second polymer component is composed of styrene units, acrylate units and methacrylate units. The electrode for a lithium secondary battery according to claim 3, comprising at least one ester unit selected from the group.
前記粒子状結着剤の量が、前記活物質100重量部あたり0.4〜1.5重量部であり、
前記電極合剤層の密度が、1.5g/cm3以上であり、
前記炭素粒子間の結着強度が、150N/cm2以上である、請求項1〜11のいずれかに記載のリチウム二次電池用電極。 The active material is carbon particles having a graphite region;
The amount of the particulate binder is 0.4 to 1.5 parts by weight per 100 parts by weight of the active material,
The density of the electrode mixture layer is 1.5 g / cm 3 or more,
The electrode for lithium secondary batteries according to any one of claims 1 to 11, wherein a binding strength between the carbon particles is 150 N / cm 2 or more.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014103281A1 (en) * | 2012-12-26 | 2014-07-03 | 三洋電機株式会社 | Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using same |
WO2015098008A1 (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-02 | 日本ゼオン株式会社 | Binder composition for negative electrode of lithium ion secondary cell, slurry composition for negative electrode of lithium ion secondary cell, negative electrode for lithium ion secondary cell, and lithium ion secondary cell |
WO2015145967A1 (en) * | 2014-03-24 | 2015-10-01 | 日本ゼオン株式会社 | Binder, composition, and porous film for nonaqueous secondary cell; and nonaqueous secondary cell |
JPWO2013183717A1 (en) * | 2012-06-07 | 2016-02-01 | 日本ゼオン株式会社 | Negative electrode slurry composition, lithium ion secondary battery negative electrode and lithium ion secondary battery |
CN114128003A (en) * | 2019-09-20 | 2022-03-01 | 日本电气硝子株式会社 | Electrode for secondary battery and method for manufacturing same |
-
2010
- 2010-03-26 JP JP2010072772A patent/JP2011204578A/en active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2013183717A1 (en) * | 2012-06-07 | 2016-02-01 | 日本ゼオン株式会社 | Negative electrode slurry composition, lithium ion secondary battery negative electrode and lithium ion secondary battery |
US9711785B2 (en) | 2012-06-07 | 2017-07-18 | Zeon Corporation | Negative electrode slurry composition, lithium ion secondary battery negative electrode, and lithium ion secondary battery |
WO2014103281A1 (en) * | 2012-12-26 | 2014-07-03 | 三洋電機株式会社 | Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using same |
JPWO2014103281A1 (en) * | 2012-12-26 | 2017-01-12 | 三洋電機株式会社 | Anode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same |
US9627682B2 (en) | 2012-12-26 | 2017-04-18 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries and nonaqueous electrolyte secondary battery including the same |
WO2015098008A1 (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-02 | 日本ゼオン株式会社 | Binder composition for negative electrode of lithium ion secondary cell, slurry composition for negative electrode of lithium ion secondary cell, negative electrode for lithium ion secondary cell, and lithium ion secondary cell |
JPWO2015098008A1 (en) * | 2013-12-26 | 2017-03-23 | 日本ゼオン株式会社 | Lithium ion secondary battery negative electrode binder composition, lithium ion secondary battery negative electrode slurry composition, lithium ion secondary battery negative electrode and lithium ion secondary battery |
WO2015145967A1 (en) * | 2014-03-24 | 2015-10-01 | 日本ゼオン株式会社 | Binder, composition, and porous film for nonaqueous secondary cell; and nonaqueous secondary cell |
JP2015185353A (en) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 日本ゼオン株式会社 | Binder for nonaqueous secondary battery porous film, composition for nonaqueous secondary battery porous film, porous film for nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery |
CN114128003A (en) * | 2019-09-20 | 2022-03-01 | 日本电气硝子株式会社 | Electrode for secondary battery and method for manufacturing same |
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