JP2012089275A - Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method of electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack - Google Patents

Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method of electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack Download PDF

Info

Publication number
JP2012089275A
JP2012089275A JP2010233117A JP2010233117A JP2012089275A JP 2012089275 A JP2012089275 A JP 2012089275A JP 2010233117 A JP2010233117 A JP 2010233117A JP 2010233117 A JP2010233117 A JP 2010233117A JP 2012089275 A JP2012089275 A JP 2012089275A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active material
electrode plate
metal nitride
material layer
electrode active
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.)
Withdrawn
Application number
JP2010233117A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Kobori
裕之 小堀
Akira Fujiwara
亮 藤原
Aki Kanazawa
安希 金澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority to JP2010233117A priority Critical patent/JP2012089275A/en
Publication of JP2012089275A publication Critical patent/JP2012089275A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode plate for a nonaqueous electrolyte secondary battery having an excellent input and output characteristics, a manufacturing method of the electrode plate, a nonaqueous electrolyte secondary battery using the electrode plate, and a battery pack.SOLUTION: An electrode plate for a nonaqueous electrolyte secondary battery includes a collector and an electrode active material layer formed on at least a part of the surface of the collector, and the electrode active material layer includes an active material particle and a binder material including a crystalline metal nitride and a carbon component.

Description

本発明は、非水電解液二次電池に用いられる電極板、上記電極板の製造方法、上記電極板を用いる非水電解液二次電池および電池パックに関するものである。   The present invention relates to an electrode plate used for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a method for producing the electrode plate, a non-aqueous electrolyte secondary battery using the electrode plate, and a battery pack.

リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池は、高エネルギー密度、高電圧を有し、また充放電時におけるメモリ効果(完全に放電させる前に電池の充電を行なうと次第に電池容量が減少していく現象)が無いことから、携帯機器、及び大型機器など様々な分野で用いられている。   A non-aqueous electrolyte secondary battery represented by a lithium ion secondary battery has a high energy density and a high voltage, and has a memory effect during charging / discharging (when the battery is charged before it is completely discharged, Since there is no phenomenon in which the capacity decreases, it is used in various fields such as portable devices and large devices.

また、現在、世界規模でCO排出抑制の取り組みが行われており、石油依存度を低減し、低環境負荷で走行可能とすることで、CO削減に大いに寄与することができるプラグインハイブリッド自動車、電気自動車に代表される次世代クリーンエネルギー自動車の開発・普及が急務とされている。これらの次世代クリーンエネルギー自動車の開発・普及には、ガソリンに依存しない駆動力が必須である。上記駆動力としてリチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池が期待されている。 At present, efforts are being made to reduce CO 2 emissions on a global scale. Plug-in hybrids that can greatly contribute to CO 2 reduction by reducing the dependence on oil and enabling driving with low environmental impact. There is an urgent need to develop and spread next-generation clean energy vehicles such as automobiles and electric cars. Driving power that does not depend on gasoline is essential for the development and popularization of these next-generation clean energy vehicles. Non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries are expected as the driving force.

上記非水電解液二次電池は、正極板、負極板、セパレータ、及び有機電解液から構成される。そして上記正極板及び負極板としては、金属箔などの集電体表面に、電極活物質層形成液を塗布して形成された電極活物質層を備えるものが一般に用いられている。   The non-aqueous electrolyte secondary battery includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator, and an organic electrolyte. And as said positive electrode plate and negative electrode plate, what equips the collector surface, such as metal foil, with the electrode active material layer formed by apply | coating an electrode active material layer forming liquid is generally used.

上記電極活物質層形成液は、リチウムイオン挿入脱離反応を示すことにより充放電可能な活物質粒子、樹脂製結着材、及び導電材(但し活物質が導電効果も発揮する場合などには、導電材は省略される場合がある)、あるいはさらに、必要に応じてその他の材料を用い、有機溶媒中で混練及び/又は分散させて、スラリー状に調製される。そして電極活物質層形成液を集電体表面に塗布し、次いで乾燥して集電体上に塗膜を形成し、必要に応じてプレスすることにより電極活物質層を備える電極板を製造する方法が一般的である(例えば特許文献1段落[0019]乃至[0026]、特許文献2[請求項1]、段落[0051]乃至[0055])。   The electrode active material layer forming liquid is composed of active material particles that can be charged / discharged by exhibiting lithium ion insertion / release reaction, resin binder, and conductive material (however, when the active material also exhibits a conductive effect) In some cases, the conductive material may be omitted), or, if necessary, other materials may be used and kneaded and / or dispersed in an organic solvent to prepare a slurry. Then, the electrode active material layer forming liquid is applied to the current collector surface, then dried to form a coating film on the current collector, and if necessary, an electrode plate having the electrode active material layer is manufactured by pressing. The method is general (for example, paragraphs [0019] to [0026] in Patent Document 1, paragraph 1 [Claim 1], paragraphs [0051] to [0055]).

このとき、電極活物質層形成液に含有される活物質粒子は、該溶液中に分散される粒子状の化合物であって、集電体表面に塗布されただけでは該集電体表面に固着され難い材料である。したがって樹脂製結着材を含まない電極活物質層形成液を集電体に塗布して乾燥して塗膜を形成しても、該塗膜は集電体から容易に剥離してしまう。そのため、従来の電極板における電極活物質層は、樹脂製結着材を介して、活物質粒子を集電体上に固着させて、形成されることが一般的であり、該樹脂製結着材は実質的には、必須の構成物質であった。   At this time, the active material particles contained in the electrode active material layer forming liquid are particulate compounds dispersed in the solution, and are fixed to the current collector surface only by being applied to the current collector surface. It is a difficult material. Accordingly, even when an electrode active material layer forming liquid not containing a resin binder is applied to a current collector and dried to form a coating film, the coating film is easily peeled off from the current collector. Therefore, an electrode active material layer in a conventional electrode plate is generally formed by fixing active material particles on a current collector through a resin binder, and the resin binder The material was essentially an essential constituent.

特開2006−310010号公報JP 2006-310010 A 特開2006−107750号公報JP 2006-107750 A

上述するとおり、近年、リチウムイオン二次電池は、さらに電気自動車、ハイブリッド自動車、そしてパワーツールなどの高出入力特性が必要とされる分野に向けての開発が進められている。また携帯電話等の比較的小型の装置に用いられる二次電池も、装置が多機能化される傾向にある。このため、非水電解液二次電池用電極板の出入力特性の向上が求められている。   As described above, in recent years, lithium ion secondary batteries have been developed for fields that require high input / output characteristics such as electric vehicles, hybrid vehicles, and power tools. Also, secondary batteries used in relatively small devices such as mobile phones tend to be multifunctional. For this reason, the improvement of the input / output characteristic of the electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary batteries is calculated | required.

本発明者の検討により、樹脂製結着材のみで活物質粒子が集電体上に固着された従来の電極板は、樹脂製結着材が電気抵抗を上げる要因となり、出入力特性の向上の妨げになっている可能性があることを見出した。   According to the study of the present inventor, the conventional electrode plate in which the active material particles are fixed on the current collector only with the resin binder is a factor that increases the electric resistance of the resin binder, and improves the input / output characteristics. I found out that it might be an obstacle.

本発明は、上記実情に鑑み成し遂げられた。即ち、本発明は、出入力特性の優れた非水電解液二次電池用電極板を提供し、またそのような電極活物質層を形成してなる電極板を製造する方法を提供し、また上記電極板を用いる非水電解液二次電池、および電池パックを提供することを目的とする。   The present invention has been accomplished in view of the above circumstances. That is, the present invention provides an electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent input / output characteristics, a method for producing an electrode plate formed with such an electrode active material layer, and It aims at providing the nonaqueous electrolyte secondary battery and battery pack which use the said electrode plate.

本発明者らは、活物質粒子を、結晶性の金属窒化物および炭素成分を含有する結着物質の存在によって集電体表面に固着させて電極活物質層を形成可能であることを見出し、本発明を完成させた。   The present inventors have found that the active material particles can be fixed to the surface of the current collector by the presence of a binder containing a crystalline metal nitride and a carbon component to form an electrode active material layer, The present invention has been completed.

また、本発明者らは、活物質粒子を集電体上に固着させる手段の1つとして、金属窒化物を生成可能な1、または2以上の金属窒化物前駆体を予め選択し、当該金属窒化物前駆体と活物質粒子と、必要に応じて有機物を含有する溶液を集電体表面に塗布した後に、当該金属窒化物前駆体を反応させることによって、該集電体表面上で結晶性の金属窒化物を生成して結着物質を構成するとともに、該結着物質中に炭素成分を含有させ、この金属窒化物を介して活物質粒子を集電体表面に固着させることができることを見出し、非水電解液二次電池用電極板の製造方法の発明を完成させた。   In addition, as one means for fixing the active material particles on the current collector, the present inventors previously selected one or two or more metal nitride precursors capable of generating a metal nitride, and the metal After applying a solution containing a nitride precursor, active material particles, and, if necessary, an organic substance to the current collector surface, the metal nitride precursor is reacted to cause crystallinity on the current collector surface. And forming a binder material by forming a metal nitride of the above, and containing a carbon component in the binder material so that the active material particles can be fixed to the current collector surface via the metal nitride. The invention of the manufacturing method of the heading and the electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary batteries was completed.

即ち、本発明は、
(1)集電体と、上記集電体の表面の少なくとも一部に形成される電極活物質層とを備える非水電解液二次電池用電極板であって、上記電極活物質層が、活物質粒子、および結着物質を含有しており、上記結着物質が、結晶性の金属窒化物が含有されており、且つ、炭素成分が含有されていることを特徴とする非水電解液二次電池用電極板、
(2)上記金属窒化物が、少なくともTi元素を含むことを特徴とする上記(1)に記載の非水電解液二次電池用電極板、
(3)上記電極活物質層は、結着物質により、活物質粒子同士が互いに固着されるとともに、結着物質により、活物質粒子が集電体に固着されて構成されていることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の非水電解液二次電池用電極板、
(4)上記電極活物質層は、隣り合う結着物質同士の一部において、結晶格子が連続することにより繋がっている箇所を含むことを特徴とする上記(1)から(3)のいずれか1つに記載の非水電解液二次電池用電極板。
(5)正極板と、負極板と、上記正極板と上記負極板との間に設けられるセパレータと、非水溶媒を含む電解液とを少なくとも備えた非水電解液二次電池であって、上記正極板および/または負極板が、上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の非水電解液二次電池用電極板であることを特徴とする非水電解液二次電池、
(6)活物質粒子と、金属窒化物を生成するための金属窒化物生成材料と、有機物とが少なくとも含有される電極活物質層形成液を、集電体上の少なくとも一部に塗布して塗膜を形成する塗布工程と、電極活物質層形成工程と、をこの順で備えており、上記電極活物質層形成工程は、上記金属窒化物生成材料を反応させて結晶性の金属窒化物を生成し、該金属窒化物を含有する結着物質を構成するとともに、上記有機物由来の炭素成分を該結着物質内に残存させることによって、上記集電体上に結着物質と上記活物質粒子とを含有する電極活物質層を形成する工程であることを特徴とする非水電解液二次電池用電極板の製造方法、
(7)活物質粒子と、金属窒化物を生成するための金属窒化物生成用有機材料と、が少なくとも含有される電極活物質層形成液を、集電体上の少なくとも一部に塗布して塗膜を形成する塗布工程と、電極活物質層形成工程と、をこの順で備えており、上記電極活物質層形成工程は、上記金属窒化物生成材料を反応させて結晶性の金属窒化物を生成し、該金属窒化物を含有する結着物質を構成するとともに、上記金属窒化物生成用有機材料由来の炭素成分を該結着物質内に残存させることによって、上記集電体上に結着物質と上記活物質粒子とを含有する電極活物質層を形成する工程であることを特徴とする非水電解液二次電池用電極板の製造方法、
(8)活物質粒子と、金属窒化物を生成するための金属窒化物生成用有機材料と、有機物と、が少なくとも含有される電極活物質層形成液を、集電体上の少なくとも一部に塗布して塗膜を形成する塗布工程と、電極活物質層形成工程と、をこの順で備えており、上記電極活物質層形成工程は、上記金属窒化物生成用有機材料を反応させて結晶性の金属窒化物を生成し、該金属窒化物を含有する結着物質を構成するとともに、上記金属窒化物生成用有機材料または上記有機物由来の炭素成分を該結着物質内に残存させることによって、上記集電体上に結着物質と上記活物質粒子とを含有する電極活物質層を形成する工程であることを特徴とする非水電解液二次電池用電極板の製造方法、
(9)上記電極活物質層形成工程が、上記塗膜を加熱する加熱工程であり、上記加熱工程における加熱温度を、上記金属窒化物生成材料または金属窒化物生成用有機材料の熱分解開始温度以上であって、上記加熱工程において生成される金属窒化物の結晶化温度以上であり、且つ、金属窒化物生成用有機材料あるいは有機物の少なくともいずれかにおける炭素成分を結着物質中に残存させる温度とすることを特徴とする上記(6)から(8)のいずれか1つに記載の非水電解液二次電池用電極板の製造方法、
(10)収納ケースと、正極端子および負極端子を備える非水電解液二次電池と、過充電および過放電保護機能を有する保護回路とを少なくとも備え、上記収納ケースに上記非水電解液二次電池および上記保護回路が収納されて構成される電池パックにおいて、
上記非水電解液二次電池が、正極板と、負極板と、上記正極板と上記負極板との間に設けられるセパレータと、非水溶媒を含む電解液とを少なくとも備えた非水電解液二次電池であり、上記正極板または負極板のいずれか一方、あるいは両方が、上記(1)乃至(4)のいずれか1つに記載の非水電解液二次電池用電極板であることを特徴とする電池パック、
を要旨とするものである。
That is, the present invention
(1) A non-aqueous electrolyte secondary battery electrode plate comprising a current collector and an electrode active material layer formed on at least a part of the surface of the current collector, wherein the electrode active material layer comprises: A non-aqueous electrolyte containing active material particles and a binder, wherein the binder contains a crystalline metal nitride and contains a carbon component Secondary battery electrode plate,
(2) The electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to (1), wherein the metal nitride includes at least a Ti element,
(3) The electrode active material layer is characterized in that the active material particles are fixed to each other by the binding material and the active material particles are fixed to the current collector by the binding material. The electrode plate for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to (1) or (2) above,
(4) Any of the above (1) to (3), wherein the electrode active material layer includes a portion where the crystal lattices are connected in a part of adjacent binder materials. The electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary batteries as described in one.
(5) A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising at least a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator provided between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolyte containing a non-aqueous solvent, The non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the positive electrode plate and / or the negative electrode plate is the electrode plate for non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of (1) to (4) above. ,
(6) An electrode active material layer forming liquid containing at least active material particles, a metal nitride generating material for generating metal nitride, and an organic substance is applied to at least a part of the current collector. A coating step for forming a coating film and an electrode active material layer forming step are provided in this order. In the electrode active material layer forming step, the metal nitride generating material is reacted to form a crystalline metal nitride. And forming a binding material containing the metal nitride, and allowing the carbon component derived from the organic substance to remain in the binding material, whereby the binding material and the active material are formed on the current collector. A method for producing an electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that it is a step of forming an electrode active material layer containing particles,
(7) An electrode active material layer forming liquid containing at least active material particles and a metal nitride generating organic material for generating metal nitride is applied to at least a part of the current collector. A coating step for forming a coating film and an electrode active material layer forming step are provided in this order. In the electrode active material layer forming step, the metal nitride generating material is reacted to form a crystalline metal nitride. And forming a binding substance containing the metal nitride, and by allowing a carbon component derived from the metal nitride generating organic material to remain in the binding substance, the binder is bound on the current collector. A method for producing an electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that it is a step of forming an electrode active material layer containing an adhesion material and the active material particles,
(8) An electrode active material layer forming liquid containing at least active material particles, a metal nitride generating organic material for generating metal nitride, and an organic substance is formed on at least a part of the current collector. A coating step for coating to form a coating film and an electrode active material layer forming step are provided in this order. In the electrode active material layer forming step, the organic material for generating metal nitride is reacted to form a crystal. And forming a binding substance containing the metal nitride, and leaving the organic material for generating the metal nitride or the carbon component derived from the organic substance in the binding substance. A method for producing an electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the electrode active material layer containing a binder and the active material particles is formed on the current collector,
(9) The electrode active material layer forming step is a heating step for heating the coating film, and the heating temperature in the heating step is set to the thermal decomposition start temperature of the metal nitride generating material or the metal nitride generating organic material. The temperature at which the carbon nitride in the organic material for forming metal nitride or the organic material remains in the binder is equal to or higher than the crystallization temperature of the metal nitride generated in the heating step. The method for producing an electrode plate for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of (6) to (8), wherein
(10) A storage case, a nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and a protection circuit having an overcharge and overdischarge protection function are provided, and the nonaqueous electrolyte secondary battery is provided in the storage case. In the battery pack configured to house the battery and the protection circuit,
The non-aqueous electrolyte secondary battery includes at least a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator provided between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolyte solution containing a non-aqueous solvent. It is a secondary battery, and either one or both of the positive electrode plate and the negative electrode plate is the electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of (1) to (4) above. Battery pack, characterized by
Is a summary.

本発明の非水電解液二次電池用電極板は、結晶性の金属窒化物を含有し、且つ、炭素成分を含有する結着物質により、活物質粒子を集電体上に固着させることによって、高い出入力特性を示す非水電解液二次電池用電極板を提供することを可能とした。   The electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes an active material particle fixed on a current collector with a binder containing a crystalline metal nitride and containing a carbon component. Thus, it is possible to provide an electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery that exhibits high input / output characteristics.

また本発明の電極板は、結着物質中に、炭素成分が含有されることにより、電極板の柔軟性が向上し、加工適性が向上するという有利な効果が発揮される。   Moreover, the electrode plate of this invention exhibits the advantageous effect that the softness | flexibility of an electrode plate improves and a processability improves by containing a carbon component in a binder.

また本発明の非水電解液二次電池用電極板の製造方法によれば、容易な方法、且つ、汎用の材料で、本発明の非水電解液二次電池用電極板を製造することができる。   Moreover, according to the manufacturing method of the electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this invention, the electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this invention can be manufactured with an easy method and a general purpose material. it can.

また、本発明の電極板を、正極板および/または負極板として使用する、本発明の非水電解液二次電池および本発明の電池パックは、本発明電極板の出入力特性の向上にともない、非水電解液二次電池自体の出入力性能、および電池パック自体の出入力性能を向上させることが可能である。   Further, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention and the battery pack of the present invention, in which the electrode plate of the present invention is used as a positive electrode plate and / or a negative electrode plate, are accompanied by improvement in the input / output characteristics of the electrode plate of the present invention. It is possible to improve the input / output performance of the non-aqueous electrolyte secondary battery itself and the input / output performance of the battery pack itself.

本発明の非水電解液二次電池用電極板について、集電体面に略垂直に切断した際の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section at the time of cut | disconnecting substantially perpendicular | vertical to the collector surface about the electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this invention. 本発明のリチウムイオン二次電池の一形態における概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in one form of the lithium ion secondary battery of this invention. 本発明の電池パックの一実施態様における概略分解図である。It is a schematic exploded view in one embodiment of the battery pack of this invention. 4A〜4Dは、本発明に用いられる集電体の例示的態様を示す概略断面図である。4A to 4D are schematic cross-sectional views illustrating exemplary embodiments of the current collector used in the present invention.

以下に、本発明の非水電解液二次電池用電極板、非水電解液二次電池用電極板の製造方法、および非水電解液二次電池、電池パックを実施するための形態について、順に説明する。尚、以下の説明において、特に断りがない場合には、本発明の非水電解液二次電池として、リチウムイオン二次電池を例に説明する。   Hereinafter, a nonaqueous electrolyte secondary battery electrode plate according to the present invention, a method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery electrode plate, and a nonaqueous electrolyte secondary battery, a mode for carrying out a battery pack, This will be explained in order. In the following description, a lithium ion secondary battery will be described as an example of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention unless otherwise specified.

[非水電解液二次電池用電極板]
図1に本発明の電極板の概略断面図を示す。図1に示すように、本発明の電極板10は、集電体1の表面の少なくとも一部における電極活物質層2が設けられて構成される。電極活物質層2は、活物質粒子が、結晶性の金属窒化物が含有される結着物質により集電体上に固着されているものである。これによって、結着物質として樹脂製結着材のみを使用していた従来の電極板と比較して、非常に高い出入力特性を示すことが可能となった。
[Electrode plate for non-aqueous electrolyte secondary battery]
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the electrode plate of the present invention. As shown in FIG. 1, the electrode plate 10 of the present invention is configured by providing an electrode active material layer 2 on at least a part of the surface of a current collector 1. In the electrode active material layer 2, active material particles are fixed on a current collector with a binder containing a crystalline metal nitride. As a result, it is possible to show very high input / output characteristics as compared with a conventional electrode plate that uses only a resin binder as a binder.

尚、本発明を説明する場合において、結着物質により固着される、という場合には、以下の2つの態様を含む。即ち、上記固着の態様は、被固着物間(例えば、活物質粒子間、活物質粒子と集電体表面との間、あるいは導電材を使用する場合には、導電材と活物質粒子間、導電材粒子間など)に、結着物質である金属窒化物が介在して両者を固着させる場合(以下、「固着態様1」)と、被固着物同士が直接接触し、接触部分を囲んで結着物質が存在することによって被固着物同士を固着させる場合(以下、「固着態様2」)とを含む。本発明の多くの実施形態では、上述する固着態様1および2のいずれか、あるいは両方が、電極活物質層中に存在する。特に、電極活物質層中に含まれる活物質粒子や導電材粒子の粒子径が小さくなるほど、固着態様2が増える傾向にある。   In the description of the present invention, the term “fixed by a binding substance” includes the following two aspects. That is, the above-described fixing mode is between the objects to be fixed (for example, between the active material particles, between the active material particles and the current collector surface, or when using a conductive material, between the conductive material and the active material particles, When the metal nitride as the binder is interposed between the conductive material particles and the like (hereinafter referred to as “fixing mode 1”), the objects to be bonded are in direct contact with each other and surround the contact portion. And the case where the objects to be bonded are fixed together by the presence of the binding substance (hereinafter referred to as “fixing mode 2”). In many embodiments of the present invention, either one or both of the fixing modes 1 and 2 described above are present in the electrode active material layer. In particular, the sticking mode 2 tends to increase as the particle diameter of the active material particles and conductive material particles contained in the electrode active material layer decreases.

本発明は、電極活物質層において、上記固着態様1および2のいずれか、あるいは両方を含んで構成される場合には、導電性の向上の点で優れた効果を発揮する。上記効果を理解するために、導電材粒子を含む電極活物質層において、特に導電材粒子間の固着に着目する。導電材粒子同士が、上記固着態様1によって固着されている場合、本発明の結着物質が金属窒化物であるため、従来の樹脂製結着材に比べて、導電材粒子間での電子のやりとりの障害となり難い。また、特に金属窒化物として窒化物チタンが選択される本発明の態様では、窒化物チタン自体にも良好な導電性が備わることから、導電材粒子間を繋ぐ導電バスとして作用するため、電極活物質層内における導電性の向上に寄与する。またさらに、導電材粒子同士が、上記固着態様2によって固着されている場合には、粒子同士は直接に接しているため、当然に電子の流れがスムーズであり、優れた導電性が確保され、出入力特性の向上が図られる。上記効果は、導電材粒子と活物質粒子間との固着に関しても、同様のことが言える。加えて、集電体と電極活物質層との境界においても、集電体面と、活物質粒子や導電材粒子とが、結着物質を介して固着されるか、あるいはこれらが直接に接触して接触部分の周囲に結着物質が存在することによって固着される。そのため、上述と同様の理由で、集電体と電極活物質層間の電子の流れがスムーズである。即ち、本発明の電極板は、金属窒化物から構成される結着物質が電極活物質層中に存在し、且つ、固着態様1および/または2によって種々の構成材料を固着させていることにより電気抵抗を低く保つことが可能であり、特に固着態様1および2が混在することが好ましい。   In the case where the electrode active material layer is configured to include either or both of the fixing modes 1 and 2, the present invention exhibits an excellent effect in terms of improving the conductivity. In order to understand the above effect, attention is paid particularly to the adhesion between the conductive material particles in the electrode active material layer containing the conductive material particles. When the conductive material particles are fixed by the fixing mode 1, the binding material of the present invention is a metal nitride. Therefore, compared with the conventional resin binding material, the electron particles between the conductive material particles It is difficult to become an obstacle to interaction. In addition, in the embodiment of the present invention in which titanium nitride is selected as the metal nitride, since the nitride titanium itself also has good conductivity, it acts as a conductive bus that connects the conductive material particles. Contributes to the improvement of conductivity in the material layer. Furthermore, when the conductive material particles are fixed by the fixing mode 2, since the particles are in direct contact with each other, the flow of electrons is naturally smooth, and excellent conductivity is ensured. The input / output characteristics can be improved. The same can be said for the above-mentioned effect regarding the adhesion between the conductive material particles and the active material particles. In addition, even at the boundary between the current collector and the electrode active material layer, the current collector surface and the active material particles or the conductive material particles are fixed through the binder, or they are in direct contact with each other. Then, it is fixed by the presence of the binding substance around the contact portion. Therefore, the flow of electrons between the current collector and the electrode active material layer is smooth for the same reason as described above. That is, the electrode plate of the present invention has a binding material composed of a metal nitride present in the electrode active material layer, and various constituent materials are fixed by fixing modes 1 and / or 2. The electrical resistance can be kept low, and it is particularly preferable that the fixing modes 1 and 2 are mixed.

特に、本発明は、集電体に対する電極活物質層の膜密着性が良好であり、サイクル特性に優れる。かかる理由は明らかではないが、結着物質である金属窒化物が結晶性であるため、活物質粒子間、あるいは活物質粒子と集電体との間、あるいは導電材粒子間などの、被着対象物同士を固着させる力に優れ、その結果、電極活物質層の耐久性が向上し、サイクル特性が向上すると推察される。   In particular, the present invention has good film adhesion of the electrode active material layer to the current collector, and is excellent in cycle characteristics. The reason for this is not clear, but since the metal nitride, which is a binder, is crystalline, it can be deposited between active material particles, between active material particles and a current collector, or between conductive material particles. It is presumed that it is excellent in the force for fixing the objects together, and as a result, the durability of the electrode active material layer is improved and the cycle characteristics are improved.

尚、上述する固着状態については、たとえば走査型電子顕微鏡において、倍率1万倍から10万倍程度において、観察することができる。   The above-mentioned fixed state can be observed, for example, with a scanning electron microscope at a magnification of about 10,000 to 100,000 times.

また、本発明の電極板は、電極活物質層に含有される結着物質に関し、隣り合う結着物質同士の少なくとも一部において、結晶格子が連続することにより繋がっている箇所を含んでいてもよい。上述のとおり、本発明における結着物質は、活物質粒子を集電体上に固着させためのものである。このとき、本発明は、結着物質同士の少なくとも一部において、互いに結晶格子が連続していることにより、電極活物質層の膜密着性がさらに向上することが推察された。この膜密着性の向上が、電極板の出入力特性の向上に有効に寄与すると思われる。電極活物質層の膜密着性を向上させるという観点からは、隣り合う結着物質同士の結晶格子が連続する部分は、電極活物質層に有意に存在することがより望ましい。尚、本発明において結着物質同士の結晶格子が連続するか否は、透過型電子顕微鏡で電極活物質層における隣り合う結着物質の断面の結晶格子を観察することによって確認することができる。   In addition, the electrode plate of the present invention relates to the binding material contained in the electrode active material layer, and may include a portion where at least a part of the adjacent binding materials are connected by a continuous crystal lattice. Good. As described above, the binder material in the present invention is for fixing the active material particles on the current collector. At this time, in the present invention, it was speculated that the film adhesion of the electrode active material layer was further improved by the crystal lattices being continuous with each other in at least a part of the binding materials. This improvement in film adhesion is considered to contribute effectively to the improvement in the input / output characteristics of the electrode plate. From the viewpoint of improving the film adhesion of the electrode active material layer, it is more desirable that the portion where the crystal lattices of adjacent binder materials are continuous is significantly present in the electrode active material layer. In the present invention, whether or not the crystal lattices of the binder materials are continuous can be confirmed by observing the crystal lattice in the cross section of the adjacent binder materials in the electrode active material layer with a transmission electron microscope.

本発明の電極活物質層において、隣り合う結着物質同士における結晶格子が連続する箇所を含むよう構成するためには、後述する本発明の製造方法に従い本発明の電極板を製造することが望ましい。即ち、本発明の製造方法は、電極活物質層形成液を集電体上に塗布して塗膜を形成し、加熱などの手段を実施することによって該塗膜から電極活物質層を形成する。その際、該集電体上において、活物質粒子の周囲に存在する金属元素含有化合物が熱分解、酸化などの反応を起こして、活物質粒子の周囲に結着物質である金属窒化物が生成される。このとき、隣接する結着物質を構成する金属窒化物同士(あるいはその前駆体)の一部が接合していると、該接合部分において、両者の結晶成長が同時に進行し易い。上記接合部分において結晶成長が同時に進行する結果、本発明の電極活物質層において、隣り合う結着物質同士における結晶格子が連続する箇所を含むよう構成される。   In order to configure the electrode active material layer of the present invention so as to include a portion where crystal lattices in adjacent binder materials are continuous, it is desirable to manufacture the electrode plate of the present invention according to the manufacturing method of the present invention described later. . That is, in the production method of the present invention, an electrode active material layer forming liquid is applied onto a current collector to form a coating film, and the electrode active material layer is formed from the coating film by performing means such as heating. . At that time, on the current collector, the metal element-containing compound present around the active material particles undergoes a reaction such as thermal decomposition and oxidation, and a metal nitride as a binding material is generated around the active material particles. Is done. At this time, if a part of metal nitrides (or precursors thereof) constituting adjacent binders are bonded, the crystal growth of both is likely to proceed simultaneously at the bonded portion. As a result of the simultaneous crystal growth in the joint portion, the electrode active material layer of the present invention is configured to include a portion where crystal lattices in adjacent binder materials are continuous.

本発明の電極板は、非水電解液二次電池の正極板、負極板のいずれか一方として用いることができ、あるいは正極板及び負極板の両方に本発明の電極板を用いてもよい。   The electrode plate of the present invention can be used as either a positive electrode plate or a negative electrode plate of a non-aqueous electrolyte secondary battery, or the electrode plate of the present invention may be used for both the positive electrode plate and the negative electrode plate.

本発明の電極板は、正極板として使用する場合には、樹脂製結着材のみを用いた場合と比較して出入力性能が高い。またさらに、本発明の電極板は、従来の負極板と合わせて使用できるので好ましい。   When the electrode plate of the present invention is used as a positive electrode plate, the input / output performance is higher than when only the resin binder is used. Furthermore, the electrode plate of the present invention is preferable because it can be used in combination with a conventional negative electrode plate.

また、本発明の電極板は、本発明の電極板を負極板として使用する場合には、上記正極板と同様に出入力性能が高い点で優れている。加えて、本発明の電極板は、銅やアルミなどの金属基板と金属窒化物との密着性が優れ、さらには負極活物質粒子の周囲に存在する金属窒化物膜がSEI(solid electrolyte interface)として機能し、その結果、サイクル特性が良好になるという観点から好ましい。   Moreover, when using the electrode plate of this invention as a negative electrode plate, the electrode plate of this invention is excellent at the point with the high input / output performance like the said positive electrode plate. In addition, the electrode plate of the present invention has excellent adhesion between a metal substrate such as copper or aluminum and a metal nitride, and further, a metal nitride film present around the negative electrode active material particles is SEI (Solid Electrolyte Interface). From the viewpoint of improving the cycle characteristics as a result.

また特に、本発明の電極板は、正負両極に用いられた場合には、出入力特性が向上する上、サイクル特性が良好になるなどの望ましい効果が発揮可能である。以下の説明において、必要に応じて本発明を正極板と負極板とに分けて説明するが、特に断りがない場合には、本発明の電極板とは、正極板および負極板のいずれも含み、また活物質粒子とは、正極活物質粒子および負極活物質粒子のいずれも含む意味で用いられる。   In particular, when the electrode plate of the present invention is used for both positive and negative electrodes, it can exhibit desirable effects such as improved input / output characteristics and improved cycle characteristics. In the following description, the present invention will be described as being divided into a positive electrode plate and a negative electrode plate as necessary. However, unless otherwise specified, the electrode plate of the present invention includes both the positive electrode plate and the negative electrode plate. In addition, the term “active material particles” is used in the meaning including both positive electrode active material particles and negative electrode active material particles.

以下に、電極活物質層、集電体、電極の充放電レート特性評価方法について、順に説明する。 Hereinafter, the method for evaluating charge / discharge rate characteristics of the electrode active material layer, the current collector, and the electrode will be described in order.

(電極活物質層)
本発明における電極活物質層の厚みは、当該電極板に求められる電気容量や出入力特性を勘案して、適宜設計することができる。一般的には200μm以下、より一般的には100μm以上かつ150μm以下の厚みで設計される。しかし、特に本発明においては、電極活物質層を非常に薄く形成することが可能であるため、用いる電極活物質粒子の粒子径にもよるが、膜厚が300nm以上200μm以下の電極活物質層を形成することができる。出入力特性を向上させつつも高容量を得ることができるという観点からは、特に電極活物質層の膜厚を300nm以上100μm以下にすることが好ましい。
(Electrode active material layer)
The thickness of the electrode active material layer in the present invention can be appropriately designed in consideration of electric capacity and input / output characteristics required for the electrode plate. Generally, the thickness is designed to be 200 μm or less, more generally 100 μm or more and 150 μm or less. However, particularly in the present invention, since the electrode active material layer can be formed very thin, although depending on the particle diameter of the electrode active material particles used, the electrode active material layer having a film thickness of 300 nm to 200 μm. Can be formed. From the viewpoint that a high capacity can be obtained while improving the input / output characteristics, it is particularly preferable that the thickness of the electrode active material layer be 300 nm or more and 100 μm or less.

電極活物質層の厚みが、上述の範囲のように薄い場合には、用いられる電極活物質粒子は粒子径が小さいものであり、少なくとも電極活物質層の膜厚以下の粒子径であることを意味し、これによって、出入力特性の向上に大きく寄与する結果となる。また、このように電極活物質層の膜厚が薄い場合には、電極活物質層中において、電極活物質粒子と集電体とを移動する電子の移動距離が短くなるので、電極板における電気抵抗を下げることができ、結果として出入力特性の向上に寄与することができるための望ましい。尚、本発明において電極活物質層の膜厚の下限は、主として、用いられる電極活物質粒子の粒子径に依存し、使用可能な電極活物質粒子の粒子径の縮小化に伴い、さらに上述の範囲を下回るより薄い膜厚とすることが可能である。   When the thickness of the electrode active material layer is thin as in the above range, the electrode active material particles used have a small particle diameter, and are at least a particle diameter equal to or smaller than the film thickness of the electrode active material layer. This means that this greatly contributes to the improvement of the input / output characteristics. In addition, when the electrode active material layer is thin as described above, the moving distance of the electrons moving between the electrode active material particles and the current collector in the electrode active material layer is shortened. This is desirable because the resistance can be lowered, and as a result, the input / output characteristics can be improved. In the present invention, the lower limit of the film thickness of the electrode active material layer mainly depends on the particle diameter of the electrode active material particles to be used. It is possible to make the film thickness thinner than the range.

また電極活物質層は、電解液が浸透可能な程度に空隙が存在していることが好ましく、電極活物質層中の空隙率は、一般的に15〜40%、より好ましくは20〜40%である。以下に、本発明における電極活物質層中に含有される物質について具体的に説明する。   Further, the electrode active material layer preferably has voids to the extent that the electrolytic solution can permeate, and the porosity in the electrode active material layer is generally 15 to 40%, more preferably 20 to 40%. It is. Below, the substance contained in the electrode active material layer in this invention is demonstrated concretely.

活物質粒子:
本発明の正極板における電極活物質層に含有される正極活物質粒子としては、一般的に非水電解液二次電池用正極板において用いられるリチウムイオン挿入脱離反応を示す活物質粒子であれば、特に限定されない。上記正極活物質の具体的な例としては、例えばLiCoO、LiMn、LiNiO、LiFeO、LiTiO、LiFePOなどのリチウム複合酸化物などを挙げることができる。また、本発明の負極板における電極活物質層に含有される負極活物質粒子としては、一般的に非水電解液二次電池用負極板において用いられるリチウムイオン挿入脱離反応を示す活物質粒子であれば、特に限定されない。上記負極活物質の具体的な例としては、天然グラファイト、人造グラファイト、アモルファス炭素、カーボンブラック、またはこれらの成分に異種元素を添加したもののような炭素質材料からなる活物質粒子、あるいは、LiTi12など金属リチウムを含む化合物、スズ、シリコン、及びそれらの合金等、リチウムイオンの挿入脱離反応を示す材料を挙げることができるが、これに限定されない。
Active material particles:
The positive electrode active material particles contained in the electrode active material layer in the positive electrode plate of the present invention may be active material particles that exhibit a lithium ion insertion / release reaction generally used in positive electrode plates for non-aqueous electrolyte secondary batteries. There is no particular limitation. The above Examples of the positive electrode active material, for example LiCoO 2, LiMn 2 O 4, LiNiO 2, LiFeO 2, LiTiO 2, LiFePO 4 and the like lithium composite oxides such as. In addition, as the negative electrode active material particles contained in the electrode active material layer in the negative electrode plate of the present invention, active material particles generally exhibiting lithium ion insertion and desorption reactions used in negative electrode plates for non-aqueous electrolyte secondary batteries If it is, it will not be specifically limited. Specific examples of the negative electrode active material include active material particles made of carbonaceous material such as natural graphite, artificial graphite, amorphous carbon, carbon black, or those obtained by adding different elements to these components, or Li 4. Examples thereof include, but are not limited to, a material that exhibits an insertion / release reaction of lithium ions, such as a compound containing metallic lithium such as Ti 5 O 12 , tin, silicon, and alloys thereof.

本発明に用いられる活物質粒子の粒子径は、特に限定されず、任意の大きさのものを適宜選択して使用することができる。特に、粒子径の小さい活物質粒子を用いる態様の本発明によれば、電極活物質層中における活物質粒子の表面面積の総量を増大させることができるとともに、1つの活物質粒子内におけるリチウムの移動距離を短縮することが可能であるため、飛躍的に出入力特性を向上させることができる。したがって、より高い出入力特性を求める場合には、粒子径の寸法の小さいものを選択することが望ましい。具体的には、用いる活物質粒子の粒子径は、好ましくは10μm未満、より好ましくは5μm以下、特に好ましくは1μm以下である。従来の、樹脂製結着材を用いたスラリー状の電極活物質層形成液では、用いる活物質粒子径が10μm未満となると塗工適性が不良になる傾向にあり、5μm以下であると該形成液の流動性が著しく悪くなり、印刷機などの量産設備に適用が困難となり、さらに1μm以下であると、活物質粒子を形成液中に分散すること自体が困難になる傾向にあった。これに対し、本発明を製造する場合には、上述のような問題点が回避されるため、任意に活物質粒子の粒子径を選択することができる。尚、本発明および本明細書に示す活物質粒子の粒子径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定により測定される平均粒径(体積中位粒径:D50)である。   The particle diameter of the active material particles used in the present invention is not particularly limited, and those having an arbitrary size can be appropriately selected and used. In particular, according to the present invention in which active material particles having a small particle diameter are used, the total amount of the surface area of the active material particles in the electrode active material layer can be increased, and lithium in one active material particle can be increased. Since the moving distance can be shortened, the input / output characteristics can be dramatically improved. Therefore, when a higher input / output characteristic is required, it is desirable to select one having a small particle size. Specifically, the particle diameter of the active material particles to be used is preferably less than 10 μm, more preferably 5 μm or less, and particularly preferably 1 μm or less. In a conventional slurry-like electrode active material layer forming liquid using a resin binder, when the active material particle diameter used is less than 10 μm, the coating suitability tends to be poor, and when it is 5 μm or less, the formation is performed. The fluidity of the liquid is remarkably deteriorated, making it difficult to apply to mass production equipment such as a printing press. Further, if it is 1 μm or less, it tends to be difficult to disperse the active material particles in the forming liquid. On the other hand, when manufacturing this invention, since the above problems are avoided, the particle diameter of an active material particle can be selected arbitrarily. The particle size of the active material particles shown in the present invention and the present specification is an average particle size (volume median particle size: D50) measured by laser diffraction / scattering particle size distribution measurement.

上記、電極活物質層中に含有される活物質粒子の粒子径は、電子顕微鏡観察結果を画像解析式粒度分布測定ソフトウェア(株式会社マウンテック製、MAC VIEW)を用いて任意に選択された複数(例えば10ケ程度)の活物質粒子の最長径を測定し、その平均値を算出することにより求めることができる。   The particle diameter of the active material particles contained in the electrode active material layer is a plurality of particle sizes arbitrarily selected from image observation results using image analysis type particle size distribution measurement software (manufactured by Mount Tech Co., Ltd., MAC VIEW). For example, it can be obtained by measuring the longest diameter of about 10 particles) and calculating the average value.

結着物質が含有する金属窒化物:
上記電極活物質層中に結着物質として含有される金属窒化物は、窒素元素と金属元素とを少なくとも含有する化合物であって、結晶性の金属窒化物であり、集電体表面に活物質粒子などを固着させることができるものであれば、特に限定されるものではない。
Metal nitride contained in the binder:
The metal nitride contained as a binder in the electrode active material layer is a compound containing at least a nitrogen element and a metal element, and is a crystalline metal nitride, and an active material on the surface of the current collector There is no particular limitation as long as the particles can be fixed.

上記金属元素は特に限定されないが、たとえば具体的には、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、In、およびSnからなる群より選択されるいずれか1種、または2種以上の金属元素を含む窒化物を、本発明の金属窒化物として電極活物質層中に含有させることができる。   The metal element is not particularly limited. For example, specifically, Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr Nitride containing any one or two or more metal elements selected from the group consisting of Nb, Mo, In, and Sn is included in the electrode active material layer as the metal nitride of the present invention. Can do.

より具体的には、窒化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化カルシウム、窒化チタン、ニッケルチタン窒化物、窒化バナジウム、窒化クロム、窒化マンガン、窒化鉄、窒化コバルト、窒化ニッケル、窒化銅、窒化亜鉛、窒化ガリウム、窒化ルビジウム、窒化ストロンチウム、窒化イットリウム、窒化ジルコニウム、窒化ニオブ、窒化モリブデン、窒化インジウム、窒化スズなどの金属窒化物を例示することができる。   More specifically, magnesium nitride, aluminum nitride, silicon nitride, calcium nitride, titanium nitride, nickel titanium nitride, vanadium nitride, chromium nitride, manganese nitride, iron nitride, cobalt nitride, nickel nitride, copper nitride, zinc nitride, Examples of the metal nitride include gallium nitride, rubidium nitride, strontium nitride, yttrium nitride, zirconium nitride, niobium nitride, molybdenum nitride, indium nitride, and tin nitride.

なかでも、上記結着物質として、窒化チタン、ニッケルチタン窒化物、などのチタン元素を含む金属窒化物が好ましい。金属窒化物においてチタンを含むことにより、電気抵抗が低く導電性が金属に近いくなり、電極活物質層の抵抗を下げられるという効果が発揮される。   Among these, metal nitrides containing titanium elements such as titanium nitride and nickel titanium nitride are preferable as the binding material. By including titanium in the metal nitride, the electrical resistance is low and the conductivity is close to that of the metal, so that the resistance of the electrode active material layer can be reduced.

上記窒化チタンは、一般的にTiNとして表される金属窒化物であってもよいし、あるいは、Tiにおいて、Xが0.8〜1.2、Yが0.8〜1.2の間で組成比率は変更されてよい。あるいは、組成比率の異なる窒化チタンが、1つの電極活物質層中に混在していてもよい。また、XRDで窒化チタンと判断できる程度のピークシフトが起こる範囲で、任意の元素が置換されていてもよい。より具体的には、Ti1−ZN(Zが0.01〜0.3)として示され、Tiと任意の元素Mとが置換されていてもよい。また、本発明における結着物質は、窒化チタンである結着物質の一部が部分酸化により窒化チタン部分酸化物となっている場合も含む。 The titanium nitride may be a metal nitride generally expressed as TiN, or in Ti X N Y , X is 0.8 to 1.2 and Y is 0.8 to 1.2. The composition ratio may be changed between. Alternatively, titanium nitrides having different composition ratios may be mixed in one electrode active material layer. Further, an arbitrary element may be substituted within a range in which a peak shift that can be determined to be titanium nitride by XRD occurs. More specifically, it is represented as Ti 1-Z M Z N (Z is 0.01 to 0.3), and Ti and an arbitrary element M may be substituted. In addition, the binding material in the present invention includes a case where a part of the binding material which is titanium nitride is partially oxidized into titanium nitride partial oxide.

特に、チタン元素を含む金属窒化物の中でも、窒化チタンが本発明における金属窒化物であることが望ましい。結晶性の窒化チタンは、電気抵抗値が100μΩcm以下であり非常に導電性が良好である。参考までに述べると、非水電解液二次電池用電極板における導電性としてし、汎用されるアセチレンブラックなどの炭素材料の電気抵抗値は、0.14〜0.25Ωcm程度である。本発明における電極活物質層に、結着物質を構成する金属窒化物として結晶性の窒化チタンを含有させた場合には、上記窒化チタンは、結着物質として作用する上、導電材としての作用も発揮しうる。したがって、結着物質を構成する金属窒化物として結晶性の窒化チタンを含有する電極活物質層を供える本発明の電極板は、導電性が良好である。あるいは、結着物質を構成する金属窒化物として結晶性の窒化チタンを電極活物質層中に含有させることによって、本発明は、導電材の添加量を抑制することができ、結果として単位面積あたりの電極容量を増大させることができる。尚、上記電気抵抗値は、抵抗率計ロレスタを用いて測定することができる。   In particular, among the metal nitrides containing titanium element, it is desirable that titanium nitride is the metal nitride in the present invention. Crystalline titanium nitride has an electric resistance value of 100 μΩcm or less and has very good conductivity. For reference, the electrical resistance value of a carbon material such as acetylene black, which is used as the conductivity in the electrode plate for a nonaqueous electrolyte secondary battery, is about 0.14 to 0.25 Ωcm. When the electrode active material layer in the present invention contains crystalline titanium nitride as the metal nitride constituting the binder material, the titanium nitride acts as a binder material and also acts as a conductive material. Can also be demonstrated. Therefore, the electrode plate of the present invention that provides an electrode active material layer containing crystalline titanium nitride as the metal nitride constituting the binder material has good conductivity. Alternatively, by adding crystalline titanium nitride as a metal nitride constituting the binder material in the electrode active material layer, the present invention can suppress the amount of conductive material added, and as a result, per unit area Electrode capacity can be increased. The electrical resistance value can be measured using a resistivity meter Loresta.

また結着物質を構成する金属窒化物として窒化チタンが含有される電極活物質層中において、活物質粒子から、過充電の原因により酸素が放出された場合に、当該酸素の少なくとも一部により窒化チタンが部分酸化する。そのため、活物質粒子由来の酸素が、電極活物質層外に放出する量を低減することができ、電極板の安全性、引いては、当該電極板を用いた電池あるいは電池パックの安全性を高めることができる。   Further, in the electrode active material layer containing titanium nitride as the metal nitride constituting the binder material, when oxygen is released from the active material particles due to overcharge, nitriding is performed by at least a part of the oxygen. Titanium is partially oxidized. Therefore, the amount of oxygen derived from the active material particles can be reduced to the outside of the electrode active material layer, and the safety of the electrode plate, in turn, the safety of the battery or battery pack using the electrode plate can be reduced. Can be increased.

さらに、本発明において結着物質を構成する金属窒化物として窒化チタンが選択される場合には、当該窒化チタンは、結晶性の金属窒化物である。結晶性の窒化チタンにより構成される結着物質を含む電極活物質層を備える本発明は、非晶質の窒化チタンを結着物質とする電極活物質層を備える電極板に比べて、導電性に優れる。   Furthermore, when titanium nitride is selected as the metal nitride constituting the binder material in the present invention, the titanium nitride is a crystalline metal nitride. The present invention including an electrode active material layer including a binder material composed of crystalline titanium nitride is more conductive than an electrode plate including an electrode active material layer including amorphous titanium nitride as a binder material. Excellent.

また、本発明において、上述する金属窒化物は、1種または2種以上の組み合わせで、電極活物質層中に含有させることができる。尚、上述で記載する金属窒化物の例は、本発明における金属窒化物を何ら限定するものではなく、本発明において、集電体上で活物質粒子の結着物質を構成する金属窒化物とは、結晶性の金属窒化物であって、活物質粒子を集電体上に固着させることのできるものであれば、いずれのものであってもよい。尚、本発明の結着物質には、金属窒化物以外、例えば金属、金属酸化物が含有されてもよい。   Moreover, in this invention, the metal nitride mentioned above can be contained in an electrode active material layer by 1 type, or 2 or more types of combination. In addition, the example of the metal nitride described above does not limit the metal nitride in the present invention at all. In the present invention, the metal nitride constituting the binding material of the active material particles on the current collector and Is a crystalline metal nitride, as long as it can fix the active material particles on the current collector. The binder material of the present invention may contain, for example, a metal or a metal oxide other than the metal nitride.

結着物質が含有する金属窒化物の配合比率:
本発明において、電極活物質層中における金属窒化物と、活物質粒子の配合比率は特に特定されず、使用される活物質粒子の種類や大きさ、金属窒化物の種類、電極に求められる機能などを勘案して適宜決定することができる。ただし、一般的には、電極活物質層中における活物質粒子の量が多い方が、電極の電気容量が増大するため、この観点からは、電極活物質層中に存在する活物質粒子に対する金属窒化物の配合量が、少ない方が好ましいといえる。
Mixing ratio of metal nitride contained in binder:
In the present invention, the mixing ratio of the metal nitride and the active material particles in the electrode active material layer is not particularly specified, and the type and size of the active material particles used, the type of metal nitride, and the function required for the electrode It can be determined as appropriate in consideration of the above. However, in general, the larger the amount of active material particles in the electrode active material layer, the higher the electric capacity of the electrode. From this point of view, the metal relative to the active material particles present in the electrode active material layer It can be said that a smaller amount of nitride is preferable.

より具体的には、上記電極活物質層中において、上記活物質粒子の重量比率を100重量部としたときに、上記金属窒化物の重量比率を、1重量部以上50重量部以下とすることができる。1重量部未満であると、活物質粒子が集電体上に良好に固着されない場合がある。   More specifically, in the electrode active material layer, when the weight ratio of the active material particles is 100 parts by weight, the weight ratio of the metal nitride is 1 part by weight or more and 50 parts by weight or less. Can do. If it is less than 1 part by weight, the active material particles may not be satisfactorily fixed on the current collector.

一方、上記金属窒化物の重量比率の上限の記載は、本発明において、金属窒化物が当該上限を超えて存在することを除外する趣旨ではない。電極の電気容量を大きくするために、より少ない量の金属窒化物で活物質粒子を集電体上に固着させることができることを示すものである。   On the other hand, the description of the upper limit of the weight ratio of the metal nitride is not intended to exclude the presence of the metal nitride exceeding the upper limit in the present invention. This shows that the active material particles can be fixed on the current collector with a smaller amount of metal nitride in order to increase the electric capacity of the electrode.

結着物質が含有する金属窒化物の結晶性について:
本発明における金属窒化物は、結晶性であることが特定される。本発明において結晶性の金属窒化物とは、当該金属窒化物、あるいは当該金属窒化物を含む試料を、X線回折装置で解析し、当該金属窒化物のピークが検出された場合を意味する。例えば、窒化チタンが、結晶性である場合には、X線回折結果を縦軸に強度、横軸に2θ角度を示すチャートでみた場合に、横軸の36度付近、41度付近、61度付近のピークが確認されるが、非晶質の窒化チタンでは上記ピークが確認されず、これによって結晶性であるか非晶質であるかが判断される。
Regarding the crystallinity of the metal nitride contained in the binder:
The metal nitride in the present invention is specified to be crystalline. In the present invention, the crystalline metal nitride means a case where the metal nitride or a sample containing the metal nitride is analyzed by an X-ray diffractometer and the peak of the metal nitride is detected. For example, when titanium nitride is crystalline, when the X-ray diffraction result is viewed on a chart showing the intensity on the vertical axis and the 2θ angle on the horizontal axis, it is around 36 degrees, around 41 degrees, 61 degrees on the horizontal axis. Although a nearby peak is confirmed, the above-mentioned peak is not confirmed in amorphous titanium nitride, and it is determined whether it is crystalline or amorphous.

結着物質に含有される炭素成分:
本発明における結着物質中には、炭素成分が含有される。本発明における結着物質中に含有される炭素成分とは、結着物質中に存在する炭素成分であって、任意で添加される導電材などの炭素含有する添加成分や炭素材料を用いた負極活物質粒子を除くものである。上述する結着物質中に含有される炭素成分は、高分子物質、あるいは高分子物質の分解物、炭素元素含有の化合物あるいは炭素単体として活物質中に含有される。高分子物質の分解物としては、エーテル基含有化合物、エステル基含有化合物、カルボキシル基含有化合物、アセチレン系化合物、セルロース系化合物、あるいはこれらの混合物が挙げられるがこれに限定されない。
Carbon components contained in the binder:
The binder material in the present invention contains a carbon component. The carbon component contained in the binder in the present invention is a carbon component present in the binder, and a carbon-containing additive component such as a conductive material optionally added, or a negative electrode using the carbon material The active material particles are excluded. The carbon component contained in the binder material described above is contained in the active material as a polymer material, a decomposition product of the polymer material, a carbon element-containing compound, or carbon simple substance. Examples of the decomposition product of the polymer substance include, but are not limited to, an ether group-containing compound, an ester group-containing compound, a carboxyl group-containing compound, an acetylene compound, a cellulose compound, or a mixture thereof.

結着物質に含まれる炭素成分の存在は、一般的には、得られた電極板における電極活物質層の組成分析により検出された炭素元素量が、電極活物質や導電材由来の炭素元素量の和よりも多いかどうかで、確認することができる。ただし、含有される炭素成分の量が微量な場合には、組成分析に炭素成分量が反映されないこともある。このように微量な炭素成分であっても、後述する元素マッピングなどによって、結着物質に炭素成分が含有されていることを確認することができる。   The presence of the carbon component contained in the binder material is generally determined by the amount of carbon element detected by the compositional analysis of the electrode active material layer in the obtained electrode plate being the amount of carbon element derived from the electrode active material or conductive material. It can be confirmed whether it is more than the sum of. However, when the amount of the carbon component contained is very small, the amount of the carbon component may not be reflected in the composition analysis. Even in such a small amount of carbon component, it can be confirmed that the binder material contains the carbon component by element mapping described later.

上記炭素成分は、たとえば、後述する有機物または有機金属化合物など、電極活物質層形成液中に添加される物質中の炭素に由来する。これらは、本発明の電極板の製造において、電極活物質層中に形成される結着物質中に炭素成分として残存可能となるよう、加熱工程の加熱温度などを調整し、結着物質に含有させることができる。ただし、結着物質に炭素成分を含有させる方法は、これに限定されるものではない。   The carbon component is derived from carbon in a substance added to the electrode active material layer forming liquid, such as an organic substance or an organometallic compound described later. These are contained in the binder material by adjusting the heating temperature in the heating step so that it can remain as a carbon component in the binder material formed in the electrode active material layer in the production of the electrode plate of the present invention. Can be made. However, the method for incorporating the carbon component into the binder is not limited to this.

本発明の電極板の電極活物質層に、炭素成分を含む結着物質として設けるためには、たとえば、炭素成分を提供可能な金属窒化物生成用有機材料や有機物を含み、且つ、導電材や、グラファイトから構成される負極活物質粒子などの炭素材料を添加する前の電極活物質層形成液を基板上に塗布して塗膜を形成し、適切な加熱温度あるいは適切な加熱雰囲気で加熱などすることにより、形成される層中に炭素成分が存在することを予備的に確かめる予備実験を行う。次いで、必要な材料が含有された電極活物質層形成液を集電体上に塗布して予備実験と同様の条件で加熱工程などの電極活物質層形成工程を実施することにより、導電材や、グラファイトから構成される負極活物質粒子などの炭素材料以外の炭素成分が含有される結着物質を備える電極板を製造することができる。以上により得られた電極板では、電極活物質層の組成分析の結果によらず、結着物質中には、導電材を構成する炭素以外の炭素成分が残存すると理解される。   In order to provide the electrode active material layer of the electrode plate of the present invention as a binding material containing a carbon component, for example, it includes an organic material or an organic material for generating a metal nitride capable of providing a carbon component, and a conductive material or The electrode active material layer forming liquid before adding a carbon material such as negative electrode active material particles composed of graphite is applied onto a substrate to form a coating film, and heated at an appropriate heating temperature or an appropriate heating atmosphere, etc. Thus, a preliminary experiment is carried out to confirm in advance that the carbon component is present in the formed layer. Next, an electrode active material layer forming liquid containing a necessary material is applied onto a current collector, and an electrode active material layer forming step such as a heating step is performed under the same conditions as in the preliminary experiment. In addition, an electrode plate including a binding material containing a carbon component other than a carbon material such as negative electrode active material particles composed of graphite can be manufactured. In the electrode plate obtained as described above, it is understood that carbon components other than carbon constituting the conductive material remain in the binder material regardless of the result of the composition analysis of the electrode active material layer.

結着物質中に、炭素成分が含有されているか否かを、より具体的に確認するためには、透過型電子顕微鏡を用い、走査透過型電子顕微鏡法(STEM法)によって、EDX検出器でナノオーダーの元素分析により示される元素マッピングによって炭素元素を確認することができる。あるいは、EELS分光器によるナノオーダーの状態評価、HAADF検出器で組成コントラスト像を得ることによっても結着物質中に含有される炭素成分を確認することができる。より具体的には、電子顕微鏡写真観察において、本発明における電極活物質層には、活物質粒子などを固着させるための結着物質が、活物質粒子間や活物質粒子の周囲等に存在することを観察することができる。そして、上記元素マッピングや、組成コントラスト像を利用する方法によれば、該結着物質内に点在する炭素元素を確認することにより炭素成分の含有を確認することができる。また上記炭素成分は、グラファイト粒子や導電材が、同様の方法により集中的な炭素原子の存在として確認されるのとは異なり、著しくスケールの小さい炭素元素として観察されるため、グラファイト粒子や導電材とは明らかに区別される。   In order to confirm more specifically whether or not a carbon component is contained in the binding substance, a transmission electron microscope is used, and an EDX detector is used by scanning transmission electron microscopy (STEM method). Carbon elements can be confirmed by element mapping shown by nano-order elemental analysis. Alternatively, the carbon component contained in the binder can be confirmed by nano-order state evaluation using an EELS spectrometer and obtaining a composition contrast image using a HAADF detector. More specifically, in observation of an electron micrograph, in the electrode active material layer in the present invention, a binding material for fixing active material particles or the like is present between active material particles or around active material particles. Can be observed. And according to the method using the element mapping or the composition contrast image, it is possible to confirm the carbon component content by confirming the carbon elements scattered in the binder. Further, the carbon component is observed as a carbon element having a remarkably small scale, unlike graphite particles and conductive materials, which are confirmed as the presence of concentrated carbon atoms by the same method. Is clearly distinguished.

尚、本発明において、グラファイト粒子や導電材とは明らかに区別されるスケールの小さい炭素成分が、電極活物質層中において、結着物質である金属窒化物外に、さらに存在していてもよい。   In the present invention, a carbon component having a small scale that is clearly distinguished from the graphite particles and the conductive material may be further present in the electrode active material layer outside the metal nitride that is the binder. .

尚、本発明において、結着物質中における、炭素成分の量は、特に限定されず、一般的な組成分析において、反映されない程度の微量な含有量であっても、電極板の出入力特性の向上に寄与し得ることは上述のとおりである。たとえば、本発明において、結着物質中に含有される炭素成分は、上記金属窒化物中に含有される金属元素100モル%に対して上記炭素成分が10モル%以上含有されていることが好ましく、またその上限は特に限定されないが、50モル%以下の含有量で、充分にサイクル特性の向上、および体積抵抗値の低減に寄与することができる。   In the present invention, the amount of the carbon component in the binding substance is not particularly limited, and even if the content of the carbon plate is not reflected in a general composition analysis, the input / output characteristics of the electrode plate. As described above, it can contribute to the improvement. For example, in the present invention, the carbon component contained in the binder material preferably contains 10 mol% or more of the carbon component with respect to 100 mol% of the metal element contained in the metal nitride. The upper limit is not particularly limited, but a content of 50 mol% or less can sufficiently contribute to improvement of cycle characteristics and reduction of volume resistance.

(その他の材料)
上記電極活物質層は、上述する活物質粒子および結着物質を構成する金属窒化物と該結着物質に含まれる炭素成分のみから構成することが可能であるが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、さらなる添加剤が含有されていてもよい。たとえば、本発明の電極板は、導電材を使用することなく良好な導電性を発揮させることが可能であるが、より優れた導電性が望まれる場合や、活物質粒子の含有量を増大させたい場合などには、導電材を使用することが望ましい。
(Other materials)
The electrode active material layer can be composed only of the above-mentioned active material particles and the metal nitride constituting the binder and the carbon component contained in the binder, but does not depart from the spirit of the present invention. In the range further additives may be included. For example, the electrode plate of the present invention can exhibit good conductivity without using a conductive material, but when better conductivity is desired or the content of active material particles is increased. For example, it is desirable to use a conductive material.

上記導電材としては、通常、非水電解液二次電池用電極板に用いられるものを使用することができ、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック等の炭素材料が例示されるが、これに限定されるものではない。導電材の平均粒径は20nm〜50nm程度であることが好ましい。また異なる導電材としては炭素繊維(VGCF)が公知である。上記平均粒径は、活物質粒子の粒径を測定する方法と同様に、電子顕微鏡による実測から求められる算術平均により求められる。   As the conductive material, those usually used for electrode plates for non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used, and examples thereof include carbon materials such as acetylene black and carbon black such as ketjen black. It is not limited to. The average particle size of the conductive material is preferably about 20 nm to 50 nm. Carbon fiber (VGCF) is known as a different conductive material. The average particle diameter is obtained by an arithmetic average obtained from actual measurement using an electron microscope, as in the method of measuring the particle diameter of the active material particles.

導電材を電極活物質層に含有させる場合には、その含有量は特に限定されないが、一般的には、活物質粒子100重量部、あるいは活物質粒子および結着物質の総量100重量部に対して、導電材の割合が5重量部以上20重量部以下となるようにすることが望ましい。   In the case where the conductive material is contained in the electrode active material layer, the content is not particularly limited, but in general, with respect to 100 parts by weight of the active material particles or 100 parts by weight of the total amount of the active material particles and the binding material. Thus, it is desirable that the ratio of the conductive material be 5 parts by weight or more and 20 parts by weight or less.

また本発明は、樹脂製結着材を使用せずとも活物質粒子を集電体上に固着させることができるものであるが、これは電極活物質層に樹脂成分が含有されることを禁止する趣旨ではない。たとえば、電極板を用いて電池を組み立てる場合には、電解液を電極の細孔内部へしみこませる必要があり、この際、電解液の浸透性を向上させるために電極活物質層中に、樹脂成分を1〜10%ほど含有させる場合がある。このように、必要に応じて、本発明においても電極活物質層中に少量の樹脂材料を含有させてもよい。あるいは、結着物質として、金属窒化物に加え、樹脂製結着材も電極活物質層中に含有されていてもよい。   In the present invention, the active material particles can be fixed on the current collector without using a resin binder, but this prohibits the resin component from being contained in the electrode active material layer. It is not the purpose. For example, when assembling a battery using an electrode plate, it is necessary to immerse the electrolyte into the pores of the electrode. At this time, in order to improve the permeability of the electrolyte, a resin is contained in the electrode active material layer. The component may be contained in an amount of 1 to 10%. Thus, if necessary, a small amount of resin material may be contained in the electrode active material layer in the present invention. Alternatively, as the binder, in addition to the metal nitride, a resin binder may be contained in the electrode active material layer.

(集電体)
本発明に用いられる集電体は、一般的に非水電解液二次電池用正極板における正極集電体あるいは非水電解液二次電池用負極板における負極集電体として用いられるものであれば、特に限定されない。例えば、上記集電体は、アルミニウム箔、ニッケル箔、銅箔などの単体又は合金から形成されているもの、もしくはカーボンシート、カーボン板、及びカーボンテキスタイル等の高い導電性を有する箔ものが好ましく用いられる。尚、本発明に用いられる集電体は、必要に応じて、電極活物質層の形成が予定される面において、表面加工処理がなされている集電体であってもよい。表面加工処理がなされている集電体としては、導電性物質が積層されているもの、化学研磨処理、コロナ処理、酸素プラズマ処理などの表面処理がなされていてもの等が挙げられる。あるいは、上記集電体は、物理的に任意の凹凸などが表面に設けられていてもよい。
(Current collector)
The current collector used in the present invention is generally used as a positive electrode current collector in a positive electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery or a negative electrode current collector in a negative electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery. There is no particular limitation. For example, the current collector is preferably made of a single element such as an aluminum foil, nickel foil, or copper foil or an alloy, or a highly conductive foil such as a carbon sheet, carbon plate, or carbon textile. It is done. The current collector used in the present invention may be a current collector that has been subjected to surface processing on the surface on which the electrode active material layer is to be formed, if necessary. Examples of the current collector that has been subjected to surface processing treatment include those in which a conductive material is laminated, surface treatments such as chemical polishing treatment, corona treatment, and oxygen plasma treatment. Alternatively, the current collector may be physically provided with any unevenness on the surface.

上記集電体としては、例えば、図4Aに示すとおり、非水電解液二次電池用電極板20に用いられる集電体1として、それ自体が集電機能を有する金属箔などの集電基材3のみを用いることができる。集電基材3としては、上述するアルミニウム箔、ニッケル箔、カーボンシートなどが例示される。かかる場合には、集電基材3の表面の少なくとも一部に電極活物質層2が設けられる。   As the current collector, for example, as shown in FIG. 4A, the current collector 1 used for the electrode plate 20 for a non-aqueous electrolyte secondary battery has a current collecting base such as a metal foil itself having a current collecting function. Only material 3 can be used. Examples of the current collecting base 3 include the above-described aluminum foil, nickel foil, carbon sheet, and the like. In such a case, the electrode active material layer 2 is provided on at least a part of the surface of the current collecting base material 3.

また、異なる集電体の例としては、図4Bに示すとおり、非水電解液二次電池用電極板20’に用いられる集電体1’として、それ自体が集電機能を有する集電基材3の上面に、導電性を有する任意の導電性層4が設けられてなる集電体1’を用いることができる。導電性層4は、電極活物質層2と集電基材3と間の電子の移動を妨げない程度の導電性を示すものであればよい。例えば、導電性層4は、銅または銅合金からなる積層層、あるいは任意の導電性微粒子がメッキあるいはスパッタリングなどにより堆積されてなる層、あるいは一枚以上の導電性薄膜が設けられてなる層などであってよく、またこれらの例に限定されない。集電体1’において、導電性層4の表面が、集電体1’の表面102となり、電極活物質層2は、表面102の少なくとも一部に設けられる。尚、図4Bでは、任意の導電性層4が1層である態様を示した。しかし、集電体1’の構成はこれに限定されず、導電性層4は、2以上の任意の導電性層が積層された積層構成であってもよい。   In addition, as an example of a different current collector, as shown in FIG. 4B, a current collector 1 itself having a current collecting function is used as the current collector 1 ′ used for the electrode plate 20 ′ for the nonaqueous electrolyte secondary battery. A current collector 1 ′ in which an arbitrary conductive layer 4 having conductivity is provided on the upper surface of the material 3 can be used. The electroconductive layer 4 should just show electroconductivity of the grade which does not prevent the movement of the electron between the electrode active material layer 2 and the current collection base material 3. FIG. For example, the conductive layer 4 is a laminated layer made of copper or a copper alloy, a layer in which arbitrary conductive fine particles are deposited by plating or sputtering, or a layer in which one or more conductive thin films are provided. However, the present invention is not limited to these examples. In the current collector 1 ′, the surface of the conductive layer 4 becomes the surface 102 of the current collector 1 ′, and the electrode active material layer 2 is provided on at least a part of the surface 102. FIG. 4B shows a mode in which the arbitrary conductive layer 4 is one layer. However, the configuration of the current collector 1 ′ is not limited to this, and the conductive layer 4 may have a stacked configuration in which two or more arbitrary conductive layers are stacked.

また、異なる集電体の例としては、図4Cに示すとおり、非水電解液二次電池用電極板20’’に用いられる集電体1’’として、それ自体が集電機能を有する集電基材3の上面に、断続的に形成された任意の断続層5が設けられてなる集電体を用いることができる。断続層5は、上述する導電性層4と同じく導電性の層であってもよいし、あるいは導電性を示さない層であってもよい。即ち、非水電解液二次電池用電極板20’’では、電極活物質層2の集電体1’’の表面は、断続層5の表面である表面103と、断続層5が設けられておらず集電基材3自体の表面である表面103’とからなる。このとき、電極活物質層2は、表面103および表面103’のいずれとも接するよう形成することができる。非水電解液二次電池用電極板20’’では、断続層5は、導電性を有していても、有していなくてもよい。断続層5が導電性を有していない層であっても、集電体1’’の表面103’において電極活物質層2と集電基材3とが直接接するため、電極活物質層2と集電体1’’との間において電子の移動が確保される。ただし、非水電解液二次電池用負極板20’’自体の電気抵抗をより小さいものにするという観点からは、断続層5も、導電性を示すことが好ましい。   Further, as an example of a different current collector, as shown in FIG. 4C, a current collector 1 ″ used for the electrode plate 20 ″ for a nonaqueous electrolyte secondary battery itself has a current collecting function. A current collector in which an arbitrary intermittent layer 5 formed intermittently is provided on the upper surface of the electric substrate 3 can be used. The intermittent layer 5 may be a conductive layer similar to the conductive layer 4 described above, or may be a layer that does not exhibit conductivity. That is, in the electrode plate 20 ″ for the non-aqueous electrolyte secondary battery, the surface 103 of the current collector 1 ″ of the electrode active material layer 2 is provided with the surface 103 that is the surface of the intermittent layer 5 and the intermittent layer 5. And the surface 103 ′ which is the surface of the current collecting base 3 itself. At this time, the electrode active material layer 2 can be formed so as to be in contact with both the surface 103 and the surface 103 ′. In the electrode plate 20 ″ for a nonaqueous electrolyte secondary battery, the intermittent layer 5 may or may not have conductivity. Even if the intermittent layer 5 is a non-conductive layer, the electrode active material layer 2 is in direct contact with the current collector base 3 on the surface 103 ′ of the current collector 1 ″. And the current collector 1 ″ ensure the movement of electrons. However, from the viewpoint of reducing the electrical resistance of the negative electrode plate 20 ″ for the nonaqueous electrolyte secondary battery itself, it is preferable that the intermittent layer 5 also exhibits conductivity.

また、断続層5が導電性を示す場合、図4Dに示すように、集電体1’’の表面であって断続層5上にのみ、選択的に電極活物質層2’を設けて、非水電解液二次電池用電極板20’’’を構成してもよい。即ち、集電体1’’の表面のうち、表面103の少なくとも一部に、選択的に電極活物質層2’を設けても良い。あるいは、図示しないが、断続層5が導電性を示さない場合、集電体1’’の表面103’の少なくとも一部に選択的に電極活物質層2’を設けてもよい。   Further, when the intermittent layer 5 exhibits conductivity, as shown in FIG. 4D, an electrode active material layer 2 ′ is selectively provided only on the intermittent layer 5 on the surface of the current collector 1 ″. You may comprise electrode board 20 '' 'for nonaqueous electrolyte secondary batteries. That is, the electrode active material layer 2 ′ may be selectively provided on at least a part of the surface 103 of the surface of the current collector 1 ″. Alternatively, although not shown, when the intermittent layer 5 does not exhibit conductivity, the electrode active material layer 2 ′ may be selectively provided on at least a part of the surface 103 ′ of the current collector 1 ″.

尚、上述する集電体の説明は、本発明に用いられる集電体を何ら限定するものではない。本発明に用いられる集電体は、以上に例示するとおり、本発明において集電体とは、集電機能を有する集電基材のみであってもよく、かかる態様では、電極活物質層が設けられる集電体の表面とは、該集電基材の表面を指す。あるいは、本発明において、集電体とは、集電機能を有する集電基材と、該集電基材上に設けられる任意の積層層を有していてもよい。かかる態様では、電極活物質層が設けられる集電体の表面とは、集電基材と電極活物質層との間の少なくとも一領域で電子の移動が確保される範囲において、上記積層層の表面、あるいは、積層層が設けられていない集電基材表面、あるいは、上記積層層の表面および積層層が設けられていない集電基材表面の両方を指す。   The description of the current collector described above does not limit the current collector used in the present invention. As exemplified above, the current collector used in the present invention may be only a current collecting substrate having a current collecting function in the present invention. In such an embodiment, the electrode active material layer is The surface of the current collector provided refers to the surface of the current collector substrate. Alternatively, in the present invention, the current collector may have a current collecting base material having a current collecting function and an arbitrary laminated layer provided on the current collecting base material. In such an embodiment, the surface of the current collector on which the electrode active material layer is provided is within the range in which the movement of electrons is ensured in at least one region between the current collector base material and the electrode active material layer. It refers to the surface, or the surface of the current collecting base material on which the laminated layer is not provided, or the surface of the current collecting base material on which the surface of the laminated layer is not provided.

本発明に用いられる集電体は、耐熱温度が800℃以下、さらには600℃以下、特には400℃以下のものを選択することが可能である。かかる集電体の選択は、後述する本発明の製造方法における電極活物質層形成工程における温度条件との関係によって決定される。本発明の製造方法では、電極活物質層形成工程が加熱工程である場合に、例えば400℃以下の加熱温度で集電体上に直接に電極活物質層を形成することができる。したがって、上記集電体は、耐熱温度が800℃以下、さらには600℃以下、特には400℃以下のものを選択することができ、該集電体上に直接に電極活物質層が形成されてなる本発明の電極板を提供することができる。   As the current collector used in the present invention, one having a heat resistant temperature of 800 ° C. or lower, further 600 ° C. or lower, and particularly 400 ° C. or lower can be selected. The selection of the current collector is determined by the relationship with the temperature condition in the electrode active material layer forming step in the production method of the present invention described later. In the manufacturing method of this invention, when an electrode active material layer formation process is a heating process, an electrode active material layer can be directly formed on a collector at the heating temperature of 400 degrees C or less, for example. Accordingly, the current collector can be selected to have a heat resistant temperature of 800 ° C. or lower, more preferably 600 ° C. or lower, and particularly 400 ° C. or lower, and an electrode active material layer is directly formed on the current collector. An electrode plate of the present invention can be provided.

上記集電体の厚みは、一般に非水電解液二次電池用正極板または負極板の集電体として使用可能な厚みであれば特に限定されないが、10〜200μmであることが好ましく、15〜50μmであることがより好ましい。   The thickness of the current collector is not particularly limited as long as it can be used as a current collector for a positive electrode plate or a negative electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery, but is preferably 10 to 200 μm. More preferably, it is 50 μm.

(電極の充放電レート特性評価方法)
本発明の電極板の出入力特性は、放電容量維持率(%)を求めることにより評価することができる。即ち、上記放電容量維持率は、放電レート特性を評価するものであり、放電レート特性が向上した電極板は、一般的に、充電レート特性も同様に向上していると理解される。したがって、望ましい放電容量維持率が示される場合には、充放電レート特性が向上したと評価するものである。より具体的には、活物質の有する放電容量(mAh/g)の理論値が1時間で放電終了となるよう放電レート1Cを設定し、設定された1Cの放電レートにおいて実際に測定された放電容量(mAh/g)を放電容量維持率100%とする。そしてさらに放電レートを高くしていった場合の放電容量(mAh/g)を測定し、以下の数1に示す式に放電容量維持率(%)を求めることができる。尚、上記放電容量は、三極式コインセルにより電極自体の放電容量を測定することにより求められる。
(Method for evaluating charge / discharge rate characteristics of electrode)
The input / output characteristics of the electrode plate of the present invention can be evaluated by determining the discharge capacity maintenance rate (%). That is, the discharge capacity retention rate is an evaluation of discharge rate characteristics, and it is understood that an electrode plate with improved discharge rate characteristics generally has improved charge rate characteristics as well. Therefore, when a desirable discharge capacity maintenance rate is indicated, it is evaluated that the charge / discharge rate characteristics have been improved. More specifically, the discharge rate 1C is set so that the theoretical value of the discharge capacity (mAh / g) of the active material is completed in 1 hour, and the discharge actually measured at the set discharge rate of 1C. The capacity (mAh / g) is set to a discharge capacity maintenance rate of 100%. Then, the discharge capacity (mAh / g) when the discharge rate is further increased is measured, and the discharge capacity retention ratio (%) can be obtained by the following equation (1). In addition, the said discharge capacity is calculated | required by measuring the discharge capacity of electrode itself with a tripolar coin cell.

Figure 2012089275
Figure 2012089275

[非水電解液二次電池用電極板の製造方法]
次に、本発明の非水電解液二次電池用電極板の製造方法(以下、単に「本発明の製造方法」という場合がある)について説明する。尚、本発明の製造方法において、正極板を製造する場合には、正極活物質層を集電体上に積層形成するために、電極活物質層形成液には、正極活物質粒子およびこれに適した金属窒化物前駆体を添加し、また負極板を製造する場合には、負極活物質層を集電体上に積層形成するために、電極活物質層形成液には、負極活物質粒子およびこれに適した金属窒化物前駆体を添加する。ただし、本発明の電極板を製造する方法において、「正極」および「負極」を、まとめて「電極」として示す場合がある。
[Method for producing electrode plate for non-aqueous electrolyte secondary battery]
Next, a method for producing the electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “the production method of the present invention”) will be described. In the production method of the present invention, when producing a positive electrode plate, the electrode active material layer forming liquid contains positive electrode active material particles and a positive electrode active material layer in order to form a positive electrode active material layer on a current collector. In the case of adding a suitable metal nitride precursor and manufacturing a negative electrode plate, the negative electrode active material layer forming liquid contains negative electrode active material particles in order to form a negative electrode active material layer on the current collector. And a metal nitride precursor suitable for this. However, in the method for producing the electrode plate of the present invention, “positive electrode” and “negative electrode” may be collectively referred to as “electrode”.

本発明の製造方法は、金属窒化物前駆体を含む電極活物質層形成液を調製し、これを集電体上に塗布して塗膜を形成する塗布工程、および、上記塗膜から電極活物質層を形成する電極活物質層形成工程を、この順に備える。上記電極活物質層形成液中に含まれる活物質粒子や任意の導電材粒子は、上記固着態様1に加え固着態様2として示すように、粒子同士の直接の接触が良好に保たれた状態で固着される態様が含まれる。このように、固着態様1および2に示す固着の状態を可能とする要因は、本発明の製造方法において、金属窒化物前駆体が電極活物質層形成液に溶解されていること、且つ、活物質粒子等を混合した電極活物質層形成液を集電体上に塗布し、適切な手段で溶媒を除去し、電極活物質層を形成する際に、生成される金属窒化物(結着物質)が、粒子間、あるいは粒子同士が直接に接触する接触部分の周囲に生成されることにあると推察される。この結果、本発明の製造方法は、導電性が良好で電気抵抗を低く保つことが可能な電極板を製造することができる。   The production method of the present invention comprises preparing an electrode active material layer-forming liquid containing a metal nitride precursor and applying the solution on a current collector to form a coating film. An electrode active material layer forming step for forming the material layer is provided in this order. The active material particles and arbitrary conductive material particles contained in the electrode active material layer forming liquid are in a state in which the direct contact between the particles is well maintained as shown as the fixing mode 2 in addition to the fixing mode 1. A mode of being fixed is included. As described above, the factors that enable the fixing state shown in fixing modes 1 and 2 are that the metal nitride precursor is dissolved in the electrode active material layer forming liquid in the manufacturing method of the present invention, and that The electrode active material layer forming liquid mixed with the material particles is applied onto the current collector, the solvent is removed by an appropriate means, and the metal nitride (binding material) generated when the electrode active material layer is formed. ) Is presumed to be generated between the particles or around the contact portion where the particles directly contact each other. As a result, the manufacturing method of the present invention can manufacture an electrode plate that has good conductivity and can keep electric resistance low.

従来の樹脂製結着材を用いるスラリー状の電極活物質層形成液とは異なり、本発明の非水電解液二次電池用電極板の製造方法において用いられる、金属窒化物前駆体及び活物質粒子を含有して調製される電極活物質層形成液は、含有される活物質粒子の粒子径によらず、集電体への塗布性が良好に維持される程度の粘度が示される。したがって、従来の電極活物質層形成液では、粘度の著しい向上のため使用困難であった粒子径の小さい活物質粒子を、本発明の非水電解液二次電池用電極板の製造方法では、使用することができるようになった。また本発明の非水電解液二次電池用電極板の製造方法は、上記電極活物質層形成液の集電体への塗布性が良好であることから、所望の厚みに塗布することも可能となり、電極活物質層の薄膜化を可能とした。   Unlike a slurry-like electrode active material layer forming liquid using a conventional resin binder, the metal nitride precursor and active material used in the method for producing an electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention The electrode active material layer forming liquid prepared by containing particles has a viscosity that can maintain good applicability to the current collector regardless of the particle diameter of the active material particles contained. Therefore, in the conventional electrode active material layer forming liquid, the active material particles having a small particle diameter, which has been difficult to use due to a significant improvement in viscosity, are used in the method for producing an electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention. It can be used now. In addition, the method for producing an electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention can be applied to a desired thickness because the electrode active material layer forming liquid has good applicability to the current collector. Thus, the electrode active material layer can be made thin.

また、本発明の非水電解液二次電池用電極板の製造方法によれば、電極板の出入力特性の向上へのアプローチである、粒子径の小さい活物質粒子の使用、および電極活物質の薄膜化のいずれもが、容易に実現可能である。より具体的には、活物質粒子の粒子径が10μm以下、さらには1μm以下の小さいサイズのものを用いても、塗布性が低下するほどの粘度の上昇がみられないという望ましい特徴を有している。したがって、用いられる活物質粒子の粒子径は、所望の大きさを選択することができる。以上のとおり、本発明の製造方法によれば、粒子径の小さい活物質粒子を使用し、あるいはまた、電極活物質層の厚みを小さく設計することによって、さらに出入力特性が向上した非水電解液二次電池用電極板を、容易に製造することが可能である。   Further, according to the method for producing an electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the use of active material particles having a small particle diameter, which is an approach to improving the input / output characteristics of the electrode plate, and the electrode active material Any of these thinning methods can be easily realized. More specifically, it has a desirable feature that the viscosity of the active material particles does not increase so much that the coatability is reduced even when the active material particles have a particle size of 10 μm or less, and even 1 μm or less. ing. Therefore, a desired size can be selected for the particle diameter of the active material particles used. As described above, according to the production method of the present invention, non-aqueous electrolysis with improved input / output characteristics by using active material particles having a small particle diameter or by designing the thickness of the electrode active material layer to be small. The electrode plate for a liquid secondary battery can be easily manufactured.

以下に、本発明の電極板を製造するための3つの態様を説明する。尚、上記金属窒化物前駆体とは、結着物質を構成する金属窒化物を生成するために電極活物質層形成液中に含有される材料であって、例えば金属窒化物生成材料、あるいは金属窒化物生成有機材料が例示される。金属窒化物生成有機材料は炭素を含む点で、炭素を含まない金属窒化物生成材料とは区別される。   Below, the three aspects for manufacturing the electrode plate of this invention are demonstrated. The metal nitride precursor is a material contained in the electrode active material layer forming liquid to generate the metal nitride constituting the binder, and is, for example, a metal nitride generating material or a metal Nitride-generating organic materials are exemplified. A metal nitride-forming organic material is distinguished from a metal nitride-generating material that does not contain carbon in that it contains carbon.

本発明の製造方法の第一の態様は、活物質粒子と、金属窒化物を生成するための金属窒化物生成材料と、有機物とが少なくとも含有される電極活物質層形成液を調製し、これを用いて、後述する塗布工程、および電極活物質層形成工程を順に実施する。そして、上記金属窒化物生成材料を反応させて結晶性の金属窒化物を生成し、該金属窒化物を含有する結着物質を構成するとともに、上記有機物由来の炭素成分を該結着物質内に残存させることによって、上記集電体上に結着物質と上記活物質粒子とを含有する電極活物質層を形成することを特徴とする。   A first aspect of the production method of the present invention is to prepare an electrode active material layer forming liquid containing at least active material particles, a metal nitride generating material for generating metal nitride, and an organic material. , The coating step and the electrode active material layer forming step described later are sequentially performed. Then, the metal nitride producing material is reacted to produce crystalline metal nitride, forming a binding substance containing the metal nitride, and containing the organic carbon component in the binding substance. By remaining, an electrode active material layer containing a binder and the active material particles is formed on the current collector.

本発明の製造方法の第二の態様は、活物質粒子と、金属窒化物を生成するための金属窒化物生成用有機材料と、が少なくとも含有される電極活物質層形成液を調製し、これを用いて、後述する塗布工程、および電極活物質層形成工程を順に実施する。そして、上記金属窒化物生成材料を反応させて結晶性の金属窒化物を生成し、該金属窒化物を含有する結着物質を構成するとともに、上記金属窒化物生成用有機材料由来の炭素成分を該結着物質内に残存させることによって、上記集電体上に結着物質と上記活物質粒子とを含有する電極活物質層を形成することを特徴とする。   A second aspect of the production method of the present invention is to prepare an electrode active material layer forming liquid containing at least active material particles and a metal nitride generating organic material for generating metal nitride, , The coating step and the electrode active material layer forming step described later are sequentially performed. Then, the metal nitride producing material is reacted to produce a crystalline metal nitride, forming a binder containing the metal nitride, and a carbon component derived from the metal nitride producing organic material. An electrode active material layer containing the binding material and the active material particles is formed on the current collector by remaining in the binding material.

本発明の製造方法の第三の態様は、活物質粒子と、金属窒化物を生成するための金属窒化物生成用有機材料と、有機物と、が少なくとも含有される電極活物質層形成液を調製し、これを用いて、後述する塗布工程、および電極活物質層形成工程を順に実施する。そして、上記金属窒化物生成用有機材料を反応させて結晶性の金属窒化物を生成し、該金属窒化物を含有する結着物質を構成するとともに、上記金属窒化物生成用有機材料または上記有機物由来の炭素成分を該結着物質内に残存させることによって、上記集電体上に結着物質と上記活物質粒子とを含有する電極活物質層を形成することを特徴とする。   A third aspect of the production method of the present invention is to prepare an electrode active material layer forming liquid containing at least active material particles, a metal nitride generating organic material for generating metal nitride, and an organic material. And using this, the coating process mentioned later and the electrode active material layer formation process are carried out in order. Then, the metal nitride generating organic material is reacted to generate a crystalline metal nitride, forming a binder containing the metal nitride, and the metal nitride generating organic material or the organic material An electrode active material layer containing the binding material and the active material particles is formed on the current collector by leaving the derived carbon component in the binding material.

上述する第一乃至第三の態様のいずれにおいても、電極活物質層形成液の調製における1つの留意点は、任意で添加される導電材、あるいは活物質粒子として添加されるグラファイト粒子等の炭素系の活物質粒子以外の材料であって、炭素を含有する材料として金属窒化物生成用有機材料および/または有機物を配合し、生成される結着物質中に炭素成分が残存可能とする点である。   In any of the first to third aspects described above, one point to be noted in the preparation of the electrode active material layer forming liquid is that a carbon such as an optionally added conductive material or graphite particles added as active material particles. It is a material other than the active material particles of the system, in which an organic material for producing metal nitride and / or an organic substance is blended as a carbon-containing material, and the carbon component can remain in the produced binder material. is there.

尚、上記3つの態様以外にも、例えば、金属窒化物前駆体として、1種以上の金属元素含有化合物と、1種以上の有機金属化合物とを組み合わせて、これを電極活物質層形成液に含有させてもよい。   In addition to the above three aspects, for example, as a metal nitride precursor, one or more metal element-containing compounds and one or more organic metal compounds are combined to form an electrode active material layer forming liquid. You may make it contain.

活物質粒子:
上記電極活物質層形成液に含有される活物質粒子は、上述において既に説明した活物質粒子と同様であるため、ここではその説明を割愛する。尚、本発明の製造方法において、用いられる活物質粒子の粒子径は、所望の大きさを選択することができることも上述と同様である。
Active material particles:
Since the active material particles contained in the electrode active material layer forming liquid are the same as the active material particles already described above, the description thereof is omitted here. In addition, in the manufacturing method of this invention, the particle diameter of the active material particle used can select a desired magnitude | size similarly to the above-mentioned.

金属窒化物前駆体:
本発明に製造方法において、電極活物質層形成液中に含有される金属窒化物前駆体は、溶媒に溶解した状態で基板上に塗布され、適切な反応手段を受けることにより塗膜化することが可能な材料である。金属窒化物前駆体は、例えば、上記反応手段として、加熱手段を選択した場合、基板上で、熱分解開始温度以上の温度で加熱されると、熱分解し、且つ、窒化して、金属窒化物として塗膜化することが可能な材料である。本発明者らは、樹脂製結着材を使用せずに、上記塗膜化する結着物質中に活物質粒子を含有させる着想のもと、金属窒化物前駆体と活物質粒子とを含有する溶液を調製し、集電体上に塗布して加熱することを試みた。その結果、主として活物質粒子からなる電極活物質層中に結着物質である金属窒化物が存在する程度に、集電体上で生成される結着物質の量を著しく減らしても、活物質粒子が集電体上に固着されることを見出した。
Metal nitride precursor:
In the production method according to the present invention, the metal nitride precursor contained in the electrode active material layer forming solution is coated on the substrate in a state dissolved in a solvent, and formed into a coating film by receiving an appropriate reaction means. Is a possible material. For example, when the heating means is selected as the reaction means, the metal nitride precursor is thermally decomposed and nitrided when heated on the substrate at a temperature equal to or higher than the thermal decomposition start temperature, and the metal nitride It is a material that can be formed into a film as a product. The inventors of the present invention include a metal nitride precursor and active material particles based on the idea of including active material particles in the binder material to be coated without using a resin binder. The solution to be prepared was prepared, applied on the current collector and tried to be heated. As a result, even if the amount of the binding material generated on the current collector is significantly reduced to such an extent that the metal nitride as the binding material exists in the electrode active material layer mainly composed of active material particles, the active material It has been found that the particles are fixed on the current collector.

したがって、本発明の製造方法に用いられる金属窒化物前駆体は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、窒化されて、塗膜化可能な元素を含むものであれば、いずれのものを選択してもよい。   Accordingly, the metal nitride precursor used in the production method of the present invention is selected as long as it contains an element that can be nitrided and formed into a film without departing from the spirit of the present invention. May be.

本発明の製造方法において、加熱工程などの電極活物質形成工程が、窒素雰囲気下、アンモニアガ雰囲気下、あるいは、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスとアンモニアガスとの混合ガス雰囲気下などで実施される場合には、金属窒化物前駆体である金属窒化物生成材料として、一般的な金属元素の郡から選択される金属元素を含有する化合物を用いることができる。具体的には、上記金属窒化物前駆体は、Li、Be、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Cs、Ba、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Fr、Ra、及びCeなどの一般的な金属元素からなる郡から選択されるいずれか1種、または2種以上の金属元素を含有する化合物であればよい。   In the production method of the present invention, the electrode active material forming step such as a heating step is performed under a nitrogen atmosphere, an ammonia gas atmosphere, or a mixed gas atmosphere of an inert gas such as nitrogen gas or argon gas and ammonia gas. When implemented, a compound containing a metal element selected from a group of general metal elements can be used as a metal nitride forming material that is a metal nitride precursor. Specifically, the metal nitride precursor is Li, Be, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga. , Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg , Tl, Pb, Bi, Fr, Ra, and Ce, any compound selected from the group consisting of general metal elements, or a compound containing two or more metal elements may be used.

また理由は明らかではないが、上記金属元素の中でも、特に3乃至5周期に属する金属元素を1種、または2種以上含有する金属窒化物生成材料を用いた場合には、生成される電極板の出入力特性がより高くなる傾向にあるため、好ましい。   Although the reason is not clear, the electrode plate produced when a metal nitride producing material containing one or more metal elements belonging to 3 to 5 cycles among the above metal elements is used. This is preferable because the I / O characteristics tend to be higher.

また、上記金属元素を含有する金属窒化物生成材料としては、例えば金属塩が好ましく使用される。上記金属塩としては、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、過塩素酸塩、リン酸塩、臭素酸塩等を挙げることができる。中でも、本発明においては、塩化物、硝酸塩は汎用品として入手が容易なので、使用することが好ましい。とりわけ、硝酸塩は安価なため好ましく使用される。   Moreover, as a metal nitride production | generation material containing the said metal element, a metal salt is used preferably, for example. Examples of the metal salt include chloride, nitrate, sulfate, perchlorate, phosphate, bromate and the like. Among these, in the present invention, chlorides and nitrates are preferably used because they are easily available as general-purpose products. In particular, nitrate is preferably used because it is inexpensive.

上記金属塩の具体的な例示としては、塩化マグネシウム、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、塩化カルシウム、四塩化チタン、オキソ硫酸バナジウム、クロム酸アンモニウム、塩化クロム、二クロム酸アンモニウム、硝酸クロム、硫酸クロム、硝酸マンガン、硫酸マンガン、塩化鉄(I)、塩化鉄(III)、硝酸鉄(III)、硫酸鉄(II)、硫酸アンモニウム鉄(III)、塩化コバルト、硝酸コバルト、塩化ニッケル、硝酸ニッケル、塩化銅、硝酸銅、塩化亜鉛、塩化亜鉛、硝酸イットリウム、塩化イットリウム、塩化酸化ジルコニウム、硝酸酸化ジルコニウム、四塩化ジルコニウム、塩化銀、硝酸インジウム、硫酸スズ、塩化セリウム、硝酸セリウム、硝酸二アンモニウムセリウム、硫酸セリウム、塩化サマリウム、硝酸サマリウム、塩化鉛、硝酸鉛、ヨウ化鉛、リン酸鉛、硫酸鉛、塩化ランタン、硝酸ランタン、硝酸ガドリニウム、塩化ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、五塩化ニオブ、りん酸モリブデン酸アンモニウム、硫化モリブデン、塩化パラジウム、硝酸パラジウム、五塩化アンチモン、三塩化アンチモン、三フッ化アンチモン、テルル酸、亜硫酸バリウム、塩化バリウム、塩素酸バリウム、過塩素酸バリウム、硝酸バリウム、タングステン酸、タングステン酸アンモニウム、六塩化タングステン、五塩化タンタル、塩化ハフニウム、硫酸ハフニウム等を挙げることができる。   Specific examples of the metal salt include magnesium chloride, aluminum nitrate, aluminum chloride, calcium chloride, titanium tetrachloride, vanadium oxosulfate, ammonium chromate, chromium chloride, ammonium dichromate, chromium nitrate, chromium sulfate, nitric acid. Manganese, manganese sulfate, iron chloride (I), iron chloride (III), iron nitrate (III), iron sulfate (II), ammonium iron sulfate (III), cobalt chloride, cobalt nitrate, nickel chloride, nickel nitrate, copper chloride, Copper nitrate, zinc chloride, zinc chloride, yttrium nitrate, yttrium chloride, zirconium chloride, zirconium nitrate, zirconium tetrachloride, silver chloride, indium nitrate, tin sulfate, cerium chloride, cerium nitrate, diammonium cerium nitrate, cerium sulfate, Samarium chloride and nitrate nitrate , Lead chloride, lead nitrate, lead iodide, lead phosphate, lead sulfate, lanthanum chloride, lanthanum nitrate, gadolinium nitrate, strontium chloride, strontium nitrate, niobium pentachloride, ammonium molybdate phosphate, molybdenum sulfide, palladium chloride, Palladium nitrate, antimony pentachloride, antimony trichloride, antimony trifluoride, telluric acid, barium sulfite, barium chloride, barium chlorate, barium perchlorate, barium nitrate, tungstic acid, ammonium tungstate, tungsten hexachloride, pentachloride Examples include tantalum, hafnium chloride, and hafnium sulfate.

一方、充分に窒素ガスあるいはアンモニアガスが含有されない雰囲気下で、加熱工程などの電極活物質層形成工程が実施される場合には、金属窒化物生成材料として、金属元素を含有するアンモニウム塩などが好ましく用いられる。具体的には、りん酸マグネシウムアンモニウム六水和物、硫酸アンモニウムアルミニウム、くえん酸鉄(III)アンモニウム、硫酸アンモニウム鉄(II)六水和物、ヘキサフルオロけい酸アンモニウム、硫酸クロム(III)アンモニウム、ヘキサフルオロチタン酸アンモニウム、ヘキサフルオロニオブ酸(V)アンモニウム、硫酸銅(II)アンモニウム六水和物、硫酸二アンモニウムコバルト(II)六水和物、硫酸ニッケル(II)アンモニウム六水和物、硫酸マンガン(II)アンモニウム六水和物、モリブドりん酸アンモニウムn水和物、硫酸四アンモニウムセリウム(IV)四水和物などが例示される。あるいは、上述する金属窒化物生成材料に加え、酢酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウムなどの金属を含有しないアンモニウム塩を混合してもよい。   On the other hand, when an electrode active material layer forming step such as a heating step is performed in an atmosphere that does not sufficiently contain nitrogen gas or ammonia gas, an ammonium salt containing a metal element or the like is used as a metal nitride generating material. Preferably used. Specifically, magnesium ammonium phosphate hexahydrate, ammonium aluminum sulfate, iron (III) ammonium citrate, ammonium iron (II) sulfate hexahydrate, ammonium hexafluorosilicate, chromium (III) ammonium sulfate, hexafluoro Ammonium titanate, ammonium hexafluoroniobate (V), copper (II) ammonium sulfate hexahydrate, diammonium cobalt (II) sulfate hexahydrate, nickel (II) ammonium sulfate hexahydrate, manganese sulfate ( II) Ammonium hexahydrate, ammonium molybdophosphate n-hydrate, tetraammonium cerium sulfate (IV) tetrahydrate and the like are exemplified. Alternatively, in addition to the metal nitride forming material described above, an ammonium salt that does not contain a metal such as ammonium acetate, ammonium nitrate, or ammonium carbonate may be mixed.

また、本発明における金属窒化物前駆体として、特に、炭素元素を含む金属窒化物生成用有機材料を用いることもできる。金属窒化物生成用有機材料は、上記金属窒化物生成材料において列挙されるような一般的な金属元素の群から選択されるいずれか1種、または2種以上の金属元素および炭素を含有する化合物であればよい。   In addition, as the metal nitride precursor in the present invention, in particular, an organic material for generating metal nitride containing a carbon element can be used. The organic material for generating metal nitride is a compound containing any one kind or two or more kinds of metal elements and carbon selected from the group of general metal elements as listed in the above-mentioned metal nitride producing material If it is.

金属窒化物生成用有機材料の例としては、酢酸塩、シュウ酸塩等の金属塩、あるいは、マグネシウムジエトキシド、アルミニウムアセチルアセトナート、カルシウムアセチルアセトナート二水和物などの金属錯体を挙げることができるが、これに限定されない。   Examples of organic materials for forming metal nitride include metal salts such as acetate and oxalate, or metal complexes such as magnesium diethoxide, aluminum acetylacetonate, and calcium acetylacetonate dihydrate. However, it is not limited to this.

あるいは、金属窒化物生成用有機材料として、酢酸アンモニウムなどのアンモニウム塩を用いてもよい。   Alternatively, an ammonium salt such as ammonium acetate may be used as the organic material for generating metal nitride.

あるいはまた、金属窒化物前駆体の少なくとも1つとして、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラノルマルブトキシド、チタンブトキシドダイマー、チタンテトラー2ーエチルヘキソキシド、チタンジイソプロポキシビス(アセチルアセトネート)、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンジオクチロキシビス(オクチレングリコレート)、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)、チタンジイソプロポキシビス(トリエタノールアミネート)、チタンラクテートアンモニウム塩、チタンラクテート、およびポリヒドロキシチタンステアレートからなる群から選択される1種または2種以上が用いられても良い。   Alternatively, as at least one of the metal nitride precursors, titanium tetraisopropoxide, titanium tetranormal butoxide, titanium butoxide dimer, titanium tetra-2-ethylhexoxide, titanium diisopropoxybis (acetylacetonate), titanium tetra Acetyl acetonate, titanium dioctyloxy bis (octylene glycolate), titanium diisopropoxy bis (ethyl acetoacetate), titanium diisopropoxy bis (triethanolaminate), titanium lactate ammonium salt, titanium lactate, and polyhydroxy One or more selected from the group consisting of titanium stearate may be used.

尚、上述に具体的に例示する金属窒化物前駆体以外であっても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜、選択して金属窒化物前駆体たり得る材料を使用することができる。即ち、本発明の製造方法において製造される非水電解液二次電池用電極板に設けられる電極活物質層において、好ましく活物質粒子を集電体上に固着させることができる結着物質である金属窒化物を生成可能な生成材料となるものであれば、適宜選択して使用することが可能である。   In addition, even if it is other than the metal nitride precursor specifically illustrated above, the material which can be selected suitably and can become a metal nitride precursor in the range which does not deviate from the meaning of this invention can be used. That is, in the electrode active material layer provided on the electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured by the manufacturing method of the present invention, the active material particles are preferably binding materials that can be fixed on the current collector. Any material can be selected and used as long as it is a material capable of generating metal nitride.

有機物:
また結着物質中に残存する上記炭素成分を提供するための別の化合物として、上記有機金属化合物とは区別される有機物を用いることもできる。上記有機物は、具体的には、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース等のセルロース系高分子、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレン−プロピレングリコール等のポリアルキレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテル、デンプン、ポリビニルアルコールなどを例示することができる。これらの有機物の中には、上記電極活物質層形成液を調製する際に、その粘度を調整する作用を発揮するものも含まれる。これら有機物を、電極活物質層形成液に配合させ、集電体上に当該形成液を塗布した後、適切な温度で加熱するなどの適切な電極活物質層形成工程を実施することにより、生成される結着物質中に炭素成分を残存させることができる。
organic matter:
In addition, as another compound for providing the carbon component remaining in the binder, an organic substance that is distinguished from the organometallic compound can be used. Specific examples of the organic substance include, for example, cellulose polymers such as methylcellulose and ethylcellulose, polyalkylene glycols such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, and polyethylene-propylene glycol, polyethylene oxide, polypropylene oxide, acrylic resins, and urethane resins. And epoxy resin, phenol resin, melamine resin, polyvinyl acetate, polyethylene, polypropylene, polyether, starch, polyvinyl alcohol and the like. Some of these organic substances exhibit an effect of adjusting the viscosity when the electrode active material layer forming liquid is prepared. These organic substances are mixed in the electrode active material layer forming liquid, and after the application of the forming liquid on the current collector, an appropriate electrode active material layer forming process such as heating at an appropriate temperature is performed, thereby generating The carbon component can remain in the binding material.

導電材を電極活物質層形成液に添加する場合には、集電体表面上において生成される活物質粒子および形成が予定される金属窒化物の総量100重量部に対して、導電材の添加量が5重量部〜20重量部であることが望ましい。尚、上述は、20重量を超えて導電材を添加することを除外する趣旨ではない。特に、金属窒化物として窒化チタンが選択される場合には、窒化チタンの導電性の発揮により、添加される導電材量は、3%以下とすることができ、好ましくは、1%以下とすることができ、より好ましくは、実質的に導電材を使用しなくてもよい。   When the conductive material is added to the electrode active material layer forming liquid, the addition of the conductive material is performed with respect to 100 parts by weight of the total amount of the active material particles generated on the current collector surface and the metal nitride to be formed. The amount is desirably 5 to 20 parts by weight. In addition, the above is not the meaning which excludes adding a conductive material exceeding 20 weight. In particular, when titanium nitride is selected as the metal nitride, the amount of conductive material added can be 3% or less, preferably 1% or less due to the conductivity of titanium nitride. More preferably, substantially no conductive material may be used.

溶媒:
上記電極活物質層形成液に用いられる溶媒は、活物質粒子、金属窒化物前駆体、あるいはその他の添加剤が添加されてなる電極活物質層形成液として調製可能であって、かつ集電体上に塗布された後、加熱工程において除去可能なものであれば特に限定されない。例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロパノール、ブタノール等の総炭素数が5以下の低級アルコール、アセチルアセトン、ジアセチル、ベンゾイルアセトン等のジケトン類、アセト酢酸エチル、ピルビン酸エチル、ベンゾイル酢酸エチル、ベンゾイル蟻酸エチル等のケトエステル類、トルエンなどの1種の溶媒、あるいはこれらの2種以上の組み合わせからなる混合溶媒等を挙げることができる。
solvent:
The solvent used in the electrode active material layer forming liquid can be prepared as an electrode active material layer forming liquid to which active material particles, metal nitride precursors, or other additives are added, and a current collector. There is no particular limitation as long as it can be removed in the heating step after being coated thereon. For example, water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, propanol, butanol and other lower alcohols having a total carbon number of 5 or less, diketones such as acetylacetone, diacetyl, benzoylacetone, ethyl acetoacetate, ethyl pyruvate, ethyl benzoylacetate, benzoyl Examples thereof include ketoesters such as ethyl formate, one kind of solvent such as toluene, or a mixed solvent composed of a combination of two or more of these.

上記電極活物質層形成液は、集電体上に形成が予定される電極活物質層における活物質粒子、金属窒化物前駆体、さらに必要に応じて添加されるその他の添加剤を必要量含まれるように勘案して、これらの配合量が決定される。その際、固形分比は、塗布工程において集電体上への塗布性及び、電極活物質層形成工程における溶媒の除去を勘案し、適宜調整する。一般的には、電極活物質層形成液における固形分比が30〜70wt%となるよう調整される。   The electrode active material layer forming liquid contains necessary amounts of active material particles, metal nitride precursors, and other additives added as necessary in the electrode active material layer that is scheduled to be formed on the current collector. These amounts are determined in consideration of the above. At that time, the solid content ratio is appropriately adjusted in consideration of applicability on the current collector in the coating step and removal of the solvent in the electrode active material layer forming step. Generally, it adjusts so that the solid content ratio in an electrode active material layer forming liquid may be 30-70 wt%.

塗布工程:
次に、以上のとおり調製された電極活物質層形成液を、集電体上に塗布して塗膜を形成する塗布工程について説明する。尚、本発明の製造方法において用いられる集電体は、上記非水電解液二次電池用電極板に用いられる集電体と同様であるため、ここでは割愛する。
Application process:
Next, an application process in which the electrode active material layer forming liquid prepared as described above is applied onto a current collector to form a coating film will be described. The current collector used in the production method of the present invention is the same as the current collector used in the electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and is omitted here.

塗布工程では、電極活物質層形成液の塗布方法として公知の塗布方法であれば、適宜選択して実施することができる。たとえば、印刷法、スピンコート、ディップコート、バーコート、スプレーコート等によって、集電体表面の任意の領域に塗布して塗膜を形成することができる。また、集電体表面が多孔質であったり、凹凸が多数設けられていたり、三次元立体構造を有したりする場合には、上記方法以外に手動で塗布することも可能である。尚、本発明において使用する集電体は、必要に応じて、予めコロナ処理や酸素プラズマ処理等を行うことで、電極活物質層の製膜性をさらに改善することができるため好ましい。 In a coating process, if it is a well-known coating method as a coating method of an electrode active material layer forming liquid, it can select and implement suitably. For example, a coating film can be formed by applying to any region of the current collector surface by printing, spin coating, dip coating, bar coating, spray coating, or the like. In addition, when the current collector surface is porous, has a large number of irregularities, or has a three-dimensional structure, it can be manually applied in addition to the above method. Note that the current collector used in the present invention is preferable because corona treatment, oxygen plasma treatment, and the like can be performed in advance as necessary to further improve the film forming property of the electrode active material layer.

上記電極活物質層形成液の集電体への塗布量は、製造される電極板の用途等に応じて任意に決めることができるが、本発明における電極活物質層は、上述のとおり非常に薄く形成することが可能であるため、薄膜化を図りたい場合には、後述する加熱工程により形成される電極活物質層の厚みが300nm〜11μm程度となるように、薄く塗布することができる。以上の通り、集電体に電極活物質層形成用液を塗布することにより、活物質粒子および、金属窒化物前駆体が少なくとも含有される電極活物質層形成用塗膜(以下、単に「塗膜」という場合がある)が形成される。   The amount of the electrode active material layer forming liquid applied to the current collector can be arbitrarily determined according to the use of the electrode plate to be produced, etc., but the electrode active material layer in the present invention is very Since it can be formed thinly, when it is desired to reduce the film thickness, the electrode active material layer formed by a heating process described later can be thinly applied so that the thickness thereof is about 300 nm to 11 μm. As described above, by applying the electrode active material layer forming liquid to the current collector, the electrode active material layer forming coating film (hereinafter simply referred to as “coating”) containing at least the active material particles and the metal nitride precursor. A film is sometimes formed).

上記塗布工程と、電極活物質層形成工程との間、あるいは、電極活物質層形成工程の後には、さらにプレス工程を実施してもよい。上記プレス工程は、集電体上に形成された上記電極活物質層形成用塗膜を、必要に応じて乾燥させて溶媒を除去し、その後、プレスすることによって実施することができる。したがって、プレス工程後に電極活物質層形成工程を実施する場合には、該電極活物質層形成工程前に予め、塗膜中の溶媒の一部または全部が除去されていてよい。プレス方法は、従来の樹脂製結着材が含まれるスラリー状の電極活物質層形成液を集電体上に塗布して乾燥させ、次いで実施されるプレスと同様の方法で実施することができるが、これに限定されない。このように本発明の製造方法は、プレス工程を実施することによって、最終的に製造される電極板における電極活物質層の空隙率を調整し、また体積当たりのエネルギー密度を増加させることができる。   A pressing step may be further performed between the coating step and the electrode active material layer forming step or after the electrode active material layer forming step. The said press process can be implemented by drying the said coating film for electrode active material layer formation formed on the electrical power collector as needed, removing a solvent, and pressing it after that. Therefore, when performing an electrode active material layer formation process after a press process, a part or all of the solvent in a coating film may be removed beforehand before this electrode active material layer formation process. The pressing method can be carried out in the same manner as the press performed by applying a slurry-like electrode active material layer forming liquid containing a conventional resin binder on the current collector and drying it. However, it is not limited to this. Thus, the manufacturing method of the present invention can adjust the porosity of the electrode active material layer in the finally manufactured electrode plate and increase the energy density per volume by performing the pressing step. .

電極活物質層形成工程:
電極活物質層形成工程は、塗布工程で形成された塗膜から電極活物質層を形成する工程である。たとえば、電極活物質層形成工程の1つの態様としては、上記塗膜中に含有される溶媒を除去するとともに、金属窒化物前駆体を反応させて、結晶性の金属窒化物を生成して結着物質を構成するとともに、該結着物質中に炭素成分を残存させ、該結着物質によって上記活物質粒子を上記集電体上に固着させ、上記集電体上に該結着物質と上記活物質粒子とを含有する電極活物質層を形成する工程であってよい。
Electrode active material layer formation process:
An electrode active material layer formation process is a process of forming an electrode active material layer from the coating film formed at the application | coating process. For example, as one aspect of the electrode active material layer forming step, the solvent contained in the coating film is removed, and the metal nitride precursor is reacted to form crystalline metal nitride. The binder material is constituted, the carbon component is left in the binder material, the active material particles are fixed on the current collector by the binder material, and the binder material and the above-described material are fixed on the current collector. It may be a step of forming an electrode active material layer containing active material particles.

あるいは、塗布工程と上記電極活物質層形成工程との間に、プレス工程などの任意の工程を設け、塗膜中の溶媒を除去した後に、電極活物質層形成工程を実施してもよい。即ち、電極活物質層形成工程は、溶媒の除去された塗膜中に含有される金属窒化物前駆体を反応させて結晶性の金属窒化物を生成して結着物質を構成するとともに、該結着物質中に炭素成分を残存させ、該結着物質によって上記活物質粒子を上記集電体上に固着させ、上記集電体上に該金属窒化物と上記活物質粒子とを含有する電極活物質層を形成する工程であってもよい。   Alternatively, an electrode active material layer forming step may be performed after an arbitrary step such as a pressing step is provided between the coating step and the electrode active material layer forming step and the solvent in the coating film is removed. That is, in the electrode active material layer forming step, the metal nitride precursor contained in the coating film from which the solvent has been removed is reacted to form crystalline metal nitride to form a binder material, and An electrode containing a carbon component remaining in a binder, the active material particles fixed on the current collector by the binder, and the metal nitride and the active material particles on the current collector It may be a step of forming an active material layer.

上記電極活物質層形成工程は、例えば、加熱工程、減圧乾燥工程、減圧加熱工程、あるいはこれらの組み合わせなどが例示されるが、これらに限定されず、集電体上に塗布された電極活物質層形成液により形成された塗膜を電極活物質層として形成可能な手段を実施する工程であればよい。例えば、上記電極活物質層形成工程は、上記塗膜中に含有される溶媒を除去する手段を実施し、次いで金属窒化物前駆体を反応させる手段を実施するなど、2以上の手段を含んでもよい。また任意に選択された手段を実施する電極活物質層形成工程において、結着物質を構成する結晶性の金属窒化物を生成し、且つ、該結着物質中に炭素成分が含有されるように、その実施条件を調整する。   Examples of the electrode active material layer forming step include, but are not limited to, a heating step, a reduced pressure drying step, a reduced pressure heating step, or a combination thereof, and an electrode active material applied on a current collector. What is necessary is just the process of implementing the means which can form the coating film formed with the layer formation liquid as an electrode active material layer. For example, the electrode active material layer forming step may include two or more means such as a means for removing the solvent contained in the coating film and then a means for reacting the metal nitride precursor. Good. In addition, in the electrode active material layer forming step in which an arbitrarily selected means is implemented, a crystalline metal nitride constituting the binder material is generated, and a carbon component is contained in the binder material. , Adjust the implementation conditions.

以下に、上記塗布工程において形成された塗膜から電極活物質層を形成するための電極活物質層形成工程について、加熱手段を実施する加熱工程を例に説明する。加熱工程は、必要に応じて、塗膜中の溶媒を除去し、上記塗膜中に存在する金属窒化物前駆体を加熱して熱分解し、これに含まれる元素を含む、結晶性の金属窒化物を生成することを目的に行われる。   Below, the heating process which implements a heating means is demonstrated to an example about the electrode active material layer formation process for forming an electrode active material layer from the coating film formed in the said application | coating process. In the heating step, if necessary, the solvent in the coating film is removed, the metal nitride precursor present in the coating film is heated and thermally decomposed, and the crystalline metal containing the elements contained therein is included. This is done for the purpose of producing nitride.

加熱方法としては、所望の加熱温度で、塗膜を加熱することができる加熱方法あるいは加熱装置であれば、特に限定されず、適宜選択して実施することができる。具体的な例としては、ホットプレート、オーブン、加熱炉、赤外線ヒーター、ハロゲンヒーター、熱風送風機等のいずれかを使用するか、あるいは2以上を組み合わせて使用する方法を挙げることができる。用いられる集電体が平面状である場合には、加熱工程は、ホットプレート等を使用することが好ましい。尚、ホットプレートを用いて加熱する場合には、塗膜面側が、ホットプレート面と接しない向きに設置して加熱することが好ましい。   The heating method is not particularly limited as long as it is a heating method or a heating apparatus that can heat the coating film at a desired heating temperature, and can be appropriately selected and carried out. Specific examples include a method of using a hot plate, an oven, a heating furnace, an infrared heater, a halogen heater, a hot air blower, or the like, or a combination of two or more. When the current collector to be used is planar, it is preferable to use a hot plate or the like for the heating step. In addition, when heating using a hot plate, it is preferable to install and heat the coating film surface side in a direction not in contact with the hot plate surface.

加熱工程における加熱温度は、金属窒化物前駆体の熱分解開始温度以上であって、生成される金属窒化物が結晶性を示す結晶化温度以上であって、且つ、金属窒化物生成用有機材料あるいは有機物の少なくともいずれかに含有される炭素成分が、金属窒化物を含有して構成される結着物質中に炭素成分として残存可能な温度範囲において決定される。上記加熱温度は、予備的に、使用が予定される金属窒化物前駆体が溶解され、あるいはさらに有機物が添加された溶液を適当な基板上に塗布して加熱し、所望の金属窒化物が生成されているかどうか、該金属窒化物が結晶性であるかどうか、該結着物質中に炭素成分が含有されているかどうかを確認することによって、適宜決定してよい。尚、上記予備試験における加熱は、本製造方法において予定される加熱雰囲気と同様の雰囲気で実施する。   The heating temperature in the heating step is equal to or higher than the thermal decomposition start temperature of the metal nitride precursor, the generated metal nitride is higher than the crystallization temperature at which crystallinity is exhibited, and the organic material for generating metal nitride is used. Alternatively, the carbon component contained in at least one of the organic substances is determined within a temperature range in which the carbon component can remain as a carbon component in a binder material containing a metal nitride. The above heating temperature is preliminarily dissolved in a metal nitride precursor to be used, or a solution to which an organic substance is added is applied on an appropriate substrate and heated to produce a desired metal nitride. It may be determined as appropriate by confirming whether the metal nitride is crystalline, whether the metal nitride is crystalline, and whether a carbon component is contained in the binder. The heating in the preliminary test is performed in an atmosphere similar to the heating atmosphere planned in the manufacturing method.

即ち、本発明において「金属窒化物前駆体の熱分解開始温度」とは、加熱により金属窒化物前駆体が熱分解され、これに含まれる金属元素の窒化が開始する温度、と理解することができる。また、生成される金属窒化物を含有して構成される結着物質中に炭素成分を残存させることができる温度範囲についても、上記予備試験において用いられる溶液に金属窒化物生成有機材料および/または有機物を含有させ、生成される積層膜中に炭素成分が残存しているか否かを確認することによって把握できる。 That is, in the present invention, “the thermal decomposition start temperature of the metal nitride precursor” is understood as the temperature at which the metal nitride precursor is thermally decomposed by heating and the nitridation of the metal element contained therein starts. it can. In addition, regarding the temperature range in which the carbon component can remain in the binder material containing the generated metal nitride, the metal nitride-forming organic material and / or the solution used in the preliminary test is also used. It can be grasped by confirming whether or not carbon components remain in the produced laminated film by containing an organic substance.

また、本発明において「結晶化温度」というときには、電極活物質層形成液中に含有される金属窒化物前駆体等から、金属窒化物が生成された後、当該金属窒化物が結晶化する温度を意味する。当該結晶化温度において金属窒化物は結晶化し、当該温度を上回ると結晶化度が増大するが、本発明において「結晶化」というときには、結晶化度によらず、X線回折装置において結晶状態を示すピークが確認される場合をいう。   In the present invention, the “crystallization temperature” refers to a temperature at which the metal nitride is crystallized after the metal nitride is generated from the metal nitride precursor or the like contained in the electrode active material layer forming liquid. Means. The metal nitride crystallizes at the crystallization temperature, and the crystallinity increases when the temperature is exceeded. However, in the present invention, the term “crystallization” refers to the crystal state in the X-ray diffractometer regardless of the crystallinity. This refers to the case where the peak shown is confirmed.

本発明における「結晶化温度」は、金属窒化物の固有の結晶化温度とは必ずしも一致するとは限らず、電極活物質層形成液中の状態により、これらの固有の結晶化温度と若干相違する場合がある。したがって、この点を勘案し、予め、電極活物質層形成用塗膜中における金属窒化物の結晶化温度を確認しておくことが望ましい。   The “crystallization temperature” in the present invention does not necessarily match the intrinsic crystallization temperature of the metal nitride, and differs slightly from these intrinsic crystallization temperatures depending on the state in the electrode active material layer forming liquid. There is a case. Therefore, in consideration of this point, it is desirable to confirm the crystallization temperature of the metal nitride in the electrode active material layer-forming coating film in advance.

一方、上記加熱温度が、生成される金属窒化物の「結晶化温度未満」とは、集電体上に形成される電極活物質層中に含有される金属窒化物が、非晶質の状態で存在することを可能とする温度である。当該温度は、予備的に、金属窒化物前駆体が配合される溶液を基板上に塗布し、金属窒化物前駆体の熱分解開始温度以上の温度で加熱し、基板上に金属窒化物からなる膜を形成し、当該膜を削って試料とし、X線回折装置を用いて、その結晶性について評価し、結晶のピークが確認されなければ、結晶化温度未満の温度で加熱された、と理解することができる。   On the other hand, the above-mentioned heating temperature is “below the crystallization temperature” of the metal nitride produced means that the metal nitride contained in the electrode active material layer formed on the current collector is in an amorphous state. It is a temperature that allows it to exist at. The temperature is preliminarily applied on the substrate with a solution containing the metal nitride precursor, heated at a temperature equal to or higher than the thermal decomposition start temperature of the metal nitride precursor, and made of metal nitride on the substrate. Form a film, scrape the film into a sample, evaluate the crystallinity using an X-ray diffractometer, and understand that if the crystal peak is not confirmed, it was heated at a temperature below the crystallization temperature. can do.

ここで一般的に、結晶性の金属窒化物を生成する場合には、少なくとも約900℃以上の温度で上記塗膜を加熱する必要がある。これに対し、本発明の製造方法は、800℃以下、さらには600℃以下、特には、400℃以下という低い加熱温度においても、結晶性の金属窒化物が生成されるのは、本発明の製造方法の特徴的な点の1つといえる。特に、加熱温度を400℃以下で実施することにより、集電体の選択範囲が広がり、種々の集電体上に電極活物質層を直接に形成することができる点、および、実施温度が低いということによりコストメリットが向上する点など種々の効果が発揮されるため、好ましい。尚、上記結晶性の金属窒化物には、微結晶状態のものも含まれる。   Here, generally, when producing crystalline metal nitride, it is necessary to heat the coating film at a temperature of at least about 900 ° C. or higher. On the other hand, in the production method of the present invention, crystalline metal nitride is produced even at a low heating temperature of 800 ° C. or lower, further 600 ° C. or lower, particularly 400 ° C. or lower. This is one of the characteristic points of the manufacturing method. In particular, when the heating temperature is 400 ° C. or lower, the selection range of the current collector is widened, the electrode active material layer can be directly formed on various current collectors, and the working temperature is low. This is preferable because various effects such as an improvement in cost merit are exhibited. The crystalline metal nitride includes a microcrystalline state.

上記加熱工程において、加熱温度を決定する際には、さらに用いられる集電体、活物質粒子、導電材などの耐熱性、および加熱雰囲気を充分勘案することが望ましい。たとえば、一般的に電極板の集電体として用いられる銅箔の耐熱温度は、酸素雰囲気中では酸化してしまうので200℃前後であり、不活性ガス雰囲気であれば1080℃前後であり、あるいはアルミ箔の耐熱温度は、660℃前後であるため、上記耐熱温度を超える場合には、集電体が損傷するおそれがあるからである。   In determining the heating temperature in the heating step, it is desirable to sufficiently take into account the heat resistance of the current collector, active material particles, conductive material, and the like used, and the heating atmosphere. For example, the heat resistant temperature of a copper foil generally used as a current collector for an electrode plate is about 200 ° C. because it is oxidized in an oxygen atmosphere, and about 1080 ° C. if it is an inert gas atmosphere, or This is because the heat resistance temperature of the aluminum foil is around 660 ° C., and therefore the current collector may be damaged when the heat resistance temperature is exceeded.

尚、本発明における加熱工程における加熱雰囲気は特に限定されないが、アルゴンガス、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気、水素ガス、一酸化炭素ガスなどの還元ガス雰囲気、アンモニアガス雰囲気などを、適宜選択することができる。また任意に選択された2以上のガスからなる混合ガスであってもよい。特に、金属窒化物を生成するにあたり、加熱雰囲気に含まれる酸素量が200ppm以下、さらには100ppm以下であることが好ましく、加熱雰囲気中に、アンモニアガスが含有されていることがより好ましい。たとえば、適切な加熱雰囲気下において、加熱分解された金属窒化物前駆体の構成元素の少なくとも一部を雰囲気中における窒素により窒化させて金属窒化物が生成される。別の例としては、不活性ガス雰囲気下で加熱工程を実施し、金属窒化物前駆体中に含有される窒素成分により金属窒化物が生成される。   The heating atmosphere in the heating step in the present invention is not particularly limited, but an inert gas atmosphere such as argon gas and nitrogen gas, a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas and carbon monoxide gas, an ammonia gas atmosphere, and the like are appropriately selected. be able to. Moreover, the mixed gas which consists of two or more gas selected arbitrarily may be sufficient. In particular, when the metal nitride is generated, the amount of oxygen contained in the heating atmosphere is preferably 200 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, and more preferably ammonia gas is contained in the heating atmosphere. For example, in an appropriate heating atmosphere, at least a part of the constituent elements of the thermally decomposed metal nitride precursor is nitrided with nitrogen in the atmosphere to generate a metal nitride. As another example, a heating step is performed under an inert gas atmosphere, and a metal nitride is generated by a nitrogen component contained in the metal nitride precursor.

本発明の電極板は、上述のとおり製造された電極活物質層に、さらに樹脂成分を含有させてもよい。電極活物質層にさらに樹脂成分を含有させる方法は、例えば、樹脂混合液を、電極活物質層の表面に塗布し、あるいは、樹脂混合液槽に電極板を浸漬させて、該樹脂混合液を電極活物質層の空隙に浸透させ、次いで、乾燥させることによって、電極活物質層に含浸する上記樹脂混合液の溶媒を除去し、樹脂成分だけを、電極活物質層の内部に残存させる方法が挙げられる。このように、電極活物質層中に樹脂成分を含有する本発明の電極板であれば、樹脂成分の存在により、電極板の曲げ耐性が向上し、加工特性を向上させることが可能である。また、特に上記樹脂成分が、従来使用されていた樹脂製結着材である場合には、集電体に対する電極活物質層の膜密着性をより向上させることが可能である。   The electrode plate of the present invention may further contain a resin component in the electrode active material layer produced as described above. For example, the electrode active material layer may further contain a resin component by, for example, applying a resin mixed solution to the surface of the electrode active material layer or immersing an electrode plate in a resin mixed solution tank, A method of removing the solvent of the resin mixed solution impregnated in the electrode active material layer by infiltrating the gaps in the electrode active material layer and then drying, leaving only the resin component inside the electrode active material layer. Can be mentioned. Thus, if it is the electrode plate of this invention which contains a resin component in an electrode active material layer, the bending tolerance of an electrode plate will improve by presence of a resin component, and it can improve a process characteristic. In particular, when the resin component is a conventionally used resin binder, the film adhesion of the electrode active material layer to the current collector can be further improved.

上記樹脂混合液に含まれる樹脂材料として、例えば、PVDFなどの従来の樹脂製結着材、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメトキシセルロース(CMC)や、上記粘度調整剤に挙げるものなどを選択することができるが、これに限定されない。また上記樹脂材料は、電極活物質層における空隙内に浸透可能なサイズを適宜選択する。また、樹脂混合液の溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロパノール、ブタノール等の総炭素数が5以下の低級アルコール、アセチルアセトン、ジアセチル、ベンゾイルアセトン等のジケトン類、アセト酢酸エチル、ピルビン酸エチル、ベンゾイル酢酸エチル、ベンゾイル蟻酸エチル等のケトエステル類、Nーメチルピロリドン(NMP)などのピロリドン類、トルエン、およびこれらの混合溶媒、水等などを用いることができ、該溶媒に、樹脂材料を混合させて、樹脂混合液を調製することができる。   As the resin material contained in the resin mixed solution, for example, a conventional resin binder such as PVDF, styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethoxy cellulose (CMC), or those listed in the viscosity modifier are selected. However, the present invention is not limited to this. The resin material is appropriately selected to have a size that can penetrate into the voids in the electrode active material layer. Examples of the solvent for the resin mixture include lower alcohols having a total carbon number of 5 or less such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, propanol, and butanol, diketones such as acetylacetone, diacetyl, and benzoylacetone, ethyl acetoacetate, and pyrubin. Ketoesters such as ethyl acetate, ethyl benzoylacetate and ethyl benzoylformate, pyrrolidones such as N-methylpyrrolidone (NMP), toluene, a mixed solvent thereof, water, and the like can be used. Can be mixed to prepare a resin mixed solution.

電極活物質層中に含有される樹脂成分の量は、電極板の出入力性能を低下させない程度に調整することが望ましい。即ち、樹脂材料が電極活物質層に含有される本発明の電極板を製造する際には、本発明で特定される細孔径、あるいは空隙率が確保される量となるよう調整する。   The amount of the resin component contained in the electrode active material layer is desirably adjusted to such an extent that the input / output performance of the electrode plate is not deteriorated. That is, when manufacturing the electrode plate of the present invention in which the resin material is contained in the electrode active material layer, the pore diameter or porosity specified in the present invention is adjusted to an amount that can be ensured.

[非水電解液二次電池]
本発明の非水電解液二次電池は、一般的には、図2に例示するように、集電体55の一方面側に電極活物質層54が設けられてなる正極板50及びこれに組み合わされる集電体1の一方面側に電極活物質層2が設けられてなる電極板10(即ち、図2中、電極板10は負極板である)と、これらの間にポリエチレン製多孔質フィルムのようなセパレータ70とが設けられる。そして、これらが外装81、82内に収納され、且つ、外装81、82内に非水電解液90が充填された状態で密封されて製造されて、非水電解液二次電池100が構成される。
[Nonaqueous electrolyte secondary battery]
In general, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode plate 50 in which an electrode active material layer 54 is provided on one surface side of a current collector 55, as illustrated in FIG. An electrode plate 10 in which the electrode active material layer 2 is provided on one side of the current collector 1 to be combined (that is, the electrode plate 10 is a negative electrode plate in FIG. 2), and a polyethylene porous material between them. A separator 70 such as a film is provided. These are housed in the outer casings 81 and 82 and sealed and manufactured in a state where the outer casings 81 and 82 are filled with the non-aqueous electrolyte 90, thereby forming the non-aqueous electrolyte secondary battery 100. The

(電極板)
本発明の非水電解液二次電池は、特に、正極板及び負極板の少なくとも一方として、上述する本発明の非水電解液二次電池用電極板を用いることを特徴とする。
(Electrode plate)
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is characterized in that, in particular, the electrode plate for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention described above is used as at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate.

特に、従来、負極板が炭素質材料より構成される場合には、これにあわせて正極板の導電性を上げるために正極板に導電材料を多量に添加することが一般的であったが、このために正極板の空隙率が低下し、電解液の浸透性が低下することにより電池の出力を増大させることが困難であった。しかしながら本発明の電極板は高出入力可能な電極板であるので、これを正極板として用いた場合には、従来のように導電材を多量に用いることなく、あるいは導電材を全く用いることなく、良好な導電性及び高出入力化を可能とする。   In particular, conventionally, when the negative electrode plate is composed of a carbonaceous material, it has been common to add a large amount of conductive material to the positive electrode plate in order to increase the conductivity of the positive electrode plate accordingly. For this reason, the porosity of the positive electrode plate is lowered, and the permeability of the electrolytic solution is lowered, so that it is difficult to increase the output of the battery. However, since the electrode plate of the present invention is an electrode plate capable of high input / output, when this is used as a positive electrode plate, a large amount of conductive material is not used as in the prior art, or no conductive material is used at all. Good electrical conductivity and high input / output can be achieved.

また非水電解液二次電池は、負極板に用いられる負極活物質として、グラファイトなどの炭素質材料ではなく、金属リチウム及びその合金、スズ、シリコン、及びそれらの合金等、リチウムイオンを挿入脱離可能な材料を用い、負極板を構成する態様も含む。かかる態様の電池においては、本発明の電極板を負極として積極的に使用して、非水電解液二次電池を製造することができる。   In addition, non-aqueous electrolyte secondary batteries do not insert and remove lithium ions such as metallic lithium and its alloys, tin, silicon, and their alloys as a negative electrode active material used for the negative electrode plate, rather than carbonaceous materials such as graphite. The aspect which comprises a negative electrode plate using the material which can be separated is also included. In such a battery, a nonaqueous electrolyte secondary battery can be produced by positively using the electrode plate of the present invention as a negative electrode.

また本発明の電極板を、正極板および負極板の両方に用いて非水電解液二次電池を構成することもできる。   Moreover, a nonaqueous electrolyte secondary battery can also be comprised using the electrode plate of this invention for both a positive electrode plate and a negative electrode plate.

尚、本発明の非水電解液二次電池において、正極板または負極板のいずれか一方において、本発明の電極板を用いる場合には、他方の電極板は、非水電解液二次電池において使用される従来公知の電極板を適宜使用することができる。   In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, when the electrode plate of the present invention is used in either the positive electrode plate or the negative electrode plate, the other electrode plate is used in the nonaqueous electrolyte secondary battery. The conventionally well-known electrode plate used can be used suitably.

従来公知の正極板としては、一般的には本発明の電極板において用いられる集電体と同様の集電体表面上の少なくとも一部に、正極活物質粒子、導電材、樹脂製結着材などが添加された正極活物質層形成液を塗布して、乾燥し、必要に応じてプレスすることにより形成されたものが使用される。   As a conventionally well-known positive electrode plate, in general, at least part of the current collector surface similar to the current collector used in the electrode plate of the present invention, positive electrode active material particles, conductive material, resin binder A positive electrode active material layer-forming solution to which is added is applied, dried, and pressed as necessary.

一方、従来公知の負極板としては、集電体として厚み5〜50μm程度の電解銅箔や圧延銅箔等の銅箔を用い、上記集電体表面の少なくとも一部に、負極活物質層形成液を塗布して、乾燥し、必要に応じてプレスすることにより形成されたものが使用される。上記負極活物質層形成液には、一般的に、天然グラファイト、人造グラファイト、アモルファス炭素、カーボンブラック、またはこれらの成分に異種元素を添加したもののような炭素質材料からなる活物質粒子、あるいは、金属リチウム及びその合金、スズ、シリコン、及びそれらの合金等の、リチウムイオン挿入脱離可能な材料などからなる活物質粒子、および樹脂製結着材、必要に応じて導電材などの他の添加剤が混合されることが一般的である。   On the other hand, as a conventionally known negative electrode plate, a copper foil such as an electrolytic copper foil or a rolled copper foil having a thickness of about 5 to 50 μm is used as a current collector, and a negative electrode active material layer is formed on at least a part of the current collector surface. What was formed by apply | coating a liquid, drying, and pressing as needed is used. In the negative electrode active material layer forming liquid, generally active material particles made of carbonaceous material such as natural graphite, artificial graphite, amorphous carbon, carbon black, or those obtained by adding different elements to these components, or Active material particles made of lithium ion insertion / desorption materials such as metallic lithium and alloys thereof, tin, silicon, and alloys thereof, and other additives such as resin binders and conductive materials as required It is common for agents to be mixed.

(非水電解液)
本発明に用いられる非水電解液は、一般的に、非水電解液二次電池用の非水電解液として用いられるものであれば、特に限定されないが、リチウム塩を有機溶媒に溶解させた非水電解液が好ましく用いられる。
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte used in the present invention is not particularly limited as long as it is generally used as a non-aqueous electrolyte for a non-aqueous electrolyte secondary battery, but a lithium salt is dissolved in an organic solvent. A non-aqueous electrolyte is preferably used.

上記リチウム塩の例としては、LiClO、LiBF、LiPF、LiAsF、LiCl、及びLiBr等の無機リチウム塩;LiB(C、LiN(SOCF、LiC(SOCF、LiOSOCF、LiOSO、LiOSO、LiOSO11、LiOSO13、及びLiOSO15等の有機リチウム塩;等が代表的に挙げられる。 Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCl, and LiBr; LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiC ( Organic compounds such as SO 2 CF 3 ) 3 , LiOSO 2 CF 3 , LiOSO 2 C 2 F 5 , LiOSO 2 C 4 F 9 , LiOSO 2 C 5 F 11 , LiOSO 2 C 6 F 13 , and LiOSO 2 C 7 F 15 Typical examples include lithium salts.

リチウム塩の溶解に用いられる有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状エステル類、テトラヒドロフラン、アルキルテトラヒドロフランなどの環状エーテル類、及び1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタンなどの鎖状エーテル類等が挙げられるが、これに限定されない。   Examples of the organic solvent used for dissolving the lithium salt include cyclic esters such as propylene carbonate and butylene carbonate, chain esters such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate, cyclic ethers such as tetrahydrofuran and alkyltetrahydrofuran, and 1,2- Examples include, but are not limited to, chain ethers such as dimethoxyethane and 1,2-diethoxyethane.

上記正極板、負極板、セパレータ、非水電解液を用いて製造される本発明の非水電解液二次電池の構造は、従来公知の構造を適宜選択して採用することができる。例えば、正極板及び負極板を、ポリエチレン製多孔質フィルムのようなセパレータを介して渦巻状に巻き回して、電池容器内に収納する構造が挙げられる。また別の態様としては、所定の形状に切り出した正極板及び負極板がセパレータを介して積層されて固定され、これを電池容器内に収納する構造を採用してもよい。いずれの構造においても、例えば、正極板及び負極板を電池容器内に収納後、正極板に取り付けられたリード線を外装容器に設けられた正極端子に接続し、一方、負極板に取り付けられたリード線を外装容器内に設けられた負極端子に接続し、さらに電池容器内に非水電化液を充填した後、密閉することによって非水電解液二次電池を製造することができる。   As the structure of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention produced using the positive electrode plate, the negative electrode plate, the separator, and the non-aqueous electrolyte solution, a conventionally known structure can be appropriately selected and employed. For example, the structure which winds a positive electrode plate and a negative electrode plate in the shape of a spiral via the separator like a polyethylene porous film, and accommodates in a battery container is mentioned. As another aspect, a structure may be employed in which a positive electrode plate and a negative electrode plate cut into a predetermined shape are stacked and fixed via a separator, and are accommodated in a battery container. In any structure, for example, after the positive electrode plate and the negative electrode plate are accommodated in the battery container, the lead wire attached to the positive electrode plate is connected to the positive electrode terminal provided in the outer container, while being attached to the negative electrode plate. A non-aqueous electrolyte secondary battery can be manufactured by connecting the lead wire to a negative electrode terminal provided in the outer container, and further filling the battery container with a non-aqueous electrification solution and then sealing it.

本発明の電極板を正極板および/または負極板として用いる非水電解液二次電池は、所謂、電池パックに用いられる非水電解液二次電池として使用することができる。即ち、本発明の電池パックは、本発明の電極板を正極板および/または負極板として用い、且つ、正極端子および負極端子を備える非水電解液二次電池と過放電保護機能を有する保護回路とが収納ケースに収納されて構成される。本発明の電池パックは、例えば、過充電、過放電、過電流、電池周辺回路の短絡、正負電極間の短絡などから電池を保護するための保護機能を非水電解液二次電池自体に装備するとともに、過充電や過放電を防止するための保護回路を該非水電解液二次電池と共に収納ケースに収容して一体化されてなる電池パックであってよい。本発明の電池パックは、ノートパソコン、カメラ、携帯電話等の携帯機器など、装置の規模に対して消費電力が大きい装置の電池電源装置として好適に使用することができる。   The nonaqueous electrolyte secondary battery using the electrode plate of the present invention as a positive electrode plate and / or a negative electrode plate can be used as a so-called nonaqueous electrolyte secondary battery used in a battery pack. That is, the battery pack of the present invention uses the electrode plate of the present invention as a positive electrode plate and / or a negative electrode plate, and includes a nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and a protection circuit having an overdischarge protection function Are housed in a storage case. The battery pack of the present invention is equipped with a protection function for protecting the battery from, for example, overcharge, overdischarge, overcurrent, a short circuit of the battery peripheral circuit, a short circuit between the positive and negative electrodes, etc., in the nonaqueous electrolyte secondary battery itself. In addition, it may be a battery pack in which a protection circuit for preventing overcharge and overdischarge is housed and integrated in a storage case together with the non-aqueous electrolyte secondary battery. The battery pack of the present invention can be suitably used as a battery power supply device for a device that consumes a large amount of power relative to the scale of the device, such as a portable device such as a notebook computer, a camera, or a mobile phone.

図3に、本発明の電池パックの一態様として、本発明の電極板が用いられて構成されるリチウムイオン二次電池31を用いた本発明の電池パック30の概略分解図を示す。電池パック30は、リチウムイオン二次電池31が樹脂容器36a、樹脂容器36b、および端部ケース37に収納されて構成される。このとき、リチウムイオン二次電池31の一端面であって、正極端子32および負極端子33を備える面と、端部ケース37との間には、過充電や過放電を防止するための保護回路基板34が、設けられる。保護回路基板34は、外部接続コネクタ35を備えており、外部接続コネクタ35は、樹脂容器36aに設けられた外部接続用窓38aおよび、端部ケース37に設けられた外部接続用窓38bに挿入され、外部端子と接続される。また、保護回路基板に34には、図示しない、充放電を制御するための充放電安全回路、外部接続端子とリチウムイオン二次電池31とを導通させるための配線回路などが搭載されている。尚、電池パック30は、本発明の電極板が用いられたリチウムイオン二次電池31を用いること以外は、従来公知の電池パックの構成を適宜採用することができる。図示省略するが、電池パック30は、リチウムイオン二次電池31と端部ケース37との間に、正極端子32と接続する正極リード板、負極端子33と接続する負極リード板、絶縁体などを、適宜備えてよい。   FIG. 3 shows a schematic exploded view of a battery pack 30 of the present invention using a lithium ion secondary battery 31 configured using the electrode plate of the present invention as an embodiment of the battery pack of the present invention. The battery pack 30 includes a lithium ion secondary battery 31 housed in a resin container 36a, a resin container 36b, and an end case 37. At this time, a protection circuit for preventing overcharge and overdischarge between one end face of the lithium ion secondary battery 31 and a face including the positive electrode terminal 32 and the negative electrode terminal 33 and the end case 37. A substrate 34 is provided. The protection circuit board 34 includes an external connection connector 35. The external connection connector 35 is inserted into an external connection window 38a provided in the resin container 36a and an external connection window 38b provided in the end case 37. Connected to an external terminal. The protection circuit board 34 includes a charge / discharge safety circuit (not shown) for controlling charge / discharge, a wiring circuit for connecting the external connection terminal and the lithium ion secondary battery 31, and the like. In addition, the battery pack 30 can employ | adopt the structure of a conventionally well-known battery pack suitably except using the lithium ion secondary battery 31 in which the electrode plate of this invention was used. Although not shown, the battery pack 30 includes a positive electrode lead plate connected to the positive electrode terminal 32, a negative electrode lead plate connected to the negative electrode terminal 33, an insulator, and the like between the lithium ion secondary battery 31 and the end case 37. , May be provided as appropriate.

尚、本発明の電極板を用いた本発明の非水電解液二次電池は、電池パックへの使用態様以外に、上記保護回路に、さらに、過大電流の遮断、電池温度モニター等の機能を備え、且つ、該保護回路を二次電池自体に一体化させて取り付けられる態様に用いられてもよい。かかる態様では、電池パックを構成することなく、保護機能および保護回路を備える二次電池として使用することができ、汎用性が高い。尚、上述するいくつかの態様は、例示に過ぎず、本発明の電極板、あるいは本発明の非水電解液二次電池の使用を何ら限定するものではない。   In addition, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention using the electrode plate of the present invention has functions such as overcurrent blocking and battery temperature monitoring in addition to the above-described protection circuit, in addition to the usage mode for battery packs. And the protection circuit may be used by being integrated with the secondary battery itself. In such an embodiment, the battery pack can be used as a secondary battery having a protection function and a protection circuit without constituting a battery pack, and is highly versatile. In addition, some aspects mentioned above are only illustrations, and do not limit use of the electrode plate of this invention, or the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention at all.

(実施例1)
有機物であるポリエチレンオキサイド1gをメタノール9gに添加し、金属窒化物前駆体として、金属窒化物前駆体であるチタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)((株)マツモト交商社製、TC−750)5.0gを混合させ、金属窒化物を生成する原料液とした。次いで、上記原料液に、平均粒径4μmの負極活物質粒子であるグラファイト7gを混合させ、エクセルオートホモジナイザー(株式会社日本精機製作所)で7000rpmの回転数で20分間混練することによって電極活物質層形成液を調製した。
Example 1
Polyethylene oxide 1 g which is an organic substance is added to 9 g of methanol, and titanium diisopropoxybis (ethylacetoacetate) which is a metal nitride precursor (manufactured by Matsumoto Co., Ltd., TC-750) as a metal nitride precursor. 5.0 g was mixed to obtain a raw material liquid for producing metal nitride. Next, 7 g of graphite as negative electrode active material particles having an average particle diameter of 4 μm is mixed with the above raw material liquid, and the mixture is kneaded with an Excel auto homogenizer (Nihon Seiki Seisakusho Co., Ltd.) at a rotation speed of 7000 rpm for 20 minutes. A forming solution was prepared.

集電体として厚さ10μmの銅板を準備し、最終的に得られる電極活物質層の重さが15g/mとなる量で、当該集電体の一面側に上記にて調製した電極活物質層形成液をアプリケーターで塗布して電極活物質層形成用塗膜を形成した。
次に、表面に電極活物質層形成用塗膜が形成された集電体を、アンモニアガス10%と窒素ガス90%とからなる混合ガス雰囲気下の電気炉(ガス置換炉 光洋サーモシステム社製)内に設置し、1時間かけて600℃まで加熱し、その後、600℃に温度を維持したまま10分間加熱し、集電体上に金属窒化物と負極活物質粒子を含む負極活物質層として適切な電極活物質層が積層された本発明の非水電解液二次電池用負極板を得た。そして上記負極板を室温になるまで放置した後に大気開放して取り出し、所定の大きさ(直径15mmの円板)に裁断し、実施例1とした。尚、マイクロメーターを用いて電極活物質層の厚みを、任意の箇所で10点測定し、平均値を算出したところ、28μmであった。
A copper plate having a thickness of 10 μm is prepared as a current collector, and the electrode active material layer prepared as described above is provided on one side of the current collector in an amount such that the weight of the finally obtained electrode active material layer is 15 g / m 2. The material layer forming liquid was applied with an applicator to form an electrode active material layer forming coating film.
Next, the current collector with the electrode active material layer-forming coating film formed on the surface was placed in an electric furnace (gas replacement furnace manufactured by Koyo Thermo Systems Co., Ltd.) in a mixed gas atmosphere consisting of 10% ammonia gas and 90% nitrogen gas. ) And heated to 600 ° C. over 1 hour, and then heated for 10 minutes while maintaining the temperature at 600 ° C., and a negative electrode active material layer containing metal nitride and negative electrode active material particles on the current collector As a result, a negative electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention in which an appropriate electrode active material layer was laminated was obtained. Then, the negative electrode plate was allowed to stand until it reached room temperature, then opened to the atmosphere, taken out, and cut into a predetermined size (a disk having a diameter of 15 mm) to obtain Example 1. In addition, it was 28 micrometers when the thickness of the electrode active material layer was measured 10 points | pieces in arbitrary places using the micrometer, and the average value was computed.

膜形成性の確認:
尚、実施例1を作成するにあたり、上述で得られた非水電解液二次電池用負極板を所望のサイズの円板形状に繰り抜く加工を行ったが、当該加工作業において、電極活物質層が剥離するなどの不具合なく、作用極を形成することができた。このことから、電極活物質層の膜形成性が良好であることを確認した。
以下に示す実施例および比較例においても、膜形成性が良好であるとは、上述するように、不具合なく電極板を円板上に繰り抜く加工ができた場合を意味する。一方、上記繰り抜き加工において電極活物質層の一部が剥がれたり、あるいは電極活物質が集電体上から落下して三極式コインセルの作用極として使用に耐える円板が形成されなかった場合には、電極活物質層の膜形成性が不良であると評価するものとする。
Confirmation of film formation:
In preparing Example 1, the negative electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained above was processed into a disk shape having a desired size. In this processing operation, an electrode active material was used. The working electrode could be formed without problems such as peeling of the layers. From this, it was confirmed that the film forming property of the electrode active material layer was good.
Also in the examples and comparative examples described below, the film forming property is good means that the electrode plate can be pulled out on the disc without any trouble as described above. On the other hand, when a part of the electrode active material layer is peeled off in the above-mentioned punching process, or the electrode active material falls from the current collector and a disc that can be used as a working electrode of a tripolar coin cell is not formed. It is assumed that the film forming property of the electrode active material layer is poor.

密着性評価:
集電体への電極活物質層の密着性を以下のとおり評価した。即ち、得られた実施例1の電極活物質層表面にセロハンテープ(「CT24」ニチバン(株)製)を用い、指の腹でフィルムに密着させた。次いで、これをはがした後の電極活物質層表面を観察し、以下のとおり評価した。結果は表2に示す。
電極活物質層の剥がれが全く観察されなかった・・・・・○
電極活物質層の表面の一部が凝集破壊し、セロテープ側に張り付いたが、集電体表面が露出することはなかった・・・・・・・・・・・・・・・△
電極活物質層一部が凝集破壊し、セロテープ側に張り付き、集電体表面の一部が露出した・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・×
Adhesion evaluation:
The adhesion of the electrode active material layer to the current collector was evaluated as follows. That is, cellophane tape (“CT24” manufactured by Nichiban Co., Ltd.) was used on the surface of the obtained electrode active material layer of Example 1, and was adhered to the film with the finger pad. Subsequently, the electrode active material layer surface after peeling this off was observed and evaluated as follows. The results are shown in Table 2.
No peeling of the electrode active material layer was observed ...
Part of the surface of the electrode active material layer was coherently broken and stuck to the cello tape side, but the current collector surface was not exposed.
Part of the electrode active material layer was agglomerated and stuck to the cello tape side, and a part of the current collector surface was exposed ...・ ×

組成分析試験:
次に、実施例1における電極活物質層を削って、試料1を得た。そして試料1を用いて、X線光電子分光法(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)によって組成分析を実施したところ、Ti元素が14Atomic%、C元素が59Atomic%、O元素が12Atomic%、N元素が15Atomic%、が検出された。以上の結果、電極活物質層形成用塗膜中に含有されていたチタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)が、熱分解されて窒化チタンが生成されたことが確認された。
Composition analysis test:
Next, the electrode active material layer in Example 1 was shaved to obtain Sample 1. Then, composition analysis was performed by X-ray photoelectron spectroscopy (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) using Sample 1. As a result, Ti element was 14 atomic%, C element was 59 atomic%, O element was 12 atomic%, and N element was 15 atomic%. , Was detected. As a result, it was confirmed that titanium diisopropoxybis (ethylacetoacetate) contained in the electrode active material layer forming coating film was thermally decomposed to produce titanium nitride.

結晶性評価:
また試料1を用いてX線回折装置で、その結晶性を評価したところ、電極活物質層中に含有される金属窒化物は結晶性であることがわかった。尚、参考に、上記金属窒化物を生成する原料液をガラス板にミヤバー4番で塗布し、実施例1作成時と同じ加熱条件で加熱し、得られた積層膜を削りとり、X線回折装置を用いてその結晶性を評価した。原料液中の窒化チタンのX線回折結果であり、ピークが確認されないことより、該窒化チタンが結晶性であることが確認された。
Crystallinity evaluation:
Moreover, when the crystallinity was evaluated with the X-ray-diffraction apparatus using the sample 1, it turned out that the metal nitride contained in an electrode active material layer is crystalline. For reference, the raw material liquid for producing the metal nitride is applied to a glass plate with a Miyabar No. 4 and heated under the same heating conditions as in Example 1, and the resulting laminated film is scraped off to obtain X-ray diffraction. The crystallinity was evaluated using an apparatus. It is an X-ray diffraction result of titanium nitride in the raw material liquid. Since no peak is confirmed, it was confirmed that the titanium nitride is crystalline.

結着物質中における炭素成分の確認:
生成された窒化チタン構成される結着物質中における導電材とは区別される炭素成分を、上述するSTEM法により以下のとおり確認した。まず、実施例1を集電体面に対し略垂直に切断し、電極活物質層の厚み方向の断面をSTEM法により、炭素元素マッピングにより炭素成分の着色領域を観察したところ、炭素成分を含む粒子径が15nm程度の粒子が、結着物質中に存在することが確認された。かかる炭素成分を示す着色領域は、公知のグラファイト粒子や導電材粒子を示す着色領域に比べて著しく小さく、これによって、導電材とは区別される炭素成分が結着物質中に存在することを確認した。
Confirmation of carbon components in the binder:
The carbon component distinguished from the conductive material in the produced binder material composed of titanium nitride was confirmed by the STEM method as described below. First, Example 1 was cut substantially perpendicularly to the current collector surface, and the cross section in the thickness direction of the electrode active material layer was observed by the STEM method to observe the colored region of the carbon component by carbon element mapping. It was confirmed that particles having a diameter of about 15 nm were present in the binder. The colored region showing such a carbon component is significantly smaller than the colored region showing known graphite particles and conductive material particles, thereby confirming that a carbon component distinct from the conductive material is present in the binder. did.

加工特性評価(曲げ評価):
実施例1の加工特性を、JIS K 5600−5−1に基づく、円筒形マンドレル法の曲げ試験に評価した。実施例1を、電極活物質層面が外側に折り曲げられるよう向きで試験板に挟み、試験板の両端を固定し、2秒間かけて一律速度で均一に角度180度に折り曲げて、円筒形マンドレル法の曲げ試験を行った後、試験板から取り出した実施例1の電極活物質層面を目視で観察し、以下のとおりに評価した。尚、本加工特性評価は、マンドレル法曲げ試験機(型番 REF802 SEPRO製)を用いて実施した。
電極活物質層面の膜割れ、および、集電体からの剥離が認められなかった・・・・◎
若干の電極活物質層面の膜割れ、または、集電体からの剥離が認められたが負極板としての使用に問題がなかった・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・○
電極活物質層面の膜割れ、または、集電体からの剥離が認められ負極板として使用できなかった・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・×
Machining characteristics evaluation (bending evaluation):
The processing characteristics of Example 1 were evaluated by a cylindrical mandrel method bending test based on JIS K 5600-5-1. Example 1 is sandwiched between test plates in such a direction that the electrode active material layer surface is bent outward, both ends of the test plate are fixed, and uniformly bent at an angle of 180 degrees at a uniform speed over 2 seconds. After performing the bending test, the electrode active material layer surface of Example 1 taken out from the test plate was visually observed and evaluated as follows. In addition, this processing characteristic evaluation was implemented using the mandrel method bending test machine (made by model number REF802 SEPRO).
No film cracking on the surface of the electrode active material layer, and no peeling from the current collector ...
Some film cracking of the electrode active material layer surface or peeling from the current collector was observed, but there was no problem in use as a negative electrode plate ... ...
Could not be used as a negative electrode plate due to film cracking on the electrode active material layer surface or peeling from the current collector ...・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ×

塗工適性評価:
電極活物質層形成液の集電体への塗工適性について、塗布工程実施後、集電体上に形成された塗膜表面を目視で観察し、以下のとおり評価した。
塗膜表面が均一であった・・・・・・・・・・・・・・・◎
塗膜表面の一部に若干の凹凸が確認された・・・・・・・○
塗膜表面に、スジ、または塗りムラが確認された・・・・△
塗膜表面に、負極板として使用不可能な程度の明らかなスジ、または塗りムラが確認された・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・×
Coating suitability evaluation:
About the applicability of the electrode active material layer forming liquid to the current collector, the surface of the coating film formed on the current collector was visually observed after the coating process, and evaluated as follows.
The surface of the coating was uniform ...
Some unevenness was confirmed on a part of the coating surface.
A streak or uneven coating was found on the coating surface ...
Clear streaks or coating unevenness that cannot be used as a negative electrode plate was confirmed on the coating surface.

<三極式コインセルの作製>
エチレンカーボネート(EC)/ジメチルカーボネート(DMC)混合溶媒(体積比=1:1)に、溶質として六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を加えて、当該溶質であるLiPFの濃度が、1mol/Lとなるように濃度調整して、非水電解液を調製した。
実施例1(直径15mmの円板、含有される負極活物質の重量:1.9mg/1.77cm)を作用極として用い、対極板及び参照極板として金属リチウム板、電解液として上記にて作製した非水電解液を用い、三極式コインセルを組み立て、これを実施例試験セル1とした。そして実施例試験セル1を下記充放電試験に供した。
<Production of tripolar coin cell>
Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is added as a solute to a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) / dimethyl carbonate (DMC) (volume ratio = 1: 1), and the concentration of LiPF 6 as the solute is 1 mol. The non-aqueous electrolyte was prepared by adjusting the concentration to be / L.
Example 1 (a disk having a diameter of 15 mm, the weight of the negative electrode active material contained: 1.9 mg / 1.77 cm 2 ) was used as a working electrode, a metal lithium plate as a counter electrode and a reference electrode, and the above as an electrolyte. Using this non-aqueous electrolyte, a tripolar coin cell was assembled, and this was designated as Example Test Cell 1. The example test cell 1 was subjected to the following charge / discharge test.

充放電試験:
上述のとおり作成した三極式コインセルである実施例試験セル1において、作用極の放電試験を実施するために、まず実施例試験セル1の下記充電試験のとおり満充電させた。
Charge / discharge test:
In Example Test Cell 1, which is a tripolar coin cell created as described above, first, the working electrode was subjected to a full charge according to the following charging test of Example Test Cell 1 in order to perform a discharge test of the working electrode.

(充電試験)
(充電試験)
実施例試験セル1を、25℃の環境下で、電圧が0.03Vに達するまで定電流(699μA)で定電流充電し、当該電圧が0.03Vに達した後は、電圧が0.03Vを下回らないように、当該電流(放電レート:1C)が5%以下となるまで減らしていき、定電圧で充電を行ない、満充電させた後、10分間休止させた。尚、ここで、上記「1C」とは、上記三極式コインセルを用いて定電流放電して、1時間で放電終了となる電流値(放電終止電圧に達する電流値)のことを意味する。また上記定電流は、実施例試験セル1における作用極において、活物質であるグラファイトの理論放電量372mAh/gが1時間で放電されるよう設定された。
(Charge test)
(Charge test)
The test cell 1 was charged at a constant current (699 μA) under an environment of 25 ° C. until the voltage reached 0.03 V. After the voltage reached 0.03 V, the voltage was 0.03 V. The current (discharge rate: 1C) was reduced until it became 5% or less so as not to fall below, and the battery was charged at a constant voltage, fully charged, and then suspended for 10 minutes. Here, the “1C” means a current value (current value reaching the discharge end voltage) at which constant current discharge is performed using the tripolar coin cell and discharge is completed in one hour. The constant current was set such that a theoretical discharge amount of 372 mAh / g of graphite as an active material was discharged in one hour at the working electrode in the example test cell 1.

(放電試験)
その後、満充電された実施例試験セル1を、25℃の環境下で、電圧が0.03V(満充電電圧)から2.0V(放電終止電圧)になるまで、定電流(699μA)(放電レート:1C)で定電流放電し、縦軸にセル電圧(V)、横軸に放電時間(h)をとり、放電曲線を作成し、作用極(実施例1である正極用電極板)の放電容量(mAh)を求め、当該作用極の単位重量当たりの放電容量(mAh/g)に換算した。
続いて、上述のとおり実施した定電流(699μA)(放電レート:1C、放電終了時間:1時間)での定電流放電試験を基準として、放電レート50C、100Cにおいても、同様にして各々定電流放電試験を行ない、各放電レートにおける作用極の放電容量(mAh)を求め、これより単位重量当たりの放電容量(mAh/g)を換算した。尚、上記放電試験により得られた単位重量当たりの放電容量(mAhr/g)及び放電容量維持率(%)は、表3にまとめて示す。
(Discharge test)
Thereafter, the fully charged example test cell 1 was subjected to a constant current (699 μA) (discharge) in an environment of 25 ° C. until the voltage was changed from 0.03 V (full charge voltage) to 2.0 V (discharge end voltage). A constant current discharge at a rate of 1 C), the cell voltage (V) on the vertical axis, the discharge time (h) on the horizontal axis, a discharge curve is created, and the working electrode (electrode plate for positive electrode of Example 1) The discharge capacity (mAh) was determined and converted to the discharge capacity (mAh / g) per unit weight of the working electrode.
Subsequently, with the constant current discharge test performed at the constant current (699 μA) (discharge rate: 1 C, discharge end time: 1 hour) performed as described above as a reference, each of the constant currents was similarly applied at the discharge rates of 50 C and 100 C. A discharge test was conducted to determine the discharge capacity (mAh) of the working electrode at each discharge rate, and the discharge capacity per unit weight (mAh / g) was converted therefrom. The discharge capacity per unit weight (mAhr / g) and the discharge capacity retention rate (%) obtained by the above discharge test are shown together in Table 3.

(放電容量維持率(%)の算出)
作用極の放電レート特性を評価するため、上述のとおり得られた各放電レートにおける単位重量当たりの各放電容量(mAh/g)を用い、上述で示した数1により放電容量維持率(%)を求めた。尚、上記放電試験により得られた単位重量当たりの放電容量(mAhr/g)及び放電容量維持率(%)は、50Cにおいて93%、100Cにおいて85%であった。
(Calculation of discharge capacity maintenance rate (%))
In order to evaluate the discharge rate characteristics of the working electrode, each discharge capacity per unit weight (mAh / g) at each discharge rate obtained as described above was used, and the discharge capacity retention rate (%) was obtained from the above-described equation (1). Asked. The discharge capacity per unit weight (mAhr / g) and discharge capacity retention rate (%) obtained by the above discharge test were 93% at 50C and 85% at 100C.

尚、本発明において、電極の放電レート特性評価は、以下のように行う。
放電レート50Cにおける放電容量維持率 80%以上100%以下・・・・◎
放電レート50Cにおける放電容量維持率 50%以上80%未満・・・・・○
放電レート50Cにおける放電容量維持率 50%未満・・・・・・・・・・×
In the present invention, the discharge rate characteristics of the electrodes are evaluated as follows.
Discharge capacity maintenance rate at discharge rate 50C 80% or more and 100% or less
Discharge capacity maintenance rate at discharge rate 50C 50% or more and less than 80%
Discharge capacity maintenance rate at 50C discharge rate Less than 50%

(サイクル特性評価試験)
上記充電試験と放電試験に倣い、定電流(7mA)(放電レート:10C)での定電流充放電試験を実施し、100回繰り返すことでサイクル特性評価試験とした。1回目の放電容量に対する100回目の放電容量の維持率を100サイクル容量維持率とした。尚、サイクル容量維持率の評価は、以下のとおり行う。結果は表3に示す。
(Cycle characteristic evaluation test)
Following the above charge test and discharge test, a constant current charge / discharge test at a constant current (7 mA) (discharge rate: 10 C) was carried out and repeated 100 times to obtain a cycle characteristic evaluation test. The maintenance rate of the 100th discharge capacity with respect to the first discharge capacity was taken as the 100 cycle capacity maintenance rate. The cycle capacity maintenance rate is evaluated as follows. The results are shown in Table 3.

(実施例2)
用いる材料を表1に示す内容に変更したこと以外は実施例1と同様に電極活物質層形成液を作成した。そして、集電体への塗布量を表2に示す量に変更したこと以外は、実施例1と同様に電極板を作成し、実施例2とした。
(Example 2)
An electrode active material layer forming liquid was prepared in the same manner as in Example 1 except that the material used was changed to the contents shown in Table 1. An electrode plate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount applied to the current collector was changed to the amount shown in Table 2.

(実施例3)
用いる材料を表1に示す内容に変更して電極活物質層形成液を作成した。そして、集電体として厚さアルミニウムの15μm厚みμmの板を準備し、最終的に得られる電極活物質層の重さが15g/mとなる量で、塗布したこと以外は、実施例1と同様に電極板を作成し、これを実施例3とした。
(Example 3)
The material used was changed to the contents shown in Table 1 to prepare an electrode active material layer forming liquid. Then, a plate having a thickness of 15 μm and a thickness of μm was prepared as a current collector, and the electrode active material layer finally obtained was applied in such an amount that the weight was 15 g / m 2. Example 1 An electrode plate was prepared in the same manner as in Example 3.

(実施例4)
実施例1と同様に正極板を作成した。そして、樹脂製結着材であるPVDFの濃度が1%となるようNMP溶媒に混合させて調製した樹脂混合液の満たされた浸漬槽に実施例1を1分間浸漬させ、実施例1の空隙に上記樹脂混合液を充分に浸透させた。その後、実施例1を上記浸漬層から取りだし、150℃に加温したオーブン内に設置して15分間乾燥させて、樹脂混合液の溶媒を除去した。これによって、電極活物質層中に、樹脂製結着材が残留する正極板を作成し、これを実施例4とした。
Example 4
A positive electrode plate was prepared in the same manner as in Example 1. And Example 1 was immersed for 1 minute in the immersion tank filled with the resin liquid mixture prepared by mixing with the NMP solvent so that the density | concentration of PVDF which is a resin binder may be 1%, and the space | gap of Example 1 is carried out. The above resin mixture was sufficiently infiltrated into the resin. Then, Example 1 was taken out from the said immersion layer, and it set in the oven heated at 150 degreeC, it was made to dry for 15 minutes, and the solvent of the resin liquid mixture was removed. Thus, a positive electrode plate in which the resin binder remained in the electrode active material layer was prepared, and this was designated as Example 4.

(参考例1)
電極活物質層形成液に添加される有機物をポリエチレングリコール200に変更したこと以外は、実施例1と同様に電極板を作成し、これを参考例1とした。
(Reference Example 1)
An electrode plate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the organic substance added to the electrode active material layer forming liquid was changed to polyethylene glycol 200, and this was used as Reference Example 1.

(比較例1)
金属窒化物前駆体は用いずに、平均粒径12μmの負極活物質グラファイトを10gと、樹脂製結着材としてPVDF(クレハ社製、KF#1100)1.3gに、溶媒としてNMP(三菱化学社製)を加えて、分散させ、固形分濃度が55重量%となるようにエクセルオートホモジナイザー(株式会社日本精機製作所)で7000rpmの回転数で15分間攪拌して、スラリー状の負極活物質層形成液を調製した。
(Comparative Example 1)
Without using a metal nitride precursor, 10 g of negative electrode active material graphite having an average particle diameter of 12 μm, 1.3 g of PVDF (Kureha, KF # 1100) as a resin binder, and NMP (Mitsubishi Chemical) as a solvent The mixture is dispersed and stirred with an Excel auto homogenizer (Nihon Seiki Seisakusho Co., Ltd.) for 15 minutes at a rotational speed of 7000 rpm so that the solid concentration is 55% by weight. A forming solution was prepared.

そして上記負極活物質層形成液を、負極集電体として用いる厚さ10μmの銅箔上に、乾燥後の負極活物質層形成液の塗工量が65g/mとなるように塗布し、これを、オーブンを用いて、70℃の大気雰囲気下で乾燥を行ない、集電体上に負極板用の電極活物質層を形成した。
さらに、形成された電極活物質層の厚みが、約85μmとなるように、ロールプレス機を用いてプレスした後、所定の大きさ(直径15mmの円板)に裁断し、70℃にて300分間、真空乾燥させて負極板を作製し、比較例1とした。
And the said negative electrode active material layer formation liquid was apply | coated so that the coating amount of the negative electrode active material layer formation liquid after drying might be 65 g / m < 2 > on the copper foil of thickness 10 micrometers used as a negative electrode collector. This was dried in an air atmosphere at 70 ° C. using an oven to form an electrode active material layer for the negative electrode plate on the current collector.
Furthermore, after pressing using a roll press machine so that the thickness of the formed electrode active material layer is about 85 μm, it is cut into a predetermined size (a disk having a diameter of 15 mm) and 300 ° C. at 70 ° C. A negative electrode plate was produced by vacuum-drying for minutes to obtain Comparative Example 1.

(比較例2乃至5)
用いる活物質粒子の粒子径を表1に示すとおりに変更し、且つ、集電体上への電極活物質層形成液の塗布量、電極活物質層の厚みを表2に示すとおりに変更したこと以外は、比較例1と同様に電極板を作製し、比較例2乃至5とした。
(Comparative Examples 2 to 5)
The particle diameter of the active material particles to be used was changed as shown in Table 1, and the coating amount of the electrode active material layer forming liquid on the current collector and the thickness of the electrode active material layer were changed as shown in Table 2. Except for this, an electrode plate was produced in the same manner as in Comparative Example 1 to obtain Comparative Examples 2 to 5.

組成分析試験:
次に、実施例1と同様に、X線光電子分光法(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)によって実施例2および3の組成分析を実施し、実施例2ではニッケルチタン窒化物が、実施例3では窒化アルミニウムが生成されていることを確認した。
Composition analysis test:
Next, as in Example 1, the composition analysis of Examples 2 and 3 was performed by X-ray photoelectron spectroscopy (Chemical Analysis for Chemical Analysis). Nickel titanium nitride was nitrided in Example 2, and nitrided in Example 3. It was confirmed that aluminum was produced.

上述のとおり得た、実施例2〜4および参考例1について、実施例1に倣って膜形成性評価、密着性評価、(組成分析)、結着物質の結晶性の確認、炭素成分の確認、塗工適性、加工適性の試験を行った。結果は、表2に示す。また、比較例1〜5について、実施例1に倣って膜形成性評価、塗工適性、加工適性の試験を行った。結果は、表2に示す。   For Examples 2 to 4 and Reference Example 1 obtained as described above, film formation evaluation, adhesion evaluation, (composition analysis), confirmation of the crystallinity of the binder, and confirmation of the carbon component in accordance with Example 1. The coating aptitude and processing aptitude test were conducted. The results are shown in Table 2. Moreover, about Comparative Examples 1-5, the film formation evaluation, coating suitability, and workability test were done according to Example 1. The results are shown in Table 2.

また、実施例2〜4、参考例1、および比較例1について、実施例1に倣って充放電試験およびサイクル特性評価試験を行った。充放電試験の結果を表3にまとめて示す。尚、充放電試験は、上記実施例試験セル1と同様に、実施例試験セル2〜4および参考例試験セル1を作成し、表3に示す固有の定電流値及び満充電電圧値、放電終止電圧値に変更した以外は、上述と同様に充放電試験を行った。尚、比較例2〜5は、膜形成性が不良であり充放電試験に供することができなかった。 In addition, with respect to Examples 2 to 4, Reference Example 1, and Comparative Example 1, a charge / discharge test and a cycle characteristic evaluation test were performed according to Example 1. The results of the charge / discharge test are summarized in Table 3. In the charge / discharge test, as in the above-described example test cell 1, the example test cells 2 to 4 and the reference example test cell 1 were prepared, and the specific constant current values and full charge voltage values shown in Table 3 were discharged. A charge / discharge test was performed in the same manner as described above except that the voltage was changed to the end voltage value. In Comparative Examples 2 to 5, the film-forming property was poor and could not be used for the charge / discharge test.

以上の結果から、実施例1〜5は、良好な膜形成性が示され、電極活物質層の密着性も良好であり、出入力特性も良好であった。また、実施例1〜5と、参考例1とを比較すると、出入力特性はいずれも良好であったが、加工特性の評価において、実施例1〜5は非除に優れた評価が示された。これによって結着物質中に炭素成分が含まれることにより有利な効果が発揮されることが確認された。   From the above results, Examples 1 to 5 showed good film-forming properties, good adhesion of the electrode active material layer, and good input / output characteristics. Moreover, when Examples 1-5 were compared with the reference example 1, all the input / output characteristics were favorable, but in the evaluation of the processing characteristics, Examples 1-5 showed excellent evaluations. It was. As a result, it was confirmed that advantageous effects were exhibited by the carbon component contained in the binder.

Figure 2012089275
Figure 2012089275

Figure 2012089275
Figure 2012089275

Figure 2012089275
Figure 2012089275

1、1’、1’’、55 集電体
2、54 電極活物質層
3、 集電基材
4 導電性層
5 断続層
10、20、20’、20’’、20’’’ 非水電解液二次電池用電極板
30 電池パック
31 リチウムイオン二次電池
32 正極端子
33 負極端子
34 保護回路基板
35 外部接続コネクタ
36a、36b 樹脂容器
37 端部ケース
38a、38b 外部接続用窓
50 非水電解液二次電池用電極板(正極板)
70 セパレータ
81、82 外装
90 非水電解液
100 リチウムイオン二次電池
1, 1 ′, 1 ″, 55 Current collector 2, 54 Electrode active material layer 3, Current collecting base material 4 Conductive layer 5 Intermittent layer 10, 20, 20 ′, 20 ″, 20 ′ ″ Non-aqueous Electrode plate for electrolyte secondary battery 30 Battery pack 31 Lithium ion secondary battery 32 Positive electrode terminal 33 Negative electrode terminal 34 Protective circuit board 35 External connection connector 36a, 36b Resin container 37 End case 38a, 38b External connection window 50 Non-water Electrode plate for secondary battery (positive electrode plate)
70 Separator 81, 82 Exterior 90 Non-aqueous electrolyte 100 Lithium ion secondary battery

Claims (10)

集電体と、上記集電体の表面の少なくとも一部に形成される電極活物質層とを備える非水電解液二次電池用電極板であって、
上記電極活物質層が、活物質粒子、および結着物質を含有しており、
上記結着物質が、結晶性の金属窒化物が含有されており、且つ、炭素成分が含有されていることを特徴とする非水電解液二次電池用電極板。
An electrode plate for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a current collector and an electrode active material layer formed on at least a part of the surface of the current collector,
The electrode active material layer contains active material particles and a binder,
An electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the binder material contains a crystalline metal nitride and a carbon component.
上記金属窒化物が、少なくともTi元素を含むことを特徴とする請求項1に記載の非水電解液二次電池用電極板。 The electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the metal nitride contains at least Ti element. 上記電極活物質層は、結着物質により、活物質粒子同士が互いに固着されるとともに、結着物質により、活物質粒子が集電体に固着されて構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の非水電解液二次電池用電極板。 The electrode active material layer is configured such that active material particles are fixed to each other by a binding material, and the active material particles are fixed to a current collector by a binding material. The electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary batteries according to 1 or 2. 上記電極活物質層は、隣り合う結着物質同士の一部において、結晶格子が連続することにより繋がっている箇所を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池用電極板。 4. The non-electrode according to claim 1, wherein the electrode active material layer includes a portion in which a part of adjacent binder materials are connected by a continuous crystal lattice. 5. Electrode plate for water electrolyte secondary battery. 正極板と、負極板と、上記正極板と上記負極板との間に設けられるセパレータと、非水溶媒を含む電解液とを少なくとも備えた非水電解液二次電池であって、
上記正極板および/または負極板が、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池用電極板であることを特徴とする非水電解液二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising at least a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator provided between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolyte containing a non-aqueous solvent,
The said positive electrode plate and / or negative electrode plate are the electrode plates for nonaqueous electrolyte secondary batteries of any one of Claims 1 thru | or 4, The nonaqueous electrolyte secondary battery characterized by the above-mentioned.
活物質粒子と、金属窒化物を生成するための金属窒化物生成材料と、有機物とが少なくとも含有される電極活物質層形成液を、集電体上の少なくとも一部に塗布して塗膜を形成する塗布工程と、電極活物質層形成工程と、をこの順で備えており、
上記電極活物質層形成工程は、上記金属窒化物生成材料を反応させて結晶性の金属窒化物を生成し、該金属窒化物を含有する結着物質を構成するとともに、上記有機物由来の炭素成分を該結着物質内に残存させることによって、上記集電体上に結着物質と上記活物質粒子とを含有する電極活物質層を形成する工程であることを特徴とする非水電解液二次電池用電極板の製造方法。
An electrode active material layer forming liquid containing at least active material particles, a metal nitride generating material for generating metal nitride, and an organic material is applied to at least a part of the current collector to form a coating film. A coating process to be formed and an electrode active material layer forming process are provided in this order,
The electrode active material layer forming step includes reacting the metal nitride generating material to generate crystalline metal nitride, forming a binding material containing the metal nitride, and forming the organic material-derived carbon component In the binder material, thereby forming an electrode active material layer containing the binder material and the active material particles on the current collector. A method for producing an electrode plate for a secondary battery.
活物質粒子と、金属窒化物を生成するための金属窒化物生成用有機材料と、が少なくとも含有される電極活物質層形成液を、集電体上の少なくとも一部に塗布して塗膜を形成する塗布工程と、電極活物質層形成工程と、をこの順で備えており、
上記電極活物質層形成工程は、上記金属窒化物生成材料を反応させて結晶性の金属窒化物を生成し、該金属窒化物を含有する結着物質を構成するとともに、上記金属窒化物生成用有機材料由来の炭素成分を該結着物質内に残存させることによって、上記集電体上に結着物質と上記活物質粒子とを含有する電極活物質層を形成する工程であることを特徴とする非水電解液二次電池用電極板の製造方法。
An electrode active material layer forming liquid containing at least active material particles and a metal nitride generating organic material for generating metal nitride is applied to at least a part of the current collector to form a coating film. A coating process to be formed and an electrode active material layer forming process are provided in this order,
The electrode active material layer forming step includes reacting the metal nitride generating material to generate crystalline metal nitride, forming a binder containing the metal nitride, and forming the metal nitride. It is a step of forming an electrode active material layer containing a binding material and the active material particles on the current collector by leaving a carbon component derived from an organic material in the binding material. A method for producing an electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
活物質粒子と、金属窒化物を生成するための金属窒化物生成用有機材料と、有機物と、が少なくとも含有される電極活物質層形成液を、集電体上の少なくとも一部に塗布して塗膜を形成する塗布工程と、電極活物質層形成工程と、をこの順で備えており、
上記電極活物質層形成工程は、上記金属窒化物生成用有機材料を反応させて結晶性の金属窒化物を生成し、該金属窒化物を含有する結着物質を構成するとともに、上記金属窒化物生成用有機材料または上記有機物由来の炭素成分を該結着物質内に残存させることによって、上記集電体上に結着物質と上記活物質粒子とを含有する電極活物質層を形成する工程であることを特徴とする非水電解液二次電池用電極板の製造方法。
An electrode active material layer forming liquid containing at least active material particles, a metal nitride generating organic material for generating metal nitride, and an organic material is applied to at least a part of the current collector. A coating process for forming a coating film and an electrode active material layer forming process are provided in this order,
The electrode active material layer forming step includes reacting the organic material for generating metal nitride to generate crystalline metal nitride, forming a binder containing the metal nitride, and forming the metal nitride. In the step of forming an electrode active material layer containing the binding material and the active material particles on the current collector by leaving the organic material for generation or the carbon component derived from the organic substance in the binding material. A method for producing an electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
上記電極活物質層形成工程が、上記塗膜を加熱する加熱工程であり、
上記加熱工程における加熱温度を、上記金属窒化物生成材料または金属窒化物生成用有機材料の熱分解開始温度以上であって、上記加熱工程において生成される金属窒化物の結晶化温度以上であり、且つ、金属窒化物生成用有機材料あるいは有機物の少なくともいずれかにおける炭素成分を結着物質中に残存させる温度とすることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池用電極板の製造方法。
The electrode active material layer forming step is a heating step for heating the coating film,
The heating temperature in the heating step is equal to or higher than the thermal decomposition start temperature of the metal nitride generating material or the metal nitride generating organic material, and is equal to or higher than the crystallization temperature of the metal nitride generated in the heating step, The nonaqueous electrolysis according to any one of claims 6 to 8, wherein the temperature is set to a temperature at which a carbon component in at least one of the organic material for forming a metal nitride or the organic material remains in the binder. Manufacturing method of electrode plate for liquid secondary battery.
収納ケースと、正極端子および負極端子を備える非水電解液二次電池と、過充電および過放電保護機能を有する保護回路とを少なくとも備え、上記収納ケースに上記非水電解液二次電池および上記保護回路が収納されて構成される電池パックにおいて、
上記非水電解液二次電池が、正極板と、負極板と、上記正極板と上記負極板との間に設けられるセパレータと、非水溶媒を含む電解液とを少なくとも備えた非水電解液二次電池であり、
上記正極板または負極板のいずれか一方、あるいは両方が、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池用電極板であることを特徴とする電池パック。
A storage case; a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode terminal and a negative electrode terminal; and a protection circuit having an overcharge and over-discharge protection function, wherein the storage case includes the non-aqueous electrolyte secondary battery and the In a battery pack configured to contain a protection circuit,
The non-aqueous electrolyte secondary battery includes at least a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator provided between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolyte solution containing a non-aqueous solvent. A secondary battery,
Either one of the said positive electrode plate or a negative electrode plate, or both is the electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary batteries of any one of Claims 1 thru | or 4. The battery pack characterized by the above-mentioned.
JP2010233117A 2010-10-15 2010-10-15 Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method of electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack Withdrawn JP2012089275A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010233117A JP2012089275A (en) 2010-10-15 2010-10-15 Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method of electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010233117A JP2012089275A (en) 2010-10-15 2010-10-15 Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method of electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012089275A true JP2012089275A (en) 2012-05-10

Family

ID=46260711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010233117A Withdrawn JP2012089275A (en) 2010-10-15 2010-10-15 Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method of electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012089275A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5136804B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery electrode plate, non-aqueous electrolyte secondary battery electrode plate manufacturing method, and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP5196197B2 (en) Method for producing electrode plate for non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2012248436A (en) Alkali metal ion secondary battery electrode plate, alkali metal ion secondary battery and battery pack
JP5212394B2 (en) Method for producing electrode plate for non-aqueous electrolyte secondary battery
JP4957931B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery electrode plate, non-aqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP4924852B2 (en) Method for producing electrode plate for non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2012079651A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2012089249A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2012094361A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery and battery pack
JP2012190726A (en) Negative electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2012109197A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2012089275A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method of electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2012094338A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2012089274A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method of electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2012084423A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2012089247A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2012089245A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2012089273A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method of electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2012089272A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method of electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2011100747A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, method for producing electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2012079448A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, method for manufacturing the same, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2012190727A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2012094352A (en) Positive electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and method of manufacturing positive electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2012094483A (en) Positive electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, method of manufacturing positive electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JP2011204490A (en) Positive electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method of positive electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140107