JP2013067747A - Active material ink for nozzle dispensing - Google Patents

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Takeshi Matsuda
健 松田
Masakazu Sanada
雅和 真田
Takatsugu Furuichi
考次 古市
Kuniko Teraki
邦子 寺木
Kenta Hiramatsu
賢太 平松
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Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an active material ink for nozzle dispensing suitable for use upon manufacturing an electrode by a nozzle dispensing method, and capable of forming a linear active material part of a high aspect ratio.SOLUTION: The active material ink for nozzle dispensing contains an active material, a binder, a conductive material, and a dispersion medium, and has a shear viscosity of 48.9 Pa s or lower at a shear rate of 100 sand 4,060 Pa s or more at a shear rate of 0.01 s.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の電極をノズルディスペンス法により作製する際に用いるノズルディスペンス用活物質インクに関する。   The present invention relates to an active material ink for nozzle dispensing used when an electrode of a lithium ion secondary battery is produced by a nozzle dispensing method.

正極、負極、電解質(電解液)及びセパレータ等で構成されているリチウムイオン二次電池は、軽量、大容量かつ高速充放電可能であるため、現在、ノートパソコンや携帯電話等のモバイル機器や自動車等の分野において広く普及しているが、更なる大容量化及び高速充放電のために、様々な研究がなされている。   Lithium ion secondary batteries composed of a positive electrode, negative electrode, electrolyte (electrolyte), separator, etc. are lightweight, large-capacity, and capable of high-speed charge / discharge. However, various researches have been made to further increase the capacity and charge / discharge at high speed.

このようなリチウムイオン二次電池の製造方法としては、従来、例えば、アルミニウム箔や銅箔等の集電体上に活物質インクを塗布して乾燥した後、規定密度になるようにプレスを行う方法が多く用いられ、その後、所定の容器に挿入し、電解液が注入されて作製される。   As a method for manufacturing such a lithium ion secondary battery, conventionally, for example, an active material ink is applied on a current collector such as an aluminum foil or a copper foil, dried, and then pressed to a specified density. The method is often used, and thereafter, it is inserted into a predetermined container and injected with an electrolytic solution.

これに対し、電解液には有機溶媒が含まれ、ショート等による発火事件が懸念されることから、固体電解質を用いてセパレータを省略した全固体電池が提案されている。この全固体電池では、正極及び負極にそれぞれ含まれる正極活物質及び負極活物質と電解質との反応が律速となるが、固体電解質のリチウムイオン伝導度が低いため、正極と負極との間隔をできるだけ狭くする必要がある。   On the other hand, since the electrolytic solution contains an organic solvent and there is a concern about an ignition case due to a short circuit or the like, an all-solid battery in which a separator is omitted using a solid electrolyte has been proposed. In this all-solid-state battery, the reaction between the positive electrode active material and the negative electrode active material contained in the positive electrode and the negative electrode, respectively, and the electrolyte is rate-determined. However, the lithium ion conductivity of the solid electrolyte is low, so It needs to be narrowed.

この点に着目し、例えば、特許文献1(特開2011−70788号公報)においては、低コスト、高安全性、高エネルギー密度・高出力を実現する全固体電池構造を提供することを意図して、凹凸構造を有する活物質層を含む3次元構造の電極を有する全固体電池の製造方法が提案されている。薄い固体電解質層を形成すると、抵抗が小さく、イオン移動距離が短いためより高出力の電池が得られ、また、平面状の正極及び負極よりも、凹凸構造を有する正極及び負極を用いたほうが、反応面積が向上して効果的である。   Focusing on this point, for example, Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2011-70788) intends to provide an all-solid-state battery structure that realizes low cost, high safety, high energy density, and high output. Thus, a method for manufacturing an all-solid battery having an electrode having a three-dimensional structure including an active material layer having an uneven structure has been proposed. When a thin solid electrolyte layer is formed, a battery having a higher output is obtained because the resistance is small and the ion movement distance is short, and it is better to use a positive electrode and a negative electrode having a concavo-convex structure than a flat positive electrode and a negative electrode. The reaction area is improved and effective.

上記特許文献1において、凹凸構造を有する活物質層の形成については、具体的には、活物質を含むペースト状乃至はスラリー状の塗布液(インク)をノズルから吐出させて基材である集電体の表面に塗布して凹凸パターンを有する活物質層を形成する方法(ノズルディスペンス法)が提案されている。   In the above Patent Document 1, for the formation of an active material layer having a concavo-convex structure, specifically, a paste or slurry-like coating liquid (ink) containing an active material is ejected from a nozzle to form a collection of substrates. There has been proposed a method (nozzle dispensing method) for forming an active material layer having a concavo-convex pattern by coating on the surface of an electric body.

このようなノズルディスペンス法による塗布技術は研究が進んでおり、塗布液の組成を適宜調整した上で、基材表面に対してノズルを所定方向に相対移動させて、ライン状に塗布液を基材表面に塗布する。このような構成によれば、ラインの幅や高さの安定したパターンを形成することが可能であり、良好な性能を有する電池を安定して製造することができる。   Research on coating technology using such a nozzle dispensing method is advancing, and after adjusting the composition of the coating solution as appropriate, the nozzle is moved relative to the surface of the substrate in a predetermined direction so that the coating solution is linearly formed. Apply to the material surface. According to such a configuration, it is possible to form a pattern with a stable line width and height, and it is possible to stably manufacture a battery having good performance.

特開2011−70788号公報JP 2011-70788 A

しかしながら、上記のようなノズルディスペンス法により、活物質インクを集電体に塗布して凹凸構造の電極を得るためには、高いせん断粘度の活物質インクを用いることが考えられるが、むやみに活物質インクのせん断粘度を増大させるとノズルからの吐出が困難になることがある。   However, in order to obtain an electrode having an uneven structure by applying the active material ink to the current collector by the nozzle dispensing method as described above, it is conceivable to use an active material ink having a high shear viscosity. Increasing the shear viscosity of the material ink may make it difficult to eject from the nozzle.

また、逆にせん断粘度を低減させると、集電体に塗布された直後の活物質インクの形状が流れたり崩れたりしてしまい、凹凸構造の電極が得られにくい。単位面積当たりの容量(Ah/cm)の大きい電池を実現する電極を得るためには、単純に考えれば、活物質インクの塗布量を増大させて活物質層を構成する線状活物質部のアスペクト比を高めることが好適であるが、活物質インクのせん断粘度を低減させるとこれを実現できない。 On the other hand, when the shear viscosity is reduced, the shape of the active material ink immediately after being applied to the current collector flows or collapses, and it is difficult to obtain an electrode having an uneven structure. In order to obtain an electrode that realizes a battery with a large capacity per unit area (Ah / cm 2 ), simply thinking, a linear active material portion that forms an active material layer by increasing the amount of active material ink applied. It is preferable to increase the aspect ratio of the ink, but this cannot be realized if the shear viscosity of the active material ink is reduced.

そこで、本発明の目的は、ノズルディスペンス法で電極を作製する際に用いるのに適しており、高アスペクト比の線状活物質部を形成可能なノズルディスペンス用活物質インクを提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide an active material ink for nozzle dispensing that is suitable for use in producing an electrode by a nozzle dispensing method and can form a linear active material portion having a high aspect ratio. .

上記課題を解決すべく、本発明者らは、
活物質、バインダ、導電材及び分散媒を含み、
100s−1のせん断速度で48.9Pa・s以下、0.01s−1のせん断速度で4060Pa・s以上のせん断粘度を有すること、
を特徴とするノズルディスペンス用活物質インクを提供する。
In order to solve the above problems, the present inventors have
Including active material, binder, conductive material and dispersion medium,
48.9Pa · s or less at a shear rate of 100s -1, have a shear viscosity of more than 4060Pa · s at a shear rate of 0.01s -1,
An active material ink for nozzle dispensing is provided.

このような構成を有する本発明のノズルディスペンス用活物質インクは、せん断力が大きい場合に低いせん断粘度を有することから、ノズルから確実に吐出することができ、また、せん断力が小さい場合に高いせん断粘度を有することから、ノズルから吐出されて集電体上に塗布された状態で、その形状が崩れにくく、高アスペクト比の線状活物質部を有する凹凸構造の電極を確実に得ることができる。   The active material ink for nozzle dispensing of the present invention having such a configuration has a low shear viscosity when the shearing force is large, and thus can be reliably discharged from the nozzle, and is high when the shearing force is small. Since it has a shear viscosity, it is hard to collapse when it is discharged from a nozzle and applied onto a current collector, and an electrode having a concavo-convex structure having a linear active material portion with a high aspect ratio can be reliably obtained. it can.

また、上記本発明のノズルディスペンス用活物質インクは、開口面積dが7500〜32000μmであるノズルを用いたノズルディスペンス法に使用するのが好ましい。 Further, the active material ink for nozzle dispensing of the present invention is preferably used in a nozzle dispensing method using a nozzle having an opening area d of 7500 to 32000 μm 2 .

上記本発明のノズルディスペンス用活物質インクは、開口面積dが7500〜32000μmであるノズルを用いた場合に、より確実にノズルから吐出することができ、また、より確実に高アスペクト比の線状活物質部を有する凹凸構造の電極を形成することができる。 The active material ink for nozzle dispensing of the present invention can be discharged from the nozzle more reliably when using a nozzle having an opening area d of 7500 to 32000 μm 2 , and more reliably a line with a high aspect ratio. An electrode having a concavo-convex structure having a solid active material portion can be formed.

本発明によれば、ノズルディスペンス法で電極を作製する際に用いるのに適しており、高アスペクト比の線状活物質部を形成可能なノズルディスペンス用活物質インクを得ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is suitable when using at the time of producing an electrode by the nozzle dispensing method, and can obtain the active material ink for nozzle dispensing which can form the linear active material part of a high aspect ratio.

ノズルディスペンス法において、活物質インクをノズルから吐出して集電体上に塗布し線状活物質部を形成する様子を示す図である。In a nozzle dispensing method, it is a figure which shows a mode that active material ink is discharged from a nozzle, and it apply | coats on a collector, and forms a linear active material part. 本発明の実験例において調製した活物質インク1〜8のせん断速度とせん断粘度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the shear rate of the active material inks 1-8 prepared in the experiment example of this invention, and shear viscosity.

本発明のノズルディスペンス用活物質インクは、活物質、バインダ、導電材及び分散媒を含み、0.01s−1のせん断速度で4060Pa・s以上で、100s−1のせん断速度で48.9Pa・s以下のせん断粘度を有すること、を特徴とする。 Nozzles dispense the active material for the ink of the present invention, active material, binder, it comprises a conductive material and a dispersion medium, at a shear rate of 0.01s -1 at 4060Pa · s or more, 48.9Pa · at a shear rate of 100s -1 It has the shear viscosity below s.

まず、本発明のノズルディスペンス用活物質インクをノズルディスペンス法を用いて線状活物質部で構成される活物質層を形成する様子を図1に示す。図1の(a)は、ノズルディスペンス法によって集電体10上に活物質層を構成する線状活物質部12aが形成される様子を模式的に示す側面図(即ち、集電体10の主面に対して略平行なX方向からみた場合にみえる図)であり、図1の(b)は、ノズルディスペンス法によって活物質層を構成する線状活物質部12aが形成される様子を模式的に示す斜視図である。   First, FIG. 1 shows a state in which an active material layer composed of a linear active material portion is formed using the nozzle dispensing method of the active material ink for nozzle dispensing of the present invention. FIG. 1A is a side view schematically showing a state in which the linear active material portion 12a constituting the active material layer is formed on the current collector 10 by the nozzle dispensing method (that is, the current collector 10 FIG. 1B shows a state in which the linear active material portion 12a constituting the active material layer is formed by the nozzle dispensing method. It is a perspective view showing typically.

線状活物質部12aは、図1に示すように、例えば(ア)活物質を含む活物質インク(ペースト状乃至はスラリー状の塗布液)を間隔Sで線状に吐出するノズル40を集電体10に対して相対移動させ、集電体10上に複数本の凸状の線状活物質部12aを形成する塗布工程(即ち、ノズルディスペンス法を用いた塗布工程)、及び、(イ)線状活物質部12aを乾燥させる乾燥工程により形成される。   As shown in FIG. 1, the linear active material portion 12 a collects, for example, (a) a nozzle 40 that discharges an active material ink (paste-like or slurry-like coating liquid) containing an active material in a linear manner at intervals S. An application process for forming a plurality of convex linear active material portions 12a on the current collector 10 (ie, an application process using a nozzle dispensing method), and (a ) It is formed by a drying process for drying the linear active material portion 12a.

より具体的には、上記(ア)の塗布工程では、図1の(a)に示すように、集電体10を矢印Yの方向に搬送することにより、ノズル40を集電体10に対して相対移動させる。搬送される集電体10の表面には、ノズル40から、活物質インクが間隔Sで吐出されて線状活物質部12aを形成する。ノズル40の位置が固定して、集電体10が搬送されることにより、ノズル40が集電体10に対して相対移動される。もちろん、集電体10の位置を固定して、ノズル40を走査することにより、ノズル40を集電体10に対して相対移動させてもよい。 More specifically, in the coating step (A), as shown in FIG. 1 (a), by conveying the collector 10 in the direction of arrow Y 1, the nozzle 40 to the collector 10 Move relative to it. On the surface of the current collector 10 being conveyed, the active material ink is ejected from the nozzle 40 at intervals S to form the linear active material portion 12a. When the position of the nozzle 40 is fixed and the current collector 10 is transported, the nozzle 40 is moved relative to the current collector 10. Of course, the nozzle 40 may be moved relative to the current collector 10 by scanning the nozzle 40 while fixing the position of the current collector 10.

図1においては、活物質インクを吐出するための吐出口が複数設けられたノズル40を、集電体10上方に配置し、その吐出口から一定量の活物質インクを吐出させながら、集電体10をノズル40に対して相対的に矢印Yの方向に一定速度で搬送させる。これにより、集電体10上には、Y方向に沿って活物質インクからなる複数本の線状の凸状活物質活部12aが間隔Sで形成されて、ストライプ状のラインアンドスペースのパターン形状となるように活物質インクが塗布される。 In FIG. 1, a nozzle 40 provided with a plurality of discharge ports for discharging active material ink is disposed above the current collector 10, and a current collector is discharged while discharging a certain amount of active material ink from the discharge port. the body 10 in the direction of the relative arrow Y 1 with respect to the nozzle 40 is conveyed at a constant speed. As a result, a plurality of linear convex active material active portions 12a made of active material ink are formed at intervals S on the current collector 10 along the Y direction, and a striped line and space pattern is formed. The active material ink is applied so as to have a shape.

ノズル40に複数個の吐出口を間隔Sで設ければ一方向における一回の相対移動で複数本の線状活物質部12aを形成してストライプ状とすることができ、集電体10の搬送を続けることにより、集電体10の全面にストライプ状に凸状の線状活物質部12aを形成することができる。ノズル40には単一の吐出口だけが設けられていてもよく、この場合、当該ノズル40と集電体10とを往復して相対移動させ、また、線状活物質部12aの長さ方向に対して略垂直な方向において、当該ノズル40と集電体10との位置を相対的にずらすことにより、集電体10の全面にストライプ状に凸状の線状活物質部12aを形成することができる。   If a plurality of discharge ports are provided at intervals S in the nozzle 40, a plurality of linear active material portions 12a can be formed in a single relative movement in one direction to form a stripe shape. By continuing the conveyance, it is possible to form the linear active material portion 12a having a convex shape on the entire surface of the current collector 10 in a stripe shape. The nozzle 40 may be provided with only a single discharge port. In this case, the nozzle 40 and the current collector 10 are reciprocally moved relative to each other, and the length direction of the linear active material portion 12a. In a direction substantially perpendicular to the surface, the positions of the nozzle 40 and the current collector 10 are relatively shifted to form a linear active material portion 12a that is convex in a stripe shape on the entire surface of the current collector 10. be able to.

ここで、ノズル40から活物質インクが吐出される場合には活物質インクに大きなせん断力がかかるところ(装置にもよるが、例えば100s−1〜10000s−1)、100s−1のせん断速度で48.9Pa・s以下のせん断粘度を有すれば、活物質インクをノズルから確実に吐出することができることを本発明者らは見出した。 Here, when the active material ink is ejected from the nozzle 40, a large shearing force is applied to the active material ink (for example, 100 s −1 to 10000 s −1 depending on the apparatus), but at a shear rate of 100 s −1. The present inventors have found that the active material ink can be reliably discharged from the nozzle if it has a shear viscosity of 48.9 Pa · s or less.

また、ノズル40から活物質インクが吐出されて集電体10上に塗布された状態では、活物質インクにほとんどせん断力がかからないところ(例えば0〜0.01s−1)、0.01s−1のせん断速度で4060Pa・s以上のせん断粘度を有すれば、その形状が崩れにくく、高アスペクト比の線状活物質部を確実に得ることができることを本発明者らは見出した。 In a state where the active material ink from the nozzle 40 is applied onto the collector 10 is discharged, when not applied almost shear force to the active material ink (e.g. 0~0.01s -1), 0.01s -1 The present inventors have found that if the shear viscosity is 4060 Pa · s or more at a shear rate of not less than the shape, the shape is not easily collapsed, and a linear active material part having a high aspect ratio can be obtained reliably.

そこで、本発明のノズルディスペンス用活物質インクは、100s−1のせん断速度で48.9Pa・s以下で、0.01s−1のせん断速度で4060Pa・s以上のせん断粘度を有すること、を特徴とする。 Therefore, the nozzles dispense the active material for the ink of the present invention is characterized by the following 48.9Pa · s at a shear rate of 100s -1, have a shear viscosity of more than 4060Pa · s at a shear rate of 0.01s -1, and And

また、本発明のノズルディスペンス用活物質インクは、開口面積dが7500〜32000μmである吐出口を有するノズルを用いて、ノズルディスペンス法に使用するのが好ましい。この範囲であれば、より確実にノズルから吐出することができ、また、より確実に高アスペクト比の線状活物質部を有する凹凸構造の電極を形成することができる。 Moreover, it is preferable that the active material ink for nozzle dispensing of the present invention is used for a nozzle dispensing method using a nozzle having an opening having an opening area d of 7500 to 32000 μm 2 . If it is this range, it can discharge more reliably from a nozzle and can form the electrode of the uneven structure which has a linear active material part of a high aspect ratio more reliably.

活物質インクに含まれる活物質は、負極活物質又は正極活物質である。
負極極活物質としては、本発明の技術分野で常用されるものを使用でき、例えば、金属、金属繊維、炭素材料、酸化物、窒化物、珪素、珪素化合物、錫、錫化合物、各種合金材料等が挙げられる。これらのなかでも、容量密度の大きさ等を考慮すると、酸化物、炭素材料、珪素、珪素化合物、錫、錫化合物等が好ましい。酸化物としては、例えば、式:Li4/3Ti5/3−xFe(0≦x≦0.2)で表されるチタン酸リチウム等が挙げられる。炭素材料としては、例えば、各種天然黒鉛(グラファイト)、コークス、黒鉛化途上炭素、炭素繊維、球状炭素、各種人造黒鉛、非晶質炭素等が挙げられる。珪素化合物としては、例えば、珪素含有合金、珪素含有無機化合物、珪素含有有機化合物、固溶体等が挙げられる。珪素化合物の具体例としては、例えば、SiO(0.05<a<1.95)で表される酸化珪素、珪素とFe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Sn及びTiから選ばれる少なくとも1種の元素とを含む合金、珪素、酸化珪素又は合金に含まれる珪素の一部がB、Mg、Ni、Ti、Mo、Co、Ca、Cr、Cu、Fe、Mn、Nb、Ta、V、W、Zn、C、N及びSnから選ばれる少なくとも1種の元素で置換された珪素化合物又は珪素含有合金、これらの固溶体等が挙げられる。錫化合物としては、例えば、SnO(0<b<2)、SnO、SnSiO、NiSn、MgSn等が挙げられる。負極活物質は1種を単独で用いてもよく、必要に応じて2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The active material contained in the active material ink is a negative electrode active material or a positive electrode active material.
As the negative electrode active material, those commonly used in the technical field of the present invention can be used. For example, metals, metal fibers, carbon materials, oxides, nitrides, silicon, silicon compounds, tin, tin compounds, various alloy materials Etc. Of these, oxides, carbon materials, silicon, silicon compounds, tin, tin compounds and the like are preferable in view of the capacity density. As the oxide, for example, the formula: Li 4/3 Ti 5/3- x Fe x O 4 lithium titanate represented by (0 ≦ x ≦ 0.2) and the like. Examples of the carbon material include various natural graphite (graphite), coke, graphitizing carbon, carbon fiber, spherical carbon, various artificial graphite, amorphous carbon, and the like. Examples of the silicon compound include a silicon-containing alloy, a silicon-containing inorganic compound, a silicon-containing organic compound, a solid solution, and the like. Specific examples of the silicon compound include, for example, silicon oxide represented by SiO a (0.05 <a <1.95), silicon and Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Cu, Zn, Ge, An alloy containing at least one element selected from In, Sn, and Ti, silicon, silicon oxide, or a part of silicon contained in the alloy is B, Mg, Ni, Ti, Mo, Co, Ca, Cr, Cu, Examples thereof include silicon compounds or silicon-containing alloys substituted with at least one element selected from Fe, Mn, Nb, Ta, V, W, Zn, C, N, and Sn, and solid solutions thereof. Examples of the tin compound include SnO b (0 <b <2), SnO 2 , SnSiO 3 , Ni 2 Sn 4 , Mg 2 Sn, and the like. A negative electrode active material may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type as needed.

正極活物質としては、例えば、リチウム含有複合金属酸化物、カルコゲン化合物、二酸化マンガン等が挙げられる。リチウム含有複合金属酸化物は、リチウムと遷移金属とを含む金属酸化物又は該金属酸化物中の遷移金属の一部が異種元素によって置換された金属酸化物である。ここで、異種元素としては、例えば、Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、B等が挙げられ、Mn、Al、Co、Ni、Mg等が好ましい。異種元素は1種でも又は2種以上でもよい。これらのなかでも、リチウム含有複合金属酸化物を好ましく使用できる。リチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiCoNi1−y、LiCo1−y、LiNi1−y、LiMn、LiMn2−y、LiMPO、LiMPOF(前記各式中、例えば、MはNa、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、V及びBよりなる群から選ばれる少なくとも1種。0<x≦1.2、0<y≦0.9、2.0≦z≦2.3)、LiMeO(式中、Me=MxMyMz;Me及びMは遷移金属、x+y+z=1)等が挙げられる。リチウム含有複合金属酸化物の具体例としては、例えば、LiNi1/3Mn1/3Co1/3、LiNi0.8Co0.15Al0.05等が挙げられる。ここで、上記各式中リチウムのモル比を示すx値は、充放電により増減する。また、カルコゲン化合物としては、例えば二硫化チタン、二硫化モリブデン等が挙げられる。正極活物質は1種を単独で使用でき2種以上を併用してもよい。 Examples of the positive electrode active material include lithium-containing composite metal oxides, chalcogen compounds, and manganese dioxide. The lithium-containing composite metal oxide is a metal oxide containing lithium and a transition metal or a metal oxide in which a part of the transition metal in the metal oxide is substituted with a different element. Here, examples of the different elements include Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, and B, and Mn, Al, Co, Ni, Mg and the like are preferable. One kind or two or more kinds of different elements may be used. Among these, lithium-containing composite metal oxides can be preferably used. The lithium-containing composite metal oxide, for example, Li x CoO 2, Li x NiO 2, Li x MnO 2, Li x Co y Ni 1-y O 2, Li x Co y M 1-y O z, Li x Ni 1-y M y O z , Li x Mn 2 O 4, Li x Mn 2-y M y O 4, LiMPO 4, Li 2 MPO 4 F ( in the respective formulas, for example, M is Na, Mg, Sc , Y, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, V and B. At least one selected from the group consisting of 0 <x ≦ 1.2 and 0 <y ≦ 0. 9, 2.0 ≦ z ≦ 2.3), LiMeO 2 (wherein Me = MxMyMz; Me and M are transition metals, x + y + z = 1), and the like. Specific examples of the lithium-containing composite metal oxide include LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 . Here, x value which shows the molar ratio of lithium in each said formula increases / decreases by charging / discharging. Examples of the chalcogen compound include titanium disulfide and molybdenum disulfide. A positive electrode active material can be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

また、活物質インクは導電材を含む。導電材としては、本発明の技術分野で常用されるものを使用でき、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類、フッ化カーボン、アルミニウム等の金属粉末類、酸化亜鉛等の導電性ウィスカー類、酸化チタン等の導電性金属酸化物、フェニレン誘導体等の有機導電性材料等が挙げられる。導電剤は1種を単独で使用でき又は必要に応じて2種以上を組み合わせて使用できる。   The active material ink includes a conductive material. As the conductive material, those commonly used in the technical field of the present invention can be used. For example, graphites such as natural graphite and artificial graphite, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, etc. Carbon blacks, conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers, metal powders such as carbon fluoride and aluminum, conductive whiskers such as zinc oxide, conductive metal oxides such as titanium oxide, phenylene derivatives, etc. And organic conductive materials. A conductive agent can be used individually by 1 type, or can be used in combination of 2 or more type as needed.

活物質インクに含まれるバインダ(結着剤)としても、本発明の技術分野で常用されるものを使用でき、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルホン、ポリヘキサフルオロプロピレン、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンジエン共重合体、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。また、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸、ヘキサジエン等から選ばれるモノマー化合物の共重合体を結着剤として用いてもよい。結着剤は1種を単独で使用でき又は必要に応じて2種以上を組み合わせて使用できる。   As the binder (binder) contained in the active material ink, those commonly used in the technical field of the present invention can be used. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene, polypropylene, Aramid resin, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyacrylonitrile, polyacrylic acid, polyacrylic acid methyl ester, polyacrylic acid ethyl ester, polyacrylic acid hexyl ester, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid methyl ester, polyethyl methacrylate Esters, poly (hexyl methacrylate), polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidone, polyether, polyether sulfone, polyhexafluoropropylene, styrene-butadiene rubber, ethylene-propylene diene Coalescence, and carboxymethyl cellulose. Copolymers of monomer compounds selected from tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, perfluoroalkyl vinyl ether, vinylidene fluoride, chlorotrifluoroethylene, ethylene, propylene, pentafluoropropylene, fluoromethyl vinyl ether, acrylic acid, hexadiene, etc. May be used as a binder. A binder can be used individually by 1 type, or can be used in combination of 2 or more type as needed.

分散媒としては、多くの電解液に含まれ得る六フッ化リン酸リチウム(LiPF)等を分解しないように、水を除く有機溶媒を用いるのが好ましい。かかる有機溶媒としては、本発明の技術分野で常用されるものを使用でき、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルアミン、アセトン、シクロヘキサノン等が挙げられる。有機溶媒は1種を単独で使用でき又は2種以上を混合して使用できる。 As the dispersion medium, it is preferable to use an organic solvent excluding water so as not to decompose lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) or the like that can be contained in many electrolyte solutions. As the organic solvent, those commonly used in the technical field of the present invention can be used, and examples thereof include dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylamine, acetone, and cyclohexanone. Can be mentioned. An organic solvent can be used individually by 1 type, or can mix and use 2 or more types.

なお、集電体10としては、本発明の属する技術分野において公知の材料が用いられ、例えばアルミニウム箔等の金属膜であればよい。また、集電体10は、絶縁性の基材の表面に形成されていてもよい。このような基材としては絶縁性材料で形成された平板状部材を用いればよく、かかる絶縁性材料としては、例えば樹脂、ガラス又はセラミックス等が挙げられる。また、基材は可撓性を有するフレキシブル基板であってもよい。   The current collector 10 is made of a material known in the technical field to which the present invention belongs, and may be a metal film such as an aluminum foil. The current collector 10 may be formed on the surface of an insulating base material. As such a base material, a flat plate member formed of an insulating material may be used. Examples of such an insulating material include resin, glass, ceramics, and the like. The base material may be a flexible flexible substrate.

ここで、本発明のノズルディスペンス用活物質インクは、当該活物質インクがノズル40から確実に吐出でき、かつ吐出後集電体10上においてその形状を維持し得るのであれば、種々の固形分割合を有することができる。ただし、85質量%であるのが好ましい。   Here, the active material ink for nozzle dispensing of the present invention has various solid contents as long as the active material ink can be reliably discharged from the nozzle 40 and can maintain its shape on the current collector 10 after discharge. Can have a proportion. However, it is preferably 85% by mass.

本発明のノズルディスペンス用活物質インクのせん断粘度は、活物質、バインダ、導電材及び分散媒(並びにその他の任意成分)の種類や配合量及び固形分割合によって異なるが、これら各成分を常法により攪拌・混合(混練)する際の強さや時間によっても調整することができる。   The shear viscosity of the active material ink for nozzle dispensing of the present invention varies depending on the type, blending amount and solid content ratio of the active material, binder, conductive material and dispersion medium (and other optional components). Thus, the strength and time during stirring and mixing (kneading) can be adjusted.

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

質量比8:1:1の割合で、下記の表1に示す活物質と、導電材であるアセチレンブラックと、バインダであるポリフッ化ビニリデン(PVDF)と、を混合した。得られた混合物に、活物質濃度が表2に示す濃度となるように、分散媒であるN−メチル−2−ピロリドンを混合し、インク1〜8を調製した。   The active material shown in Table 1 below, acetylene black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were mixed at a mass ratio of 8: 1: 1. Ink 1 to 8 were prepared by mixing the resulting mixture with N-methyl-2-pyrrolidone, which is a dispersion medium, so that the active material concentration becomes the concentration shown in Table 2.

なお、チタン酸リチウムについて、比表面積はBET法、タップ密度は200回タッピング、メジアン径はレーザー回折散乱法((株)堀場製作所製LA−910)、コバルト酸リチウムについて、メジアン径はMicrotrac(×100)を用いた。   For lithium titanate, the specific surface area is the BET method, the tap density is tapping 200 times, the median diameter is the laser diffraction scattering method (LA-910, manufactured by Horiba, Ltd.), and the median diameter of lithium cobaltate is Microtrac (× 100) was used.

Figure 2013067747
Figure 2013067747

[評価]
幅70μm、高さ110μm(開口面積d=7700μm)のノズルA、又は、幅50μm、高さ150μm(開口面積d=7500μm)のノズルB、を用いて、得られた活物質インク1〜8を吐出させることができるか否かを調べた。結果を表2に示した。また、吐出後の活物質インクの形状状態を目視により観察したところ、インク1〜8のいずれの場合にもその形状は崩れていなかった。
[Evaluation]
Using the nozzle A having a width of 70 μm and a height of 110 μm (opening area d = 7700 μm 2 ) or the nozzle B having a width of 50 μm and a height of 150 μm (opening area d = 7500 μm 2 ), the obtained active material inks 1 to 1 Whether or not 8 can be discharged was examined. The results are shown in Table 2. Moreover, when the shape state of the active material ink after discharge was observed visually, the shape was not collapsed in any of the inks 1 to 8.

また、活物質インク1〜8について、Anton Paar社製のレオメータ「Physica MCR301」を用いて、せん断速度が100s−1又は0.01s−1のときのせん断粘度を測定した。結果を表2に示すとともに、図2のグラフに示した。なお、グラフには、せん断速度が0.10S−1、1.00S−1及び10.0S−1の場合のせん断粘度も示した。 For the active material inks 1 to 8, the shear viscosity when the shear rate was 100 s −1 or 0.01 s −1 was measured using a rheometer “Physica MCR301” manufactured by Anton Paar. The results are shown in Table 2 and shown in the graph of FIG. Note that the graph, shear rate 0.10 S -1, also showed shear viscosity in the case of 1.00 s -1 and 10.0 s -1.

Figure 2013067747
Figure 2013067747

表2に示す結果から、100s−1のせん断速度で48.9Pa・s以下のせん断粘度を有し、0.01s−1のせん断速度で4060Pa・s以上のせん断粘度を有する活物質インクであれば、ノズルから確実に吐出することができ、吐出後にその形状が崩れにくく、高アスペクト比の線状活物質部が確実に得られることがわかる。 From the results shown in Table 2, there at a shear rate of 100s -1 had shear viscosity of less than 48.9Pa · s, the active material ink having a 4060Pa · s or more shear viscosity at a shear rate of 0.01s -1 In other words, it can be surely discharged from the nozzle, the shape is not easily broken after discharge, and a high-aspect-ratio linear active material portion can be reliably obtained.

10・・・集電体、
12a・・・線状活物質部、
40・・・ノズル。
10 ... current collector,
12a ... linear active material part,
40: Nozzle.

Claims (2)

活物質、バインダ、導電材及び分散媒を含み、
100s−1のせん断速度で48.9Pa・s以下、0.01s−1のせん断速度で4060Pa・s以上のせん断粘度を有すること、
を特徴とするノズルディスペンス用活物質インク。
Including active material, binder, conductive material and dispersion medium,
48.9Pa · s or less at a shear rate of 100s -1, have a shear viscosity of more than 4060Pa · s at a shear rate of 0.01s -1,
An active material ink for nozzle dispensing.
前記ノズルディスペンス用活物質インクを吐出するノズルの開口面積dが7500〜32000μmであること、
を特徴とする請求項1に記載のノズルディスペンス用活物質インク。


An opening area d of a nozzle for discharging the nozzle dispensing active material ink is 7500 to 32000 μm 2 ;
The active material ink for nozzle dispensing according to claim 1.


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