JP2012114046A - Manufacturing method of electrode for secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of electrode for secondary battery, capable of easily microfabricating an electrode active material.SOLUTION: The manufacturing method of an electrode for a secondary battery includes: a calcination step of removing a fiber and manufacturing a porous electrolyte (50) by calcinating a hollow part (21) of the fiber (20) of a fiber bundle (30) including the fibers having a hollow structure, and an electrolyte material (40) arranged on the external surface of the fiber; a conduction processing step of arranging a conductive material (60) on the surface of a hole (51) included in the electrolyte after the calcination step; and an electrode active material arrangement step of arranging an electrode active material (70) on the hole of the electrolyte after the conduction processing step.

Description

本発明は、二次電池用電極の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery electrode.

通信機器等の急速な普及に伴い、電源として二次電池の開発が進められている。また、通信機器以外にも、低公害車としての電気自動車、ハイブリッド自動車等の電源として二次電池の開発が進められている。   With the rapid spread of communication devices and the like, development of secondary batteries as power sources is being promoted. In addition to communication devices, secondary batteries are being developed as power sources for electric vehicles, hybrid vehicles, and the like as low-emission vehicles.

二次電池の電極は、電解質層の一面に配置された電極合材層と、電極合材層の電解質層とは反対側の面に配置された電極集電箔とを備えている。電極合材層は、電解質と電極活物質(正極活物質または負極活物質)とを含んでいる。従来、電極合材層は、スクリーン印刷等の塗工によって多孔質の電解質材料を作成し、この電解質材料に電極活物質材料の溶液を塗工することで製造されていた(例えば特許文献1)。この方法によれば、多孔質の電解質の孔に電極活物質が配置された電極合材層を製造することができる。   The electrode of the secondary battery includes an electrode mixture layer disposed on one surface of the electrolyte layer and an electrode current collector foil disposed on the surface of the electrode mixture layer opposite to the electrolyte layer. The electrode mixture layer includes an electrolyte and an electrode active material (a positive electrode active material or a negative electrode active material). Conventionally, an electrode mixture layer has been manufactured by creating a porous electrolyte material by coating such as screen printing and applying a solution of an electrode active material to the electrolyte material (for example, Patent Document 1). . According to this method, it is possible to produce an electrode mixture layer in which an electrode active material is disposed in a porous electrolyte hole.

特開2009−238576号公報JP 2009-238576 A

二次電池の性能上、二次電池の電極の電極活物質は微細であることが好ましい。電極活物質を微細にするためには多孔質電解質材料の孔径を微細にすることが有効である。しかしながら従来の電極製造方法では、多孔質電解質材料の孔径を微細にすることは容易ではなかった。また、仮に多孔質電解質材料の孔径を微細にしたとしても、微細な孔に電極活物質の溶液を塗工によって充填することは容易ではなかった。このように従来の電極製造方法で電極活物質を微細化することは困難であった。   In view of the performance of the secondary battery, the electrode active material of the electrode of the secondary battery is preferably fine. In order to make the electrode active material fine, it is effective to make the pore diameter of the porous electrolyte material fine. However, in the conventional electrode manufacturing method, it is not easy to make the pore diameter of the porous electrolyte material fine. Moreover, even if the pore diameter of the porous electrolyte material is made fine, it is not easy to fill the fine pores with the electrode active material solution by coating. Thus, it has been difficult to miniaturize the electrode active material by the conventional electrode manufacturing method.

本発明は、電極活物質を容易に微細化することができる二次電池用電極の製造方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the manufacturing method of the electrode for secondary batteries which can refine | miniaturize an electrode active material easily.

本発明に係る二次電池用電極の製造方法は、中空構造の繊維を複数備える繊維束の繊維の中空部および繊維の外表面に電解質材料が配置されたものを焼成することで、繊維を除去して多孔質の電解質を製造する焼成工程と、焼成工程後の電解質が有する孔の表面に導電性材料を配置する導電化処理工程と、導電化処理工程後の電解質の孔に電極活物質を配置する電極活物質配置工程と、を含むことを特徴とするものである。   The method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to the present invention removes a fiber by firing a hollow part of a fiber bundle having a plurality of hollow fibers and an electrolyte material disposed on the outer surface of the fiber. A firing step for producing a porous electrolyte, a conductive treatment step for placing a conductive material on the surface of the pores of the electrolyte after the firing step, and an electrode active material in the pores of the electrolyte after the conductive treatment step And an electrode active material disposing step to dispose.

本発明に係る製造方法によれば、焼成工程において除去された繊維の部分が電解質の孔となり、この孔に電極活物質を配置することができる。そのため、電解質の孔の外径は繊維の外径以下となり、電極活物質の外径も繊維の外径以下となる。したがって、微細な外径を有する繊維を用いることで電極活物質を微細化することができることから、電極活物質を容易に微細化することができる。   According to the production method of the present invention, the portion of the fiber removed in the firing step becomes an electrolyte hole, and the electrode active material can be disposed in this hole. Therefore, the outer diameter of the electrolyte hole is equal to or smaller than the outer diameter of the fiber, and the outer diameter of the electrode active material is equal to or smaller than the outer diameter of the fiber. Therefore, since the electrode active material can be miniaturized by using a fiber having a fine outer diameter, the electrode active material can be easily miniaturized.

上記方法において繊維の外径は10μm以下であってもよい。この方法によれば、10μm以下の径を有する電解質の孔に電極活物質が配置された電極を製造することができる。上記方法において繊維の外径は1μm以下であってもよい。この方法によれば、1μm以下の径を有する電解質の孔に電極活物質が配置された電極を製造することができる。   In the above method, the outer diameter of the fiber may be 10 μm or less. According to this method, an electrode in which an electrode active material is disposed in an electrolyte hole having a diameter of 10 μm or less can be manufactured. In the above method, the outer diameter of the fiber may be 1 μm or less. According to this method, an electrode in which an electrode active material is disposed in an electrolyte hole having a diameter of 1 μm or less can be manufactured.

上記方法において電極活物質配置工程は、孔に電極活物質を分散状態で配置させる工程を含んでいてもよい。この方法によれば、電極活物質と導電性材料との接触性を良好にすることができる。   In the above method, the electrode active material arranging step may include a step of arranging the electrode active material in a dispersed state in the holes. According to this method, the contact property between the electrode active material and the conductive material can be improved.

上記方法は焼成工程の前に、繊維束に電解質材料を含浸させることで繊維の中空部および繊維の外表面に電解質材料を配置する電解質材料配置工程をさらに含んでいてもよい。この方法によれば、繊維の中空部および外表面に電解質材料を容易に配置することができる。   The method may further include an electrolyte material disposing step of disposing the electrolyte material on the hollow portion of the fiber and the outer surface of the fiber by impregnating the fiber bundle with the electrolyte material before the firing step. According to this method, the electrolyte material can be easily disposed in the hollow portion and the outer surface of the fiber.

上記方法において繊維の材質は、セルロース、ポリイミドまたはポリアミドであってもよい。繊維の材質がこれらの材料の場合、1μm以下の径を有する繊維を容易に製造または入手できる。また、焼成工程において繊維束を容易に除去することができる。   In the above method, the material of the fiber may be cellulose, polyimide or polyamide. When the material of the fiber is any of these materials, a fiber having a diameter of 1 μm or less can be easily produced or obtained. Further, the fiber bundle can be easily removed in the firing step.

上記方法において導電性材料はカーボンであってもよい。上記方法において二次電池はリチウムイオン二次電池であってもよい。   In the above method, the conductive material may be carbon. In the above method, the secondary battery may be a lithium ion secondary battery.

本発明によれば、電極活物質を容易に微細化することができる二次電池用電極の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the electrode for secondary batteries which can refine | miniaturize an electrode active material easily can be provided.

二次電池の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of a secondary battery. 図2(a)は繊維束の模式的斜視図である。図2(b)は厚み調整工程後の繊維束の模式的斜視図である。FIG. 2A is a schematic perspective view of a fiber bundle. FIG.2 (b) is a typical perspective view of the fiber bundle after a thickness adjustment process. 図3(a)は電解質材料配置工程を説明するための模式的斜視図である。図3(b)は電解質材料配置工程後の繊維束を繊維の軸方向に垂直な方向から見た模式的断面図である。図3(c)は電解質材料配置工程後の繊維束を繊維の軸方向から見た模式的断面図である。FIG. 3A is a schematic perspective view for explaining the electrolyte material arranging step. FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of the fiber bundle after the electrolyte material arranging step when viewed from a direction perpendicular to the fiber axial direction. FIG. 3C is a schematic cross-sectional view of the fiber bundle after the electrolyte material arranging step when viewed from the axial direction of the fiber. 図4(a)は、焼成工程後の電解質を図3(c)と同じ方向から見た模式的断面図である。図4(b)は、導電化処理工程後の電解質を図4(a)と同じ方向から見た模式的断面図である。FIG. 4 (a) is a schematic cross-sectional view of the electrolyte after the firing step as seen from the same direction as FIG. 3 (c). FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the electrolyte after the conductive treatment process as seen from the same direction as FIG. 電極活物質配置工程後の電解質を図4(b)と同じ方向から見た模式的断面図である。It is the typical sectional view which looked at the electrolyte after an electrode active material arrangement process from the same direction as Drawing 4 (b).

以下、本発明を実施するための形態を説明する。   Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.

実施例1に係る二次電池用の電極の製造方法について説明する。まず電極が用いられる二次電池5の全体構成について説明し、次いで電極の製造方法について説明する。図1は、二次電池5の模式的断面図である。本実施例においては、二次電池5の一例として、固体リチウム二次電池を用いる。   The manufacturing method of the electrode for secondary batteries which concerns on Example 1 is demonstrated. First, the overall configuration of the secondary battery 5 in which the electrode is used will be described, and then the electrode manufacturing method will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the secondary battery 5. In this embodiment, a solid lithium secondary battery is used as an example of the secondary battery 5.

二次電池5は、固体電解質層10、正極合材層11、正極集電箔12、負極合材層13および負極集電箔14を備えている。二次電池5は、正極集電箔12、正極合材層11、固体電解質層10、負極合材層13および負極集電箔14がこの順に積層された構造を有している。正極集電箔12および正極合材層11が正極としての機能を有し、負極合材層13および負極集電箔14が負極としての機能を有している。なお、以下の説明において、正極集電箔12および負極集電箔14を集電箔と総称し、正極合材層11および負極合材層13を合材層と総称する場合がある。   The secondary battery 5 includes a solid electrolyte layer 10, a positive electrode mixture layer 11, a positive electrode current collector foil 12, a negative electrode mixture layer 13, and a negative electrode current collector foil 14. The secondary battery 5 has a structure in which a positive electrode current collector foil 12, a positive electrode material mixture layer 11, a solid electrolyte layer 10, a negative electrode material mixture layer 13, and a negative electrode current collector foil 14 are laminated in this order. The positive electrode current collector foil 12 and the positive electrode mixture layer 11 have a function as a positive electrode, and the negative electrode mixture layer 13 and the negative electrode current collector foil 14 have a function as a negative electrode. In the following description, the positive electrode current collector foil 12 and the negative electrode current collector foil 14 may be collectively referred to as a current collector foil, and the positive electrode mixture layer 11 and the negative electrode mixture layer 13 may be collectively referred to as a mixture layer.

正極集電箔12は、特に限定されないが、アルミニウム等の金属箔からなる。正極合材層11は、主として正極活物質、リチウムイオン伝導性固体電解質等を含んでいる。固体電解質層10は、主としてリチウムイオン伝導性固体電解質を含んでいる。負極合材層13は、主として負極活物質、リチウムイオン伝導性固体電解質等を含んでいる。負極集電箔14は、特に限定されないが、銅、ステンレス等の金属箔からなる。   The positive electrode current collector foil 12 is not particularly limited, but is made of a metal foil such as aluminum. The positive electrode mixture layer 11 mainly includes a positive electrode active material, a lithium ion conductive solid electrolyte, and the like. The solid electrolyte layer 10 mainly contains a lithium ion conductive solid electrolyte. The negative electrode mixture layer 13 mainly includes a negative electrode active material, a lithium ion conductive solid electrolyte, and the like. The negative electrode current collector foil 14 is not particularly limited, and is made of a metal foil such as copper or stainless steel.

正極合材層11に用いる正極活物質は、正極活物質としての機能を有するものであれば特に限定されるものではない。正極活物質として、一般的な固体リチウム二次電池に用いられるものと同様のものを用いることができる。例えば、LiCoO、LiNiO、LiMn、LiMn2−xNi、LiMn2−xCo、LiMn2−x−yNiCo、LiFePO、LiMnPO、LiNiPO、LiM1−x−y等を用いることができる。ここで、一般式LiM1−x−y中の「M」は、Co,Ni,Mn等からなる群から選ばれる少なくとも1種である。「B」は、「M」もしくは「A」である。上記の中で、LiCoOおよびLiNiOが好ましく、LiCoOが特に好ましい。一般的に、LiCoOは正極用の活物質として良好な特性を有し、汎用されているからである。 The positive electrode active material used for the positive electrode mixture layer 11 is not particularly limited as long as it has a function as a positive electrode active material. As the positive electrode active material, the same materials as those used in general solid lithium secondary batteries can be used. For example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMn 2−x Ni x O 4 , LiMn 2−x Co x O 4 , LiMn 2−xy Ni x Co y O 4 , LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4, LiM 1-x- y a x B y O 2 or the like can be used. Here, “M” in the general formula LiM 1-xy A x B y O 2 is at least one selected from the group consisting of Co, Ni, Mn, and the like. “B” is “M” or “A”. Among the above, LiCoO 2 and LiNiO 2 are preferable, and LiCoO 2 is particularly preferable. This is because LiCoO 2 generally has good characteristics as an active material for a positive electrode and is widely used.

負極合材層13に用いる負極活物質は、負極活物質としての機能を有するものであれば特に限定されるものではない。負極活物質として、一般的な固体リチウム二次電池に用いられるものと同様のものを用いることができる。例えば、金属In、金属Li、Si−Li合金、Sn−Li合金、SnO−Li系材料、黒鉛等を用いることができる。   The negative electrode active material used for the negative electrode mixture layer 13 is not particularly limited as long as it has a function as a negative electrode active material. As the negative electrode active material, the same materials as those used for general solid lithium secondary batteries can be used. For example, metal In, metal Li, Si—Li alloy, Sn—Li alloy, SnO—Li-based material, graphite, or the like can be used.

固体電解質層10に用いる固体電解質は、固体電解質としての機能を有するものであれば特に限定されるものではない。固体電解質として、一般的な固体リチウム二次電池に用いられるものと同様のものを用いることができる。例えば、硫化物系固体電解質、チオリシコン、酸化物系固体電解質等を用いることができる。上記の中で、硫化物系固体電解質およびチオリシコンを用いることが好ましく、硫化物系固体電解質材料を用いることが好ましい。硫化物系固体電解質は、高いイオン伝導性を有するため、二次電池5を高出力化することができるからである。正極合材層11および負極合材層13にも、同様の固体電解質が含まれる。なお、集電箔の厚みは特に限定されないが、例えば15μm程度である。合材層の厚みは特に限定されないが、例えば50μm程度である。   The solid electrolyte used for the solid electrolyte layer 10 is not particularly limited as long as it has a function as a solid electrolyte. As the solid electrolyte, the same one as that used for a general solid lithium secondary battery can be used. For example, a sulfide-based solid electrolyte, thiosilicone, an oxide-based solid electrolyte, or the like can be used. Among the above, it is preferable to use a sulfide-based solid electrolyte and thiolithicone, and it is preferable to use a sulfide-based solid electrolyte material. This is because the sulfide-based solid electrolyte has high ionic conductivity, so that the output of the secondary battery 5 can be increased. The positive electrode mixture layer 11 and the negative electrode mixture layer 13 also contain the same solid electrolyte. The thickness of the current collector foil is not particularly limited, but is about 15 μm, for example. Although the thickness of the composite material layer is not particularly limited, it is, for example, about 50 μm.

続いて、本実施例に係る電極の製造方法について図2〜図5を用いながら説明する。まず、中空構造を有する繊維20が束状に集合した繊維束30を準備する。図2(a)は繊維束30の模式的斜視図である。本実施例においては、一例として、繊維束30の繊維20は円筒形状を有している。円筒形状の中心には、円柱形状の中空部21が形成されている。   Then, the manufacturing method of the electrode which concerns on a present Example is demonstrated using FIGS. First, a fiber bundle 30 in which fibers 20 having a hollow structure are gathered in a bundle is prepared. FIG. 2A is a schematic perspective view of the fiber bundle 30. In the present embodiment, as an example, the fiber 20 of the fiber bundle 30 has a cylindrical shape. A cylindrical hollow portion 21 is formed at the center of the cylindrical shape.

繊維束30の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば繊維束30は、複数の繊維20を熱融着等の接着方法によって一体化させることで、製造することができる。   The manufacturing method of the fiber bundle 30 is not specifically limited. For example, the fiber bundle 30 can be manufactured by integrating a plurality of fibers 20 by an adhesion method such as heat fusion.

また、各繊維20の製造方法も、特に限定されるものではない。例えば繊維20は、電解紡糸法によって製造することができる。具体的には、繊維20は、相溶性のない2種類の液体を用いた電解紡糸法によって製造することができる。この方法によれば、外径(d)が1μm以下(以下、サブミクロンと称する場合がある)の繊維20を容易に製造することができる。あるいは繊維20は、芯材と芯材の外表面を覆う外皮材とを有する2層構造繊維の芯材を有機溶剤等によって選択的に溶解除去することによっても製造することができる。この方法によっても、外径がサブミクロンの繊維20を製造することができる。   Moreover, the manufacturing method of each fiber 20 is not specifically limited. For example, the fiber 20 can be manufactured by an electrospinning method. Specifically, the fiber 20 can be produced by an electrospinning method using two types of liquids that are not compatible. According to this method, a fiber 20 having an outer diameter (d) of 1 μm or less (hereinafter sometimes referred to as submicron) can be easily manufactured. Alternatively, the fiber 20 can also be produced by selectively dissolving and removing a core material of a two-layer structure fiber having a core material and a skin material covering the outer surface of the core material with an organic solvent or the like. Also by this method, the fiber 20 having an outer diameter of submicron can be manufactured.

繊維20の材質は、特に限定されるものではない。繊維20の材質として、例えばセルロース、ポリイミド、ポリアミド等を用いることができる。繊維20の材質がこれらの場合、サブミクロンの繊維20を容易に製造または入手できる。また、後述する焼成工程において繊維束30を容易に除去することができる。   The material of the fiber 20 is not particularly limited. As a material of the fiber 20, for example, cellulose, polyimide, polyamide, or the like can be used. When the material of the fiber 20 is these, the submicron fiber 20 can be easily manufactured or obtained. Moreover, the fiber bundle 30 can be easily removed in a firing step described later.

続いて、繊維束30の厚みを所定の厚みに調整する厚み調整工程を行う。図2(b)は厚み調整工程後の繊維束30の模式的斜視図である。例えば、図2(a)の繊維束30を繊維20の軸方向に垂直な方向でスライスすることで、繊維束30の厚みを図2(b)のように所定の厚み(h)にする。本実施例においては、繊維束30の厚み(h)を、合材層の厚みである50μm程度にする。   Then, the thickness adjustment process which adjusts the thickness of the fiber bundle 30 to predetermined thickness is performed. FIG. 2B is a schematic perspective view of the fiber bundle 30 after the thickness adjusting step. For example, the fiber bundle 30 shown in FIG. 2A is sliced in a direction perpendicular to the axial direction of the fiber 20, so that the thickness of the fiber bundle 30 is set to a predetermined thickness (h) as shown in FIG. In this embodiment, the thickness (h) of the fiber bundle 30 is set to about 50 μm, which is the thickness of the composite layer.

続いて、繊維20の中空部21および外表面に、電解質の材料(以下、電解質材料と称する)を配置する電解質材料配置工程を行う。図3(a)は電解質材料配置工程を説明するための模式的斜視図である。電解質材料配置工程は、電解質材料を繊維20の中空部21および外表面に配置できる工程であれば、特に限定されるものではない。本実施例においては、電解質材料配置工程の一例として、繊維束30に電解質材料を含浸させることで繊維20の中空部21および外表面に電解質材料を配置する工程を行う。この場合、例えば塗工によって電解質材料を中空部21および外表面に配置する場合に比較して、容易に繊維20の中空部21および外表面に電解質材料を配置することができる。   Subsequently, an electrolyte material arranging step of arranging an electrolyte material (hereinafter referred to as an electrolyte material) in the hollow portion 21 and the outer surface of the fiber 20 is performed. FIG. 3A is a schematic perspective view for explaining the electrolyte material arranging step. The electrolyte material arranging step is not particularly limited as long as the electrolyte material can be arranged on the hollow portion 21 and the outer surface of the fiber 20. In this embodiment, as an example of the electrolyte material arranging step, the step of arranging the electrolyte material on the hollow portion 21 and the outer surface of the fiber 20 by impregnating the fiber bundle 30 with the electrolyte material is performed. In this case, for example, the electrolyte material can be easily disposed on the hollow portion 21 and the outer surface of the fiber 20 as compared with the case where the electrolyte material is disposed on the hollow portion 21 and the outer surface by coating.

具体的には電解質材料配置工程において、電解質材料(例えばリチウムイオン伝導性固体電解質等の酸化物系電解質等)がサブミクロンに破砕されたものを含んだ溶液を、圧力を加えながら繊維束30に含浸させる圧力含浸を行う。その結果、繊維20の中空部21および外表面に電解質材料が配置される。   Specifically, in the electrolyte material arranging step, a solution containing an electrolyte material (for example, an oxide electrolyte such as a lithium ion conductive solid electrolyte) crushed into submicrons is applied to the fiber bundle 30 while applying pressure. Pressure impregnation is performed. As a result, the electrolyte material is disposed on the hollow portion 21 and the outer surface of the fiber 20.

図3(b)は電解質材料配置工程後の繊維束30を繊維20の軸方向に垂直な方向から見た模式的断面図である。圧力含浸が行われたことで、電解質材料40が繊維20のかつて中空部21であった部分に配置されている。図3(c)は電解質材料配置工程後の繊維束30を繊維20の軸方向から見た模式的断面図である。圧力含浸が行われたことで、電解質材料40は繊維20の外表面にも配置されている。なお本実施例では、電解質材料40によって隣接する繊維20間の隙間全体が埋められており、電解質材料40の充填密度は濃いものとなっている。このように圧力含浸を行うことで、電解質材料40の充填密度を容易に濃くすることができる。   FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of the fiber bundle 30 after the electrolyte material arranging step when viewed from a direction perpendicular to the axial direction of the fibers 20. Due to the pressure impregnation, the electrolyte material 40 is disposed in the portion of the fiber 20 that was once the hollow portion 21. FIG. 3C is a schematic cross-sectional view of the fiber bundle 30 after the electrolyte material arranging step when viewed from the axial direction of the fiber 20. Due to the pressure impregnation, the electrolyte material 40 is also disposed on the outer surface of the fiber 20. In the present embodiment, the entire gap between the adjacent fibers 20 is filled with the electrolyte material 40, and the packing density of the electrolyte material 40 is high. By performing pressure impregnation in this way, the packing density of the electrolyte material 40 can be easily increased.

続いて、電解質材料配置工程後の繊維束30を焼成することで、繊維20を除去して多孔質の電解質を製造する焼成工程を行う。図4(a)は、焼成工程後の電解質を図3(c)と同じ方向から見た模式的断面図である。電解質材料配置工程後の繊維20を焼成することで、繊維20は燃焼して消失する。それにより、繊維20は除去される。繊維20が除去されることによって、かつて繊維20であった部分が孔51として残る。また、電解質材料40は焼成されて緻密化して電解質50になる。その結果、複数の孔51を有する電解質50が製造される。なお、電解質50の孔51の内径は繊維20の外径以下となる。より具体的には、電解質50の孔51の内径は繊維20の肉厚(外径と内径との差)に等しい。   Subsequently, the fiber bundle 30 after the electrolyte material placement step is fired to perform a firing step in which the fibers 20 are removed to produce a porous electrolyte. FIG. 4 (a) is a schematic cross-sectional view of the electrolyte after the firing step as seen from the same direction as FIG. 3 (c). By firing the fiber 20 after the electrolyte material arranging step, the fiber 20 is burned and disappears. Thereby, the fiber 20 is removed. By removing the fiber 20, the portion that was once the fiber 20 remains as the hole 51. Further, the electrolyte material 40 is baked and densified to become the electrolyte 50. As a result, an electrolyte 50 having a plurality of holes 51 is manufactured. The inner diameter of the hole 51 of the electrolyte 50 is equal to or smaller than the outer diameter of the fiber 20. More specifically, the inner diameter of the hole 51 of the electrolyte 50 is equal to the thickness of the fiber 20 (the difference between the outer diameter and the inner diameter).

続いて、電解質50の孔51の表面に導電性材料を配置する導電化処理工程を行う。図4(b)は、導電化処理工程後の電解質を図4(a)と同じ方向から見た模式的断面図である。導電性材料60は、電解質50と後述する電極活物質との導通を確保するために配置されるものであり、導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。本実施例においては、導電性材料60の一例としてカーボンを用いる。この場合、導電化処理工程において、アスコルビン酸等のカーボンを成分に含む水溶性材料(すなわち、水溶性炭素源)を電解質50にコーティングして、炭化処理を行う。それにより、電解質50の孔51の表面にカーボンをコーティングすることができる。   Subsequently, a conductive treatment process is performed in which a conductive material is disposed on the surface of the hole 51 of the electrolyte 50. FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the electrolyte after the conductive treatment process as seen from the same direction as FIG. The conductive material 60 is disposed in order to ensure conduction between the electrolyte 50 and an electrode active material described later, and is not particularly limited as long as it has conductivity. In this embodiment, carbon is used as an example of the conductive material 60. In this case, in the conductive treatment process, the electrolyte 50 is coated with a water-soluble material containing carbon such as ascorbic acid (that is, a water-soluble carbon source), and carbonization is performed. Thereby, the surface of the hole 51 of the electrolyte 50 can be coated with carbon.

続いて、電解質50の孔51に電極活物質を配置する電極活物質配置工程を行う。図5は、電極活物質配置工程後の電解質を図4(b)と同じ方向から見た模式的断面図である。本実施例に係る電極活物質配置工程は、一例として電極活物質70を電解質50の孔51に分散状態で配置する。電極活物質70を分散状態で配置するために、本実施例に係る電極活物質配置工程は、一例として電極活物質70を化学反応によって孔51に析出させている。   Subsequently, an electrode active material arranging step of arranging an electrode active material in the hole 51 of the electrolyte 50 is performed. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the electrolyte after the electrode active material arranging step when viewed from the same direction as FIG. In the electrode active material arranging step according to the present embodiment, the electrode active material 70 is arranged in a dispersed state in the holes 51 of the electrolyte 50 as an example. In order to arrange the electrode active material 70 in a dispersed state, in the electrode active material arrangement process according to the present embodiment, the electrode active material 70 is deposited in the holes 51 by a chemical reaction as an example.

具体的には、電極活物質70が負極活物質の場合、負極活物質として動作可能なSi、Sn等の有機金属材料を超臨界ガス(例えばCO等)中で化学反応させる。それにより、電解質50の孔51の内部に負極活物質としての微粒子が析出する。この際、析出した微粒子は緻密化されず、適度に分散した状態で析出する。このようにして、負極活物質を孔51に分散状態で配置することができる。 Specifically, when the electrode active material 70 is a negative electrode active material, an organic metal material such as Si or Sn that can operate as the negative electrode active material is chemically reacted in a supercritical gas (for example, CO 2 ). As a result, fine particles as a negative electrode active material are deposited inside the holes 51 of the electrolyte 50. At this time, the precipitated fine particles are not densified and are precipitated in an appropriately dispersed state. In this way, the negative electrode active material can be arranged in a dispersed state in the holes 51.

このように電極活物質70が孔51に分散状態で配置されることで、電極活物質70と導電性材料60と電解質50との接触性を良好にすることができる。   Thus, by arranging the electrode active material 70 in the hole 51 in a dispersed state, the contact properties of the electrode active material 70, the conductive material 60, and the electrolyte 50 can be improved.

なお、孔51の内径が繊維20の外径以下であることから、本工程で析出した微粒子の外径も繊維20の外径以下となっている。以上の工程によって、多孔質の電解質50が有する孔51に電極活物質70が分散状態で配置された電極(合材層)を製造することができる。   In addition, since the inner diameter of the hole 51 is equal to or smaller than the outer diameter of the fiber 20, the outer diameter of the fine particles deposited in this step is equal to or smaller than the outer diameter of the fiber 20. Through the above steps, an electrode (a composite layer) in which the electrode active material 70 is disposed in a dispersed state in the holes 51 of the porous electrolyte 50 can be manufactured.

続いて本実施例に係る中空構造の繊維20を用いた電極の製造方法の効果を、繊維20を用いない電極の製造方法(以下、比較例に係る電極の製造方法と称する)と比較しつつ説明する。比較例に係る電極の製造方法は、スクリーン印刷等の塗工によって多孔質の電解質を製造する工程と、多孔質の電解質に電極活物質を塗工によって配置する工程と、を含んでいる。このように塗工によって多孔質の電解質を製造する場合、電解質の孔径を微細にすることは容易ではない。また、電解質の孔径を微細にしたとしても、この微細な孔に塗工によって電極活物質を配置することは容易ではない。例えば、電解質の孔径がサブミクロンの場合、電極活物質を塗工によって電解質の孔に配置することは極めて困難である。したがって比較例に係る電極の製造方法で電極活物質を微細化することは困難である。また、比較例に係る製造方法では、製造された電極の使用時において電極活物質が膨張収縮するためのスペースを確保することも困難である。   Subsequently, while comparing the effect of the electrode manufacturing method using the hollow fiber 20 according to the present embodiment with the electrode manufacturing method that does not use the fiber 20 (hereinafter referred to as the electrode manufacturing method according to the comparative example). explain. The electrode manufacturing method according to the comparative example includes a step of manufacturing a porous electrolyte by coating such as screen printing and a step of arranging an electrode active material on the porous electrolyte by coating. Thus, when producing a porous electrolyte by coating, it is not easy to make the pore diameter of the electrolyte fine. Moreover, even if the pore diameter of the electrolyte is made fine, it is not easy to dispose the electrode active material by coating in this fine hole. For example, when the pore diameter of the electrolyte is submicron, it is extremely difficult to dispose the electrode active material in the electrolyte holes by coating. Therefore, it is difficult to make the electrode active material fine by the electrode manufacturing method according to the comparative example. Further, in the manufacturing method according to the comparative example, it is difficult to secure a space for the electrode active material to expand and contract when the manufactured electrode is used.

これに対して本実施例に係る電極の製造方法によれば、焼成工程において繊維20が除去されることによって、かつて繊維20であった部分が電解質50の複数の孔51となり、この孔51に電極活物質70を配置することができる。そのため、孔51の外径は繊維20の外径以下となり、電極活物質70の外径も繊維20の外径以下となる。したがって、本実施例に係る電極の製造方法によれば、微細な外径を有する繊維20を用いることで電極活物質70を微細化することができることから、電極活物質70を容易に微細化することができる。なお、電極活物質70を容易に微細化できることで、二次電池5の容量も容易に向上させることができる。また、孔51内に電極活物質70が分散状態で配置されていることから、二次電池5の使用時において電極活物質70が膨張収縮するためのスペースも確保されている。   On the other hand, according to the electrode manufacturing method according to the present embodiment, the fiber 20 is removed in the firing step, so that the portion that was once the fiber 20 becomes a plurality of holes 51 of the electrolyte 50. An electrode active material 70 can be disposed. Therefore, the outer diameter of the hole 51 is equal to or smaller than the outer diameter of the fiber 20, and the outer diameter of the electrode active material 70 is equal to or smaller than the outer diameter of the fiber 20. Therefore, according to the electrode manufacturing method according to the present embodiment, the electrode active material 70 can be miniaturized by using the fibers 20 having a fine outer diameter, and therefore the electrode active material 70 can be easily miniaturized. be able to. In addition, since the electrode active material 70 can be easily miniaturized, the capacity of the secondary battery 5 can be easily improved. In addition, since the electrode active material 70 is disposed in the hole 51 in a dispersed state, a space is provided for the electrode active material 70 to expand and contract when the secondary battery 5 is used.

なお、繊維20の外径は特に限定されるものではないが、小さい方が電極活物質70の径を小さくできる点で好ましい。例えば繊維20の外径は、10μm以下であることが好ましく、サブミクロンであることがより好ましい。繊維20の外径が10μm以下の場合、10μm以下の径を有する電解質50の孔51に電極活物質70が配置された電極を製造することができる。繊維20の外径がサブミクロンの場合、サブミクロンの径を有する電解質50の孔51に電極活物質70が配置された電極を製造することができる。   The outer diameter of the fiber 20 is not particularly limited, but a smaller one is preferable in that the diameter of the electrode active material 70 can be reduced. For example, the outer diameter of the fiber 20 is preferably 10 μm or less, and more preferably submicron. When the outer diameter of the fiber 20 is 10 μm or less, an electrode in which the electrode active material 70 is disposed in the hole 51 of the electrolyte 50 having a diameter of 10 μm or less can be manufactured. When the outer diameter of the fiber 20 is submicron, an electrode in which the electrode active material 70 is disposed in the hole 51 of the electrolyte 50 having a submicron diameter can be manufactured.

また、比較例に係る電極の製造方法の場合、製造された電極の性能が使用時間の経過とともに低下するという現象(以下、経時劣化と称する)が生じるおそれがある。この経時劣化のメカニズムは以下のとおりである。まず、二次電池の電極は、二次電池の充放電に伴って、膨張・収縮を繰り返す。電極が膨張・収縮を繰り返した場合、電極活物質が破壊されるおそれがある。電極活物質が破壊された場合、電極活物質はより微細化される。比較例に係る電極の製造方法では、電極活物質の電解質によるホールド性が十分でないため、二次電池の充放電によって電極活物質の微細化が進行した場合、電極活物質が電解質の孔から外れるおそれがある。この場合、電子伝導とLiイオン伝導のパス切れが発生してしまい、電極の性能が低下してしまう。   In addition, in the case of the method for manufacturing an electrode according to the comparative example, there is a possibility that a phenomenon that the performance of the manufactured electrode deteriorates with the passage of time of use (hereinafter referred to as deterioration with time). The mechanism of this aging deterioration is as follows. First, the electrode of the secondary battery repeatedly expands and contracts as the secondary battery is charged and discharged. When the electrode repeatedly expands and contracts, the electrode active material may be destroyed. When the electrode active material is destroyed, the electrode active material is further refined. In the electrode manufacturing method according to the comparative example, since the hold property of the electrode active material by the electrolyte is not sufficient, the electrode active material is detached from the electrolyte hole when the electrode active material is refined by charging / discharging of the secondary battery. There is a fear. In this case, the disconnection of the electron conduction and Li ion conduction occurs, and the performance of the electrode deteriorates.

これに対して本実施例に係る電極の製造方法によれば、電極活物質70は、その周囲が導電性材料60を表面に有する電解質50によって囲まれている(図5)。それにより、電極活物質70は電極に強固にホールドされている。したがって、電極活物質70は、仮に充放電時の電極の膨張・収縮によって微細化が進行したとしても、電解質50の孔51から外れ難くなっている。また、仮に電極活物質70の微細化が進行して孔51の内部で移動したとしても、導電性材料60によって電解質50と電極活物質70との導電性は確保されている。このように本実施例に係る製造方法による電極によれば、充放電による電極活物質70の微細化が進行したとしても、電極としての機能を長期に亘って維持することができる。すなわち、本実施例に係る電極の製造方法によれば、電極の経時劣化を抑制することができる。   On the other hand, according to the method for manufacturing an electrode according to the present example, the periphery of the electrode active material 70 is surrounded by the electrolyte 50 having the conductive material 60 on the surface (FIG. 5). Thereby, the electrode active material 70 is firmly held by the electrode. Accordingly, the electrode active material 70 is difficult to be removed from the hole 51 of the electrolyte 50 even if the electrode active material 70 is miniaturized due to the expansion / contraction of the electrode during charge / discharge. Even if the electrode active material 70 is further refined and moved inside the hole 51, the conductivity between the electrolyte 50 and the electrode active material 70 is ensured by the conductive material 60. As described above, according to the electrode produced by the manufacturing method according to the present example, the function as the electrode can be maintained for a long time even if the electrode active material 70 is miniaturized by charging and discharging. That is, according to the manufacturing method of the electrode according to the present embodiment, it is possible to suppress deterioration of the electrode with time.

なお、本実施例に係る電極の製造方法が適用される二次電池5は、固体リチウム二次電池に限られない。本実施例に係る電極の製造方法は、固体電解質層10に代えてセパレータを備える液系のリチウム二次電池、キャパシタ等の電極にも適用することができる。   The secondary battery 5 to which the electrode manufacturing method according to the present embodiment is applied is not limited to a solid lithium secondary battery. The electrode manufacturing method according to the present embodiment can also be applied to electrodes such as liquid lithium secondary batteries and capacitors provided with a separator instead of the solid electrolyte layer 10.

5 二次電池
10 固体電解質層
11 正極合材層
12 正極集電箔
13 負極合材層
14 負極集電箔
20 繊維
21 中空部
30 繊維束
40 電解質材料
50 電解質
51 孔
60 導電性材料
70 電極活物質
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Secondary battery 10 Solid electrolyte layer 11 Positive electrode compound layer 12 Positive electrode current collector foil 13 Negative electrode compound material layer 14 Negative electrode current collector foil 20 Fiber 21 Hollow part 30 Fiber bundle 40 Electrolyte material 50 Electrolyte 51 Hole 60 Conductive material 70 Electrode activity material

Claims (8)

中空構造の繊維を複数備える繊維束の前記繊維の中空部および前記繊維の外表面に電解質材料が配置されたものを焼成することで、前記繊維を除去して多孔質の電解質を製造する焼成工程と、
前記焼成工程後の前記電解質が有する孔の表面に導電性材料を配置する導電化処理工程と、
前記導電化処理工程後の前記電解質の前記孔に電極活物質を配置する電極活物質配置工程と、を含むことを特徴とする二次電池用電極の製造方法。
A firing step of producing a porous electrolyte by removing the fiber by firing the hollow portion of the fiber bundle having a plurality of hollow structure fibers and the outer surface of the fiber having an electrolyte material disposed thereon When,
A conductive treatment step of disposing a conductive material on the surface of the hole of the electrolyte after the firing step;
An electrode active material disposing step of disposing an electrode active material in the hole of the electrolyte after the conductive treatment step.
前記繊維の外径は10μm以下であることを特徴とする請求項1記載の二次電池用電極の製造方法。   2. The method for producing an electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the outer diameter of the fiber is 10 [mu] m or less. 前記繊維の外径は1μm以下であることを特徴とする請求項2記載の二次電池用電極の製造方法。   The method for producing an electrode for a secondary battery according to claim 2, wherein the outer diameter of the fiber is 1 µm or less. 前記電極活物質配置工程は、前記孔に前記電極活物質を分散状態で配置させる工程を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の二次電池用電極の製造方法。   The method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode active material arranging step includes a step of arranging the electrode active material in a dispersed state in the hole. 前記焼成工程の前に、前記繊維束に前記電解質材料を含浸させることで前記繊維の中空部および前記繊維の外表面に前記電解質材料を配置する電解質材料配置工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の二次電池用電極の製造方法。   The electrolyte material disposing step of disposing the electrolyte material on the hollow portion of the fiber and on the outer surface of the fiber by impregnating the fiber bundle with the electrolyte material before the firing step. Item 5. A method for producing an electrode for a secondary battery according to any one of Items 1 to 4. 前記繊維の材質は、セルロース、ポリイミドまたはポリアミドであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の二次電池用電極の製造方法。   The method for producing an electrode for a secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the material of the fiber is cellulose, polyimide or polyamide. 前記導電性材料はカーボンであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の二次電池用電極の製造方法。   The method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the conductive material is carbon. 前記二次電池はリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の二次電池用電極の製造方法。   The said secondary battery is a lithium ion secondary battery, The manufacturing method of the electrode for secondary batteries in any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned.
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