JP2013073830A - Electrode for secondary battery and manufacturing method therefor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing an electrode for secondary battery having a multi-layer structure in which the drying time is shortened.SOLUTION: A conductive intermediate layer containing conductive particles is interposed between an electrode active material layer containing an electrode active material and a collector of a secondary battery. In the manufacturing method of an electrode for the secondary battery, a composition for forming a conductive intermediate layer produced by dispersing an intermediate layer material containing the conductive particles and a thermoplastic polymer into a predetermined solvent contains a thermoplastic polymer having a number-average molecular weight of 630,000 to 1,000,000. A composition for forming an electrode active material layer produced by dispersing an electrode active material and a binder into a predetermined solvent contains a thermoplastic polymer having a number-average molecular weight of 1,000,000 or more as the binder.

Description

本発明は、二次電池用電極とその製造方法に関する。詳しくは、導電性粒子を含む導電性中間層を有する二次電池用電極とその製造方法に関する。   The present invention relates to an electrode for a secondary battery and a manufacturing method thereof. Specifically, the present invention relates to a secondary battery electrode having a conductive intermediate layer containing conductive particles and a method for manufacturing the same.

近年、リチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)が、車両搭載用電源あるいはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウム二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられる。
この種の二次電池の一つの典型的な構成では、電荷担体となるリチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出し得る電極活物質を含む電極材料(電極活物質層)が導電性部材(集電体)に保持された電極を備えている。そしてこの電極は、代表的には、まず、電極活物質と、高導電性の導電材と、バインダ(結着剤)等の固形分材料を適切な溶媒に分散させてペースト状の電極活物質層形成用組成物を調製し、この組成物を集電体の表面に層状に塗布する。次いでこの塗布した組成物を乾燥させて溶媒を除去し、集電体上に電極活物質を含む電極活物質層を形成すること(塗布法)で、製造するようにしている。
In recent years, lithium secondary batteries (typically lithium ion batteries) have become increasingly important as vehicle-mounted power supplies or personal computers and portable terminals. In particular, a lithium secondary battery that is lightweight and obtains a high energy density is preferably used as a high-output power source mounted on a vehicle.
In one typical configuration of this type of secondary battery, an electrode material (electrode active material layer) including an electrode active material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions serving as charge carriers is formed by a conductive member (current collector). Body). This electrode typically includes a paste-like electrode active material by first dispersing an electrode active material, a highly conductive material, and a solid material such as a binder (binder) in an appropriate solvent. A layer-forming composition is prepared, and this composition is applied in a layered manner on the surface of the current collector. Next, the applied composition is dried to remove the solvent, and an electrode active material layer containing the electrode active material is formed on the current collector (application method).

このような二次電池用電極に関して、電極活物質層と集電体との間に導電性中間層を設けた積層構造とすることがなされている。かかる導電性中間層は、通常の充電状態および放電状態では電極活物質層と集電体との間の電気伝導性を確保している。しかし、過充電時に二次電池の温度が上昇した場合には、導電性中間層に含まれる樹脂(典型的には、熱可塑性ポリマー)が結晶化して高抵抗体となり、電流の流れを低減または遮断させることができる(以下、かかる機能を「シャットダウン機能」という。)。そのため、この導電性中間層によって、過充電による二次電池の更なる温度上昇は阻止されることになる。   Such a secondary battery electrode has a laminated structure in which a conductive intermediate layer is provided between an electrode active material layer and a current collector. Such a conductive intermediate layer ensures electrical conductivity between the electrode active material layer and the current collector in a normal charging state and discharging state. However, when the temperature of the secondary battery rises during overcharge, the resin (typically, the thermoplastic polymer) contained in the conductive intermediate layer crystallizes to become a high-resistance material, reducing current flow or (This function is hereinafter referred to as a “shutdown function”). Therefore, the conductive intermediate layer prevents further temperature rise of the secondary battery due to overcharging.

このような導電性中間層における樹脂として、特許文献1および特許文献2には、フッ素系樹脂等の熱可塑性エラストマー系樹脂、またはフッ素ゴムのようなゴム系樹脂を用いることができることが開示されている。また、特許文献3においては、結着剤と導電助剤等からなる密着層における結着剤として、数平均分子量Mwが100000〜500000のフッ素含有ポリマーを用いることが開示されている。   As a resin in such a conductive intermediate layer, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose that a thermoplastic elastomer resin such as a fluorine resin, or a rubber resin such as a fluorine rubber can be used. Yes. Patent Document 3 discloses that a fluorine-containing polymer having a number average molecular weight Mw of 100,000 to 500,000 is used as a binder in an adhesion layer composed of a binder and a conductive auxiliary agent.

特開2000−164206号公報JP 2000-164206 A 特開2000−277146号公報JP 2000-277146 A 特開2003−257433号公報JP 2003-257433 A

上記の導電性中間層を有する積層構造の電極は、例えば、集電体の表面に導電性中間層形成用のペースト状に調製された組成物(スラリー状、インク状を包含する。以下、単に「ペースト」という場合がある。)を塗布し乾燥させて導電性中間層を形成した後、該中間層の上に電極活物質層形成用のペースト状組成物を塗布し乾燥させて電極活物質層を形成するのが一般的である。しかしながら、電極活物質層の乾燥工程において、導電性中間層に含まれる熱可塑性ポリマーが電極活物質層に拡散していくという事態が生じることがあった。これにより、例えば、導電性中間層によるシャットダウン機能が低下することが考えられる。   The electrode having a laminated structure having the conductive intermediate layer includes, for example, a composition prepared in the form of a paste for forming the conductive intermediate layer on the surface of the current collector (including slurry and ink. Hereinafter, simply. In some cases, it is referred to as “paste”.) Is applied and dried to form a conductive intermediate layer, and then a paste-like composition for forming an electrode active material layer is applied onto the intermediate layer and dried to form an electrode active material. It is common to form layers. However, in the step of drying the electrode active material layer, a situation may occur in which the thermoplastic polymer contained in the conductive intermediate layer diffuses into the electrode active material layer. Thereby, for example, it is conceivable that the shutdown function by the conductive intermediate layer is lowered.

本発明は、かかる従来の状況を鑑みて創出されたものであり、その目的とするところは、上述のシャットダウン機能を低下させることなく導電性中間層を有する電極を作製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である。   The present invention has been created in view of such a conventional situation, and an object thereof is a secondary battery capable of producing an electrode having a conductive intermediate layer without deteriorating the above-described shutdown function. It is providing the manufacturing method of the electrode for a vehicle.

上記目的を実現するために、本発明は、電極活物質を含む電極活物質層と集電体との間に導電性粒子を含む導電性中間層が介在された二次電池用電極の製造方法であって、以下の工程を包含する。
1:上記導電性粒子と熱可塑性ポリマーとを含む中間層材料を所定の溶媒に分散させた導電性中間層形成用組成物を用意する工程
2:上記導電性中間層形成用組成物を上記集電体の表面に層状に塗布する工程、
3:上記集電体に塗布された導電性中間層形成用組成物を乾燥させて上記中間層材料からなる上記導電性中間層を形成する工程
4:上記電極活物質とバインダとを含む電極活物質材料を所定の溶媒に分散させた電極活物質層形成用組成物を用意する工程
5:上記電極活物質層形成用組成物を上記導電性中間層の上面に層状に塗布する工程
6:上記集電体に塗布された電極活物質層形成用組成物を乾燥させて上記電極活物質材料からなる上記電極活物質層を形成する工程
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing an electrode for a secondary battery in which a conductive intermediate layer including conductive particles is interposed between an electrode active material layer including an electrode active material and a current collector. The method includes the following steps.
1: Step of preparing a composition for forming a conductive intermediate layer in which an intermediate layer material containing the conductive particles and the thermoplastic polymer is dispersed in a predetermined solvent 2: The composition for forming the conductive intermediate layer is collected as described above. A step of applying a layer on the surface of the electric body,
3: Step of drying the conductive intermediate layer forming composition applied to the current collector to form the conductive intermediate layer made of the intermediate layer material 4: Electrode active comprising the electrode active material and a binder Step of preparing an electrode active material layer forming composition in which a material is dispersed in a predetermined solvent 5: Step of applying the electrode active material layer forming composition on the upper surface of the conductive intermediate layer 6: Above A step of drying the composition for forming an electrode active material layer applied to a current collector to form the electrode active material layer made of the electrode active material.

そしてかかる製造方法では、上記導電性中間層形成用組成物に、上記熱可塑性ポリマーとして数平均分子量が63万以上100万未満の熱可塑性ポリマーが含まれていることを特徴とする。
これにより、電極活物質層の乾燥工程において、導電性中間層中の熱可塑性ポリマーが電極活物質層へ拡散することが抑制されて、電極のシャットダウン特性を損ねることなく二次電池用電極を好適に製造することができる。
In such a production method, the conductive intermediate layer forming composition contains a thermoplastic polymer having a number average molecular weight of 630,000 to less than 1 million as the thermoplastic polymer.
Thereby, in the drying process of the electrode active material layer, the thermoplastic polymer in the conductive intermediate layer is prevented from diffusing into the electrode active material layer, and the electrode for the secondary battery is preferably used without impairing the shutdown characteristics of the electrode. Can be manufactured.

ここに開示される二次電池用電極の製造方法の好ましい一態様では、上記導電性中間層形成用組成物の乾燥は、100℃以上150℃以下の高温で行われる。このような高温での乾燥により、導電性中間層の形成(乾燥)に要する時間を短縮することができる。   In a preferred embodiment of the method for producing an electrode for a secondary battery disclosed herein, the conductive intermediate layer forming composition is dried at a high temperature of 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. By drying at such a high temperature, the time required for forming (drying) the conductive intermediate layer can be shortened.

ここに開示される二次電池用電極の製造方法の好ましい一態様では、上記電極活物質層形成用組成物の乾燥は、120℃以上150℃以下の高温で行われる。このような高温での乾燥が可能とされることにより、電極活物質層の形成(乾燥)に要する時間を短縮することができる。   In a preferred aspect of the method for producing an electrode for a secondary battery disclosed herein, the composition for forming an electrode active material layer is dried at a high temperature of 120 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. By enabling drying at such a high temperature, the time required for forming (drying) the electrode active material layer can be shortened.

ここに開示される二次電池用電極の製造方法の好ましい一態様では、上記電極活物質層形成用組成物は、上記バインダとして数平均分子量が100万以上の熱可塑性ポリマーを用いて調製されることが好ましい。これにより、容量維持率の低下や負荷特性の劣化が抑制された二次電池用電極の製造が可能とされる。   In a preferred embodiment of the method for producing an electrode for a secondary battery disclosed herein, the composition for forming an electrode active material layer is prepared using a thermoplastic polymer having a number average molecular weight of 1,000,000 or more as the binder. It is preferable. As a result, it is possible to manufacture a secondary battery electrode in which a decrease in capacity retention rate and a deterioration in load characteristics are suppressed.

ここに開示される二次電池用電極の製造方法の他の好ましい一態様では、上記導電性中間層形成用組成物は、上記熱可塑性ポリマーとしてポリフッ化ビニリデンを用いて調製されることが好ましい。ポリフッ化ビニリデンは、二次電池用電極における導電性中間層の安定性およびサイクル特性を高める。また、導電性中間層が担うシャットダウン効果を良好に発揮する。したがって、安定性、サイクル特性および信頼性に優れた二次電池用電極を製造することができる。   In another preferred embodiment of the method for producing an electrode for a secondary battery disclosed herein, the conductive intermediate layer forming composition is preferably prepared using polyvinylidene fluoride as the thermoplastic polymer. Polyvinylidene fluoride improves the stability and cycle characteristics of the conductive intermediate layer in the secondary battery electrode. Moreover, the shutdown effect which an electroconductive intermediate layer bears is exhibited favorably. Accordingly, an electrode for a secondary battery excellent in stability, cycle characteristics, and reliability can be manufactured.

ここに開示される二次電池用電極の製造方法の他の好ましい一態様では、上記導電性中間層形成用組成物は、固形分材料の割合が8質量%以上となるように調製する。かかる構成によると、導電性中間層形成用組成物の溶媒量が削減されるため、導電性中間層を形成する際の乾燥に要する時間をさらに短縮することが可能となる。   In another preferred embodiment of the method for producing an electrode for a secondary battery disclosed herein, the composition for forming a conductive intermediate layer is prepared so that a ratio of a solid material is 8% by mass or more. According to such a configuration, since the amount of the solvent for the conductive intermediate layer forming composition is reduced, it is possible to further shorten the time required for drying when forming the conductive intermediate layer.

ここで開示される二次電池用電極は、電極活物質とバインダとを含む電極活物質層と、集電体との間に、導電性粒子と熱可塑性ポリマーとを含む導電性中間層が介在されている。かかる構成において、上記導電性中間層に含まれる上記熱可塑性ポリマーは数平均分子量が63万以上100万未満である。   In the secondary battery electrode disclosed herein, a conductive intermediate layer including conductive particles and a thermoplastic polymer is interposed between an electrode active material layer including an electrode active material and a binder and a current collector. Has been. In such a configuration, the thermoplastic polymer contained in the conductive intermediate layer has a number average molecular weight of 630,000 or more and less than 1 million.

一実施形態に係る電極の構造を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing the structure of the electrode concerning one embodiment. 一実施形態に係る電極の製造方法のフローチャートである。It is a flowchart of the manufacturing method of the electrode which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るリチウム二次電池の一部を破断して示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which fractures | ruptures and shows a part of lithium secondary battery which concerns on one Embodiment. PVdFの数平均分子量とこれを用いた導電性中間層形成用組成物の粘度の関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the number average molecular weight of PVdF, and the viscosity of the composition for electroconductive intermediate layer formation using the same. 一実施形態に係る電極(A)(B)(D)の断面におけるF元素分布を示す図である。It is a figure which shows F element distribution in the cross section of electrode (A) (B) (D) which concerns on one Embodiment. PVdFの数平均分子量とこれを用いて作製した電極の導電性中間層におけるF元素濃度との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the number average molecular weight of PVdF, and F element density | concentration in the electroconductive intermediate | middle layer of the electrode produced using this. 環境温度と電極の内部抵抗の絶対値との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between environmental temperature and the absolute value of the internal resistance of an electrode.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

なお、本明細書において「二次電池」とは、リチウム二次電池、ニッケル水素電池等の繰り返し充電可能な電池一般をいう。また、本明細書において「リチウム二次電池」とは、リチウムイオンを電荷担体とし繰り返し充電可能な電池一般をいい、典型的にはリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池等と呼称される二次電池を包含する。
さらに、本明細書において「活物質」は、二次電池において電荷担体となる化学種(例えば、リチウム二次電池ではリチウムイオン)を可逆的に吸蔵および放出(典型的には挿入および離脱)可能な物質をいう。
In the present specification, the “secondary battery” refers to a battery that can be repeatedly charged, such as a lithium secondary battery and a nickel metal hydride battery. In the present specification, the term “lithium secondary battery” refers to a general battery that can be repeatedly charged using lithium ions as a charge carrier. Typically, a secondary battery called a lithium ion battery, a lithium polymer battery, or the like is used. Include.
Further, in this specification, the “active material” can reversibly occlude and release (typically insertion and removal) chemical species (for example, lithium ions in a lithium secondary battery) that become charge carriers in the secondary battery. Refers to a substance.

ここでは、二次電池用電極の一実施形態として、リチウム二次電池用の正極の製造を例にして本発明についての説明を行う。図1は、リチウム二次電池用の正極の構成を示す断面模式図である。図2は、ここに開示された電極の製造方法を説明するフローチャートである。以下に、図1および図2を参照しながら、正極12の構成および製造方法について詳しく説明する。   Here, as an embodiment of the electrode for a secondary battery, the present invention will be described by taking the production of a positive electrode for a lithium secondary battery as an example. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a positive electrode for a lithium secondary battery. FIG. 2 is a flowchart for explaining the electrode manufacturing method disclosed herein. Hereinafter, the configuration and manufacturing method of the positive electrode 12 will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

≪正極の製造方法≫
図1に示すように、かかる正極12は、図示しない正極活物質を含む正極活物質層124と集電体122との間に、導電性粒子50を含む導電性中間層123が介在されている。このような積層構造(具体的には、2層構造)を有する正極12の製造は、図2に示すように、まず、ステップS10において、集電体122の表面に層状に導電性中間層123を形成する。次いで、ステップS20において、この導電性中間層123の上に正極活物質層124を形成することで実施される。この導電性中間層123および正極活物質層124は、各層の構成材料を溶媒に分散させてなる組成物を所定の範囲に塗布して、乾燥させることで形成され得る。
≪Positive electrode manufacturing method≫
As shown in FIG. 1, in the positive electrode 12, a conductive intermediate layer 123 including conductive particles 50 is interposed between a positive electrode active material layer 124 including a positive electrode active material (not shown) and a current collector 122. . In manufacturing the positive electrode 12 having such a laminated structure (specifically, a two-layer structure), as shown in FIG. 2, first, in step S10, the conductive intermediate layer 123 is layered on the surface of the current collector 122. Form. Next, in step S <b> 20, the positive electrode active material layer 124 is formed on the conductive intermediate layer 123. The conductive intermediate layer 123 and the positive electrode active material layer 124 can be formed by applying a composition obtained by dispersing the constituent materials of each layer in a solvent to a predetermined range and drying it.

<1.導電性中間層形成用組成物を用意する工程:S12>
かかる導電性中間層123は、典型的には、導電性粒子50と熱可塑性ポリマー60とを含有している。導電性中間層123は、通常の充電状態および放電状態では良好な導電体として機能するが、過充電状態では抵抗が大きくなり、電流の流れを低減または遮断(シャットダウン)する機能を発揮する。また熱可塑性ポリマー60は、導電性粒子50同士を結合する結合剤としての働きと、導電性中間層123を集電体122に固着させる固着剤としての働きをする。なお、本発明の範囲を特に限定するものではないが、過充電時に導電性中間層の抵抗が大きくなる理由は、通常使用時には導電性粒子50の表面に点在した状態で導電性粒子50同士を結着していた熱可塑性ポリマー60が、過充電に伴う温度上昇により結晶化して抵抗体を形成し、これにより導電性粒子50間に高電流が流れることを抑制するためであると考えられる。
このような導電性中間層123の形成には、まず、図1のステップS12に示されるように、導電性粒子50と熱可塑性ポリマー60とを含む中間層材料を所定の溶媒に分散させた導電性中間層形成用組成物を用意する。
<1. Step of preparing conductive intermediate layer forming composition: S12>
The conductive intermediate layer 123 typically contains the conductive particles 50 and the thermoplastic polymer 60. The conductive intermediate layer 123 functions as a good conductor in a normal charge state and a discharge state, but increases resistance in an overcharge state, and exhibits a function of reducing or shutting down (shutdown) a current flow. Further, the thermoplastic polymer 60 functions as a binder that bonds the conductive particles 50 to each other and as a fixing agent that fixes the conductive intermediate layer 123 to the current collector 122. Although the scope of the present invention is not particularly limited, the reason why the resistance of the conductive intermediate layer increases during overcharge is that the conductive particles 50 are scattered on the surface of the conductive particles 50 during normal use. This is considered to be because the thermoplastic polymer 60 that has been bound to crystallizes due to a temperature rise accompanying overcharge to form a resistor, thereby preventing a high current from flowing between the conductive particles 50. .
In order to form such a conductive intermediate layer 123, first, as shown in step S12 of FIG. 1, a conductive layer in which an intermediate layer material containing conductive particles 50 and a thermoplastic polymer 60 is dispersed in a predetermined solvent is used. A composition for forming a conductive intermediate layer is prepared.

導電性粒子50としては、例えば、カーボン粉末を好ましく用いることができる。また、導電性粒子50として、ニッケル粉末等の導電性金属粉末等を用いてもよい。これらは、いずれか一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック)、グラファイト粉末、等のカーボン粉末を用いることができる。これらのうち、アセチレンブラックを特に好ましく採用することができる。例えば、構成粒子(典型的には一次粒子)の平均粒径がおよそ10nm〜200nm、好ましくは、およそ20nm〜100nmの範囲にある粉末状の導電材(例えば、アセチレンブラック等の粉末状カーボン材料)を使用することができる。   As the conductive particles 50, for example, carbon powder can be preferably used. Further, as the conductive particles 50, conductive metal powder such as nickel powder may be used. Any of these may be used alone or in combination of two or more. As the carbon powder, various carbon blacks (for example, acetylene black, furnace black, ketjen black), graphite powder, and the like can be used. Of these, acetylene black can be particularly preferably employed. For example, a powdery conductive material (for example, a powdery carbon material such as acetylene black) having an average particle size of constituent particles (typically primary particles) in the range of about 10 nm to 200 nm, preferably about 20 nm to 100 nm. Can be used.

なお、ここに開示される発明を規定するものではないが、導電性中間層123には、平均粒径の異なる導電性粒子50が含まれていてもよい。図1には、導電性粒子50として、平均粒径が第1の粒径値である第1導電性粒子51と、平均粒径が第2の粒径値である第2導電性粒子52とが含まれる例を示している。ここで、第2の粒径値は第1の粒径値よりも大きいものとする。たとえば、第2導電性粒子52が中間層123に占める質量割合は、10%〜60%(典型的には10%を超えて60%未満、好ましくは14%以上59%以下)であってよい。なお、これら第1導電性粒子51と第2導電性粒子52とは同種の材料からなっていてもよいし、異種の材料からなっていてもよい。また、導電性中間層123には、平均粒径の異なる三種類以上の導電性粒子50が含まれていてもよい。この場合、例えば、平均粒径が最大の導電性粒子の質量割合を10%〜60%(典型的には10%を超えて60%未満、好ましくは14%以上59%以下)としてもよい。平均粒径が最小、最大の導電性粒子を、それぞれ第1、第2導電性粒子と見なしてもよい。   Although the invention disclosed herein is not specified, the conductive intermediate layer 123 may include conductive particles 50 having different average particle diameters. In FIG. 1, as the conductive particles 50, first conductive particles 51 whose average particle size is a first particle size value, and second conductive particles 52 whose average particle size is a second particle size value, An example is included. Here, it is assumed that the second particle size value is larger than the first particle size value. For example, the mass ratio of the second conductive particles 52 in the intermediate layer 123 may be 10% to 60% (typically more than 10% and less than 60%, preferably 14% or more and 59% or less). . Note that the first conductive particles 51 and the second conductive particles 52 may be made of the same material or different materials. In addition, the conductive intermediate layer 123 may include three or more types of conductive particles 50 having different average particle diameters. In this case, for example, the mass ratio of the conductive particles having the largest average particle diameter may be 10% to 60% (typically more than 10% and less than 60%, preferably 14% or more and 59% or less). The conductive particles having the smallest and largest average particle diameter may be regarded as the first and second conductive particles, respectively.

熱可塑性ポリマー60としては、従来から公知の各種の材料を用いることができる。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のハロゲン系樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂;スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のゴム系エラストマー;アクリル系樹脂;エチレン−酢酸ビニル共重合体;等の各種の熱可塑性樹脂を用いることができる。通常使用時において低抵抗の導電性中間層を形成しやすく、かつ過充電時に抵抗を大きく上昇させやすいことから、熱可塑性ポリマー60がPVDFであるのが好ましい。   As the thermoplastic polymer 60, various conventionally known materials can be used. For example, halogen resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene chloride (PVDC), polytetrafluoroethylene (PTFE); polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene; rubber systems such as styrene butadiene rubber (SBR) and fluoro rubber Various thermoplastic resins such as elastomers; acrylic resins; ethylene-vinyl acetate copolymers; and the like can be used. It is preferable that the thermoplastic polymer 60 is PVDF because it is easy to form a low-resistance conductive intermediate layer during normal use and the resistance is likely to increase greatly during overcharging.

そしてここに開示される発明においては、上記の熱可塑性ポリマー60は、数平均分子量が63万以上100万未満である。本発明において、熱可塑性ポリマー60の数平均分子量の規定は重要である。数平均分子量が100万以上であると、導電性中間層形成用組成物を調製した際の粘性が高すぎるため塗布性が得られ難く、好適に電極を製造することができなくなるためである。また、数平均分子量が100万以上となると、温度上昇に伴う熱可塑性ポリマーの膨潤性の感度が高まり、電池の内部抵抗を高めてしまうことが考えられるため好ましくない。そして、熱可塑性ポリマー60の数平均分子量の下限は63万とする。数平均分子量が63万未満の熱可塑性ポリマー60を用いた場合、ここに開示される製造方法により電極を製造すると、後工程(具体的には、正極活物質層形成用組成物の乾燥工程:S26)において熱可塑性ポリマー60が電極活物質層124にまで拡散するという現象が顕著にみられるために好ましくない。上記の導電性粒子50の表面に点在していた熱可塑性ポリマー60が電極活物質層124に移動すると、通常の状態において導電性粒子50同士の結着力および集電体122への固着性が弱まるとともに、過充電時にはシャットダウン機能が十分に発現されない。以上のことから、導電性中間層123を構成する熱可塑性ポリマー60の数平均分子量は、63万以上100万未満としている。より好ましくは、65万以上95万以下、さらに限定的には、70万以上85万未満である。なお、熱可塑性ポリマー60の数平均分子量を上記の範囲に制御することにより、導電性中間層形成用組成物の流動性が増すためにこの組成物における溶媒量を減少させることも可能とされる。   In the invention disclosed herein, the thermoplastic polymer 60 has a number average molecular weight of 630,000 or more and less than 1 million. In the present invention, the definition of the number average molecular weight of the thermoplastic polymer 60 is important. When the number average molecular weight is 1,000,000 or more, the viscosity at the time of preparing the composition for forming a conductive intermediate layer is too high, so that it is difficult to obtain applicability and it becomes impossible to produce an electrode suitably. Further, if the number average molecular weight is 1,000,000 or more, it is not preferable because the sensitivity of the swellability of the thermoplastic polymer as the temperature rises increases and the internal resistance of the battery is increased. The lower limit of the number average molecular weight of the thermoplastic polymer 60 is 630,000. When the thermoplastic polymer 60 having a number average molecular weight of less than 630,000 is used, when an electrode is produced by the production method disclosed herein, a post-process (specifically, a step of drying the composition for forming a positive electrode active material layer: This is not preferable because the phenomenon that the thermoplastic polymer 60 diffuses to the electrode active material layer 124 is noticeable in S26). When the thermoplastic polymer 60 scattered on the surface of the conductive particles 50 moves to the electrode active material layer 124, the binding force between the conductive particles 50 and the adhesiveness to the current collector 122 in the normal state. In addition to being weakened, the shutdown function is not sufficiently exhibited during overcharge. From the above, the number average molecular weight of the thermoplastic polymer 60 constituting the conductive intermediate layer 123 is set to be 630,000 or more and less than 1 million. More preferably, it is 650,000 to 950,000, and more specifically 700,000 to less than 850,000. By controlling the number average molecular weight of the thermoplastic polymer 60 within the above range, the fluidity of the composition for forming a conductive intermediate layer is increased, so that the amount of solvent in this composition can be reduced. .

なお、中間層材料のうち、導電性粒子50の質量割合は、典型的には、熱可塑性ポリマー60の質量割合以上である。すなわち、導電性中間層123を構成する中間層材料のうち導電性粒子50と熱可塑性ポリマー60との質量比(導電性粒子:熱可塑性ポリマー)は、98:2〜50:50であるのが好ましく、典型的には96:4〜70:30である。
中間層材料を分散させる溶媒としては、使用する熱可塑性ポリマー60との組み合わせを考慮し、この熱可塑性ポリマー60を溶解または分散可能な溶媒(混合溶媒であり得る。)を適宜選択することができる。例えば熱可塑性ポリマー60としてPVDFを用いる場合、従来の溶剤系活物質層形成用組成物の調製に用いられる有機溶剤(非水系溶媒)を好適に用い得る。かかる有機溶剤としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)、メチルエチルケトン、トルエン等が例示される。これらのうち、例えばNMPを好ましく採用することができる。
In the intermediate layer material, the mass ratio of the conductive particles 50 is typically equal to or greater than the mass ratio of the thermoplastic polymer 60. That is, the mass ratio (conductive particles: thermoplastic polymer) between the conductive particles 50 and the thermoplastic polymer 60 in the intermediate layer material constituting the conductive intermediate layer 123 is 98: 2 to 50:50. Preferably, it is typically 96: 4 to 70:30.
As a solvent in which the intermediate layer material is dispersed, a solvent capable of dissolving or dispersing the thermoplastic polymer 60 (which may be a mixed solvent) can be appropriately selected in consideration of a combination with the thermoplastic polymer 60 to be used. . For example, when PVDF is used as the thermoplastic polymer 60, an organic solvent (non-aqueous solvent) used for preparing a conventional composition for forming a solvent-based active material layer can be suitably used. Examples of the organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), methyl ethyl ketone, toluene and the like. Among these, for example, NMP can be preferably employed.

また、ここに開示される発明においては、導電性中間層形成用組成物における中間層材料の固形分濃度(不揮発分、すなわち導電性中間層形成用組成物の全体に対する中間層材料の割合。以下「NV」と表記する。)を、例えば、8質量%以上とすることができる。NVを8質量%以上とすることで、導電性中間層形成用組成物中の溶媒量が減少し、導電性中間層形成用組成物から溶媒を除去(すなわち乾燥)するのに要する時間を効果的に短縮することができる。NVが8質量%未満であると、乾燥時間の短縮の効果が十分に得られないために好ましくない。NVは、好ましくは8.5質量%以上であり、より好ましくは9質量%以上、さらには9.3質量%以上とするのが好適である。一方で、NVが高すぎると導電性中間層形成用組成物の取扱性(例えば、該組成物を集電体(特に箔状集電体)に付与する際の塗工性等)が低下しやすくなることがある。NVの上限については特に規定しないものの、おおよその目安として30質量%以下、好ましくはおよそ20質量%以下とすることが例示される。   In the invention disclosed herein, the solid content concentration of the intermediate layer material in the conductive intermediate layer forming composition (non-volatile content, that is, the ratio of the intermediate layer material to the entire conductive intermediate layer forming composition. "NV") can be, for example, 8 mass% or more. By setting NV to 8% by mass or more, the amount of solvent in the composition for forming a conductive intermediate layer is reduced, and the time required for removing (ie, drying) the solvent from the composition for forming a conductive intermediate layer is effective. Can be shortened. When NV is less than 8% by mass, the effect of shortening the drying time cannot be obtained sufficiently, which is not preferable. NV is preferably 8.5% by mass or more, more preferably 9% by mass or more, and further preferably 9.3% by mass or more. On the other hand, if NV is too high, the handleability of the composition for forming a conductive intermediate layer (for example, coating properties when the composition is applied to a current collector (particularly a foil-shaped current collector)) decreases. May be easier. Although the upper limit of NV is not particularly defined, it is exemplified that it is 30% by mass or less, preferably about 20% by mass or less as an approximate guide.

以上の中間層材料の溶媒への分散は、例えば、上記の導電性粒子50、熱可塑性ポリマー60等の中間層材料と、必要に応じて分散剤、増粘剤等の各種の添加剤と、溶媒とをミキサーに投入して混合させることで行い得る。
特に限定するものではないが、導電性粒子50として平均粒径の異なる2種以上の粒子を用いる場合の導電性中間層形成用組成物の調製にあたっては、まず、より平均粒径の大きな第2導電性粒子52および熱可塑性ポリマー60を溶媒と混合する。その後、この混合物により平均粒径の小さい第1導電性粒子51を投入して混合・分散させる態様を好ましく採用することができる。かかる態様により、相対的に平均粒径の小さい(したがって均一分散が困難な傾向にある)第1導電性粒子51が均一に分散した導電性中間層組成物を好適に調製することが可能となる。上記第1導電性粒子51の投入は、一度に行ってもよく、何回かに分割して行ってもよく、徐々に(連続的に)行ってもよい。例えば、使用する第1導電性粒子51の全量を2〜50回(より好ましくは3〜20回、例えば5〜10回)に分け(典型的には等分し)、それらを所定の間隔(例えば3〜10分程度の間隔)で投入することが好ましい。なお、熱可塑性ポリマー60と第2導電性粒子52とは、いずれを先に溶媒と混合してもよく、両者を略同時に溶媒と混合してもよい。
The dispersion of the above intermediate layer material in the solvent is, for example, the intermediate layer material such as the conductive particles 50 and the thermoplastic polymer 60, and various additives such as a dispersant and a thickener as necessary. It can be carried out by putting a solvent into a mixer and mixing them.
Although not particularly limited, in preparing a composition for forming a conductive intermediate layer in the case where two or more kinds of particles having different average particle sizes are used as the conductive particles 50, first, a second particle having a larger average particle size is used. The conductive particles 52 and the thermoplastic polymer 60 are mixed with a solvent. Thereafter, it is possible to preferably adopt a mode in which the first conductive particles 51 having a small average particle diameter are charged and mixed and dispersed by this mixture. According to such an embodiment, it is possible to suitably prepare a conductive intermediate layer composition in which the first conductive particles 51 having a relatively small average particle size (and thus uniform dispersion tends to be difficult) are uniformly dispersed. . The introduction of the first conductive particles 51 may be performed at a time, may be divided into several times, or may be performed gradually (continuously). For example, the total amount of the first conductive particles 51 to be used is divided into 2 to 50 times (more preferably 3 to 20 times, for example, 5 to 10 times) (typically equally divided), and they are separated at a predetermined interval ( For example, it is preferable to supply at intervals of about 3 to 10 minutes. Note that either the thermoplastic polymer 60 or the second conductive particles 52 may be mixed with the solvent first, or both may be mixed with the solvent substantially simultaneously.

上記の混合については、公知の各種の装置を用いて行うことができる。例えば、活物質層形成用ペーストの調製に用いられる一般的なミキサーや混練機を用いることができる。例えば、ニーダー、撹拌機、分散機、混合機などと呼ばれるペーストの調製が可能な装置等を使用することができる。   About said mixing, it can carry out using a well-known various apparatus. For example, a general mixer or kneader used for the preparation of the active material layer forming paste can be used. For example, an apparatus capable of preparing a paste called a kneader, a stirrer, a disperser, a mixer, or the like can be used.

<2.導電性中間層形成用組成物を塗布する工程:S14>
次いで、上記のとおり用意した導電性中間層形成用組成物を、ステップS14に示した通り、集電体122の表面に層状に塗布する。
集電体122としては、従来の二次電池(典型的にはリチウム二次電池)の正極に用いられる集電体と同様、導電性の良好な金属およびその合金等を用いることができる。例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン、鉄等を主成分とする金属またはその合金等をであり、より好ましくは、アルミニウムまたはアルミニウム合金である。集電体122の形状は、所望の二次電池の形状等に応じて様々なものを考慮することができる。例えば、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態のものであり得る。本実施形態では、シート状のアルミニウム製の集電体122が用いられる。例えば、厚みが10μm〜30μm程度のアルミニウムシートを好適に用いることができる。
<2. Step of applying conductive intermediate layer forming composition: S14>
Next, the conductive intermediate layer forming composition prepared as described above is applied in layers to the surface of the current collector 122 as shown in step S14.
As the current collector 122, similarly to the current collector used for the positive electrode of a conventional secondary battery (typically a lithium secondary battery), a metal having good conductivity, an alloy thereof, or the like can be used. For example, a metal mainly composed of copper, aluminum, nickel, titanium, iron or the like or an alloy thereof, and more preferably aluminum or an aluminum alloy. Various shapes can be taken into consideration for the shape of the current collector 122 depending on the shape of the desired secondary battery and the like. For example, it may be in various forms such as a rod shape, a plate shape, a sheet shape, a foil shape, and a mesh shape. In the present embodiment, a sheet-like aluminum current collector 122 is used. For example, an aluminum sheet having a thickness of about 10 μm to 30 μm can be suitably used.

集電体122表面への導電性中間層形成用組成物の塗布については、公知の各種の塗工装置を用いて行うことができる。例えば、コーターを用いて、集電体の片面または両面にペーストを塗布することができる。コーターとしては、ペーストを集電体に塗布可能なものであればよく、例えば、スリットコーター、ダイコーター、グラビアコーター、ロールコーターや、ドクターブレードによるコーター、コンマコーター等を使用して好適に行うことができる。導電性中間層形成用組成物の塗布は、集電体122の両面に行ってもよいし、いずれか一方の片面に行ってもよい。中間層形成用組成物の塗布量は特に限定されないが、塗布量が少なすぎると過充電時に電流を低減または遮断する効果が得られにくくなり、塗布量が多すぎると正極10のシート抵抗が大きくなりがちになる。通常は、塗布量(目付量)は、集電体の片面当たりおよそ0.1〜10g/m(固形分基準)とすることができ、例えばおよそ1〜5g/m(固形分基準)とすることが好ましい。 About application | coating of the composition for electroconductive intermediate | middle layer formation to the collector 122 surface, it can carry out using well-known various coating apparatuses. For example, the paste can be applied to one side or both sides of the current collector using a coater. The coater only needs to be able to apply the paste to the current collector. For example, a slit coater, die coater, gravure coater, roll coater, doctor blade coater, comma coater, etc. Can do. Application of the composition for forming a conductive intermediate layer may be performed on both surfaces of the current collector 122, or may be performed on either one surface. The coating amount of the intermediate layer forming composition is not particularly limited. However, if the coating amount is too small, it is difficult to obtain an effect of reducing or blocking current during overcharge. If the coating amount is too large, the sheet resistance of the positive electrode 10 is large. It tends to be. Usually, the coating amount (weight per unit area) can be about 0.1 to 10 g / m 2 (solid content basis) per one side of the current collector, for example, about 1 to 5 g / m 2 (solid content basis). It is preferable that

<3.導電性中間層形成用組成物を乾燥する工程:S16>
次いで、ステップS16において、集電体122に塗布された導電性中間層形成用組成物を乾燥させて、集電体122の表面に上記の中間層材料からなる導電性中間層123を形成させる。乾燥は、余分な揮発成分を除去できるものであれば特に限定されず、必要に応じて適切な手段を採用することができる。例えば、上記乾燥を行う手段としては、熱風装置、各種赤外線装置、電磁誘導装置、マイクロ波装置等の適当な乾燥装置や送風機等の乾燥促進手段を用いることができる。乾燥の後は、必要に応じて全体をプレスするなどして導電性中間層123の形態を所望の形状に整えても良い。
ここに開示される発明においては、導電性中間層形成用組成物における溶媒の量が減少されているため、乾燥は、より短縮された時間で行うことができる。例えば、溶媒量が減少されていない組成物を用いる場合に比べて、例えば、乾燥時間を2〜5割程度の割合で短縮することができる。さらに、ここに開示される製造方法では、高温による高速乾燥を採用し得る。導電性中間層形成用組成物の高速乾燥は、例えば、乾燥温度を100℃以上150℃以下の高温範囲で適宜設定することができる。具体的には、導電性中間層形成用組成物の目付量が0.1〜0.5mg/cm程度の場合、100〜150℃で、20〜40秒間の乾燥を行うことができる。したがって、短時間で効率的な乾燥が実現可能とされる。
<3. Step of drying conductive intermediate layer forming composition: S16>
Next, in step S <b> 16, the conductive intermediate layer forming composition applied to the current collector 122 is dried to form the conductive intermediate layer 123 made of the above intermediate layer material on the surface of the current collector 122. The drying is not particularly limited as long as it can remove excess volatile components, and an appropriate means can be adopted as necessary. For example, as the means for performing the drying, an appropriate drying device such as a hot air device, various infrared devices, an electromagnetic induction device, a microwave device, or a drying accelerating device such as a blower can be used. After drying, the shape of the conductive intermediate layer 123 may be adjusted to a desired shape by pressing the whole as necessary.
In the invention disclosed herein, since the amount of the solvent in the composition for forming a conductive intermediate layer is reduced, drying can be performed in a shorter time. For example, compared with the case where the composition in which the amount of solvents is not reduced is used, for example, the drying time can be shortened by about 20 to 50%. Furthermore, in the manufacturing method disclosed herein, high-speed drying at a high temperature can be employed. The high-speed drying of the composition for forming a conductive intermediate layer can be appropriately set, for example, in a high temperature range of 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. Specifically, when the basis weight of the composition for forming a conductive intermediate layer is about 0.1 to 0.5 mg / cm 2 , drying can be performed at 100 to 150 ° C. for 20 to 40 seconds. Therefore, efficient drying can be realized in a short time.

<4.正極活物質層形成用組成物を用意する工程:S22>
ステップS22においては、典型的には、正極活物質と、導電材と、バインダとを含む正極活物質材料を所定の溶媒に分散させて、正極活物質層形成用組成物を用意する。
正極活物質としては、リチウムを吸蔵および放出可能な材料が用いられ、従来からリチウム二次電池に用いられている各種の物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。このような正極活物質としては、リチウム遷移金属酸化物(典型的には粒子状)が好適に用いられ、典型的には、層状構造の酸化物あるいはスピネル構造の酸化物を適宜選択して使用することができる。例えば、リチウムニッケル系酸化物(代表的には、LiNiO)、リチウムコバルト系酸化物(代表的には、LiCoO)およびリチウムマンガン系酸化物(代表的には、LiMn)から選択される一種または二種以上のリチウム遷移金属酸化物の使用が好ましい。
<4. Step of preparing a composition for forming a positive electrode active material layer: S22>
In step S22, typically, a positive electrode active material material including a positive electrode active material, a conductive material, and a binder is dispersed in a predetermined solvent to prepare a positive electrode active material layer forming composition.
As the positive electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium is used, and one or more of various materials conventionally used in lithium secondary batteries can be used without particular limitation. As such a positive electrode active material, a lithium transition metal oxide (typically in particulate form) is preferably used. Typically, a layered structure oxide or a spinel structure oxide is appropriately selected and used. can do. For example, selected from a lithium nickel oxide (typically LiNiO 2 ), a lithium cobalt oxide (typically LiCoO 2 ), and a lithium manganese oxide (typically LiMn 2 O 4 ). The use of one or more lithium transition metal oxides is preferred.

ここで「リチウムニッケル系酸化物」とは、LiとNiとを構成金属元素とする酸化物の他、LiおよびNi以外に他の一種または二種以上の金属元素(すなわち、LiおよびNi以外の遷移金属元素および/または典型金属元素)をNiと同程度またはNiよりも少ない割合(原子数換算。LiおよびNi以外の金属元素を二種以上含む場合にはそれらのいずれについてもNiよりも少ない割合)で含む複合酸化物をも包含する意味である。かかる金属元素は、例えば、Co,Al,Mn,Cr,Fe,V,Mg,Ti,Zr,Nb,Mo,W,銅,Zn,Ga,In,Sn,LaおよびCeからなる群から選択される一種または二種以上の元素であり得る。   Here, the “lithium nickel oxide” refers to an oxide having Li and Ni as constituent metal elements, and one or more metal elements other than Li and Ni (that is, other than Li and Ni). The ratio of transition metal element and / or typical metal element) to the same level as Ni or less than Ni (in terms of the number of atoms. When two or more kinds of metal elements other than Li and Ni are included, both of them are less than Ni. It is also meant to include composite oxides contained in a ratio). The metal element is selected from the group consisting of, for example, Co, Al, Mn, Cr, Fe, V, Mg, Ti, Zr, Nb, Mo, W, copper, Zn, Ga, In, Sn, La, and Ce. Or one or more elements.

また、その他、一般式:
Li(LiMnCoNi)O
(前式中のa、x、y、zはa+x+y+z=1を満足する実数)
で表わされるような、遷移金属元素を3種含むいわゆる三元系リチウム遷移金属酸化物や、一般式:
xLi[Li1/3Mn2/3]O・(1−x)LiMeO
(前式中、Meは1種または2種以上の遷移金属であり、xは0<x≦1を満たす)
で表わされるような、いわゆる固溶型のリチウム過剰遷移金属酸化物等であってもよい。
Other general formulas:
Li (Li a Mn x Co y Ni z) O 2
(A, x, y, z in the previous equation are real numbers satisfying a + x + y + z = 1)
A so-called ternary lithium transition metal oxide containing three kinds of transition metal elements, and a general formula:
xLi [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2. (1-x) LiMeO 2
(In the above formula, Me is one or more transition metals, and x satisfies 0 <x ≦ 1)
It may be a so-called solid solution type lithium-excess transition metal oxide or the like.

さらに、上記正極活物質として一般式がLiMAO(ここでMは、Fe,Co,NiおよびMnから成る群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、Aは、P,Si,SおよびVから成る群から選択される元素である。)で表記されるポリアニオン型化合物も挙げられる。 Further, the positive electrode active material has a general formula of LiMAO 4 (where M is at least one metal element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn, and A is P, Si, S and And an anion selected from the group consisting of V.).

このような正極活物質を構成する化合物は、例えば、公知の方法で調製して用意することができる。例えば、目的の正極活物質の組成に応じて適宜選択されるいくつかの原料化合物を所定の割合で混合し、その混合物を適切な手段によって焼成する。これにより、正極活物質を構成する化合物としての酸化物を調製することができる。なお、正極活物質(典型的には、リチウム遷移金属酸化物)の調製方法は、それ自体は何ら本発明を特徴づけるものではない。   The compound which comprises such a positive electrode active material can be prepared and prepared by a well-known method, for example. For example, some raw material compounds appropriately selected according to the composition of the target positive electrode active material are mixed at a predetermined ratio, and the mixture is fired by an appropriate means. Thereby, the oxide as a compound which comprises a positive electrode active material can be prepared. In addition, the preparation method of a positive electrode active material (typically lithium transition metal oxide) itself does not characterize this invention at all.

また、正極活物質の形状等について厳密な制限はないものの、上記のとおり調製された正極活物質は、適切な手段で粉砕、造粒および分級することができる。例えば、平均粒径がおよそ1μm〜25μm(典型的にはおよそ2μm〜15μm)の範囲にある二次粒子によって実質的に構成されたリチウム遷移金属酸化物粉末を、ここに開示される技術における正極活物質として好ましく採用することができる。これにより、所望する平均粒径および/または粒度分布を有する二次粒子によって実質的に構成される粒状の正極活物質粉末を得ることができる。   Moreover, although there is no strict restriction | limiting about the shape of a positive electrode active material, the positive electrode active material prepared as mentioned above can be grind | pulverized, granulated, and classified by an appropriate means. For example, a lithium transition metal oxide powder substantially composed of secondary particles having an average particle size in the range of about 1 μm to 25 μm (typically about 2 μm to 15 μm) is used as the positive electrode in the technology disclosed herein. It can preferably be employed as an active material. Thereby, the granular positive electrode active material powder substantially comprised by the secondary particle which has a desired average particle diameter and / or particle size distribution can be obtained.

ここで開示される正極に形成される正極活物質層に導電材を含ませる場合には、導電材は、特定のものに限定されることはなく、従来この種の二次電池で用いられている各種の導電材を用いることができる。例えば、カーボン粉末やカーボンファイバー等のカーボン材料が導電材として用いられる。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック)、グラファイト粉末、等のカーボン粉末を用いることができる。これらのうち一種又は二種以上を併用してもよい。導電材は、例えば、構成粒子(典型的には一次粒子)の平均粒径が凡そ10nm〜200nm(例えば凡そ20nm〜100nm)の範囲にある粒状導電材(例えば、アセチレンブラック等の粒状カーボン材料)の使用が好ましい。   In the case where a conductive material is included in the positive electrode active material layer formed in the positive electrode disclosed herein, the conductive material is not limited to a specific material and is conventionally used in this type of secondary battery. Various kinds of conductive materials can be used. For example, a carbon material such as carbon powder or carbon fiber is used as the conductive material. As the carbon powder, various carbon blacks (for example, acetylene black, furnace black, ketjen black), graphite powder, and the like can be used. Among these, you may use together 1 type, or 2 or more types. The conductive material is, for example, a granular conductive material (for example, a granular carbon material such as acetylene black) in which the average particle size of constituent particles (typically primary particles) is in the range of about 10 nm to 200 nm (for example, about 20 nm to 100 nm). Is preferred.

なお、電極の製造に使用する導電材としてカーボン材料を使用する場合、このカーボン材料(例えばアセチレンブラック)としては、揮発分の少ないものを選択することが好ましい。カーボン材料の揮発分が少ないことは、このカーボン材料の表面に官能基が少ないことに関連づけられ得る。表面官能基の少ないカーボン材料は、例えば、カーボン材料を用いて電池を構築して常法によりコンディショニングを行う際に、このカーボン材料と電解質(典型的には液状)との接触によりガスを生じさせる作用が少ない(その結果、コンディショニングにより発生するガス量が少ない)傾向にあるので好ましい。例えば、JIS K6221に準じて測定される揮発分がおよそ1%以下(典型的にはおよそ0.1〜1%)であるカーボン材料の使用が好ましい。   When a carbon material is used as the conductive material used for manufacturing the electrode, it is preferable to select a carbon material (for example, acetylene black) having a small volatile content. The low volatile content of the carbon material can be related to the low functional groups on the surface of the carbon material. A carbon material having a small number of surface functional groups, for example, generates a gas by contacting the carbon material with an electrolyte (typically liquid) when a battery is constructed using the carbon material and conditioning is performed by a conventional method. This is preferable because the action tends to be small (as a result, the amount of gas generated by conditioning is small). For example, it is preferable to use a carbon material whose volatile content measured in accordance with JIS K6221 is approximately 1% or less (typically approximately 0.1 to 1%).

バインダは、正極活物質層に含まれる上記正極活物質と導電材の各粒子を結着させたり、これらの粒子と正極集電体とを結着させたりする働きを有する。かかるバインダとしては、正極活物質層を形成する際に使用する溶媒に、溶解または分散が可能なポリマーを用いることができ、上記の導電性中間層形成用組成物に用いた材料を同様に採用することができる。具体的には、溶媒として水性溶媒を用いる場合には、水に溶解する(水溶性の)ポリマー材料として、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、酢酸フタル酸セルロース(CAP)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)等のセルロース系ポリマー;ポリビニルアルコール(PVA);等が例示される。また、水に分散する(水分散性の)ポリマー材料としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のビニル系重合体;ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重含体(PFA)等のフッ素系樹脂;酢酸ビニル共重合体;スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)等のゴム類等が例示される。
また、溶媒として非水溶媒を用いる場合には、ポリマー(ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリアクリルニトリル(PAN)など)を好ましく採用することができる。
なお、バインダとして例示したポリマー材料は、バインダとしての機能の他に、電極活物質層を形成する電極活物質層形成用組成物に調製する増粘剤その他の添加剤としての機能を発揮する目的で使用されることもあり得る。
The binder has a function of binding each particle of the positive electrode active material and the conductive material contained in the positive electrode active material layer, or binding these particles and the positive electrode current collector. As such a binder, a polymer that can be dissolved or dispersed in a solvent used for forming the positive electrode active material layer can be used, and the material used for the composition for forming a conductive intermediate layer is similarly adopted. can do. Specifically, when an aqueous solvent is used as a solvent, carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), hydroxypropylmethylcellulose are used as water-soluble (water-soluble) polymer materials. Examples thereof include cellulose polymers such as (HPMC); polyvinyl alcohol (PVA); Examples of polymer materials that are dispersed in water (water-dispersible) include vinyl polymers such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); polyethylene oxide (PEO), polytetrafluoroethylene (PTFE), and tetrafluoroethylene. -Fluororesin such as hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA); vinyl acetate copolymer; styrene butadiene rubber (SBR), acrylic acid modified SBR resin Examples thereof include rubbers such as (SBR latex).
When a non-aqueous solvent is used as a solvent, a polymer (polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene chloride (PVDC), polyacrylonitrile (PAN), etc.) can be preferably used.
In addition, the polymer material exemplified as the binder exhibits a function as a thickener and other additives prepared in the electrode active material layer forming composition for forming the electrode active material layer in addition to the function as the binder. May also be used.

溶媒としては、水性溶媒および非水溶媒の何れも使用可能である。水性溶媒としては、水または水を主体とする混合溶媒(水系溶媒)を用いた組成物が例示される。混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒(低級アルコール、低級ケトン等)の一種又は二種以上を適宜選択して用いることができる。非水溶媒の好適な例としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)が挙げられる。   As the solvent, any of an aqueous solvent and a non-aqueous solvent can be used. Examples of the aqueous solvent include water and a composition using a mixed solvent mainly composed of water (aqueous solvent). As a solvent other than water constituting the mixed solvent, one or two or more organic solvents (lower alcohol, lower ketone, etc.) that can be uniformly mixed with water can be appropriately selected and used. A suitable example of the non-aqueous solvent is N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).

以上の正極活物質材料の溶媒への分散は、導電性中間層形成用組成物の用意の際と同様に行うことができる。具体的には、例えば、上記の正極活物質、導電材、バインダ等の正極活物質材料と、必要に応じて分散剤、増粘剤等の各種の添加剤と、溶媒とをミキサーに投入し、混練する。
正極活物質層124の全体に占める正極活物質の割合(典型的には、正極活物質組成物の固形分に占める正極活物質の割合と概ね一致する。)はおよそ50質量%以上(典型的には50〜95質量%)であることが好ましく、およそ75〜90質量%であることがより好ましい。導電材を含む組成の正極活物質層124では、活物質層124に占める導電材の割合を例えば凡そ3〜25質量%とすることができ、およそ3〜15質量%とすることが好ましい。この場合において、活物質層124に占める正極活物質の割合は凡そ80〜95質量%(例えば85〜95質量%)とすることが適当である。
また、正極活物質層形成用組成物における正極活物質材料の割合(固形分濃度)については特に制限はないが、後工程で正極活物質層形成用組成物を高温で高速乾燥する場合には、例えば、この固形分濃度を50〜60%程度を目安に調整することが好ましい。
混練のためのミキサーとしては、活物質層形成用ペーストの調製に用いられる一般的な混練機を用いることができる。例えば、ニーダー、撹拌機、分散機、混合機などと呼ばれるペーストの調製が可能な装置等を使用できる。
The above-described dispersion of the positive electrode active material in the solvent can be carried out in the same manner as the preparation of the conductive intermediate layer forming composition. Specifically, for example, a positive electrode active material such as the above positive electrode active material, conductive material, and binder, and various additives such as a dispersant and a thickener as necessary, and a solvent are charged into a mixer. Knead.
The ratio of the positive electrode active material to the entire positive electrode active material layer 124 (typically substantially the same as the ratio of the positive electrode active material to the solid content of the positive electrode active material composition) is about 50% by mass or more (typical Is preferably 50 to 95% by mass), more preferably about 75 to 90% by mass. In the positive electrode active material layer 124 having a composition including a conductive material, the proportion of the conductive material in the active material layer 124 can be, for example, approximately 3 to 25% by mass, and preferably approximately 3 to 15% by mass. In this case, the proportion of the positive electrode active material in the active material layer 124 is suitably about 80 to 95% by mass (for example, 85 to 95% by mass).
Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the ratio (solid content concentration) of the positive electrode active material material in the composition for positive electrode active material layer formation. For example, it is preferable to adjust the solid content concentration with about 50 to 60% as a guide.
As a mixer for kneading, a general kneader used for preparing an active material layer forming paste can be used. For example, an apparatus capable of preparing a paste called a kneader, a stirrer, a disperser, or a mixer can be used.

<5.正極活物質層形成用組成物を塗布する工程:S24>
次いで、上記のとおり用意した正極活物質層形成用組成物を、ステップS24に示した通り、上記で形成した導電性中間層123の上面に層状に塗布する。
正極活物質層形成用組成物の塗布についても、公知の各種の塗工装置を用いて行うことができ、上記の導電性中間層形成用組成物の塗布と同様に行い得る。活物質層形成用組成物の塗布量は特に限定されず、例えば、目的の電極を備える二次電池の用途に応じて任意に設定することができる。例えば、3〜50mg/cm程度の範囲内で適宜に設定することができる。
<5. Step of applying composition for forming positive electrode active material layer: S24>
Next, the positive electrode active material layer forming composition prepared as described above is applied in layers on the upper surface of the conductive intermediate layer 123 formed as described above in step S24.
The application of the composition for forming a positive electrode active material layer can also be performed using various known coating apparatuses, and can be performed in the same manner as the application of the composition for forming a conductive intermediate layer. The application amount of the composition for forming an active material layer is not particularly limited, and can be arbitrarily set depending on the use of a secondary battery including a target electrode, for example. For example, it can be appropriately set within a range of about 3 to 50 mg / cm 2 .

塗布された正極活物質層形成用組成物は、必要に応じて全体をプレスしたり、所望の大きさに裁断したりすることによって、目的とする厚みおよびサイズの電極を得る。プレス(圧縮)方法としては、従来公知のロールプレス法、平板プレス法等の圧縮方法を採用することができる。これにより、正極活物質層124および正極12の厚さを調整することができる。正極活物質層124の厚さを調整するにあたり、膜厚測定器で厚みを測定し、プレス圧を調整して所望の厚さになるまで複数回圧縮してもよい。   The applied composition for forming a positive electrode active material layer is pressed as necessary or cut into a desired size to obtain an electrode having a desired thickness and size. As a pressing (compression) method, conventionally known compression methods such as a roll pressing method and a flat plate pressing method can be employed. Thereby, the thickness of the positive electrode active material layer 124 and the positive electrode 12 can be adjusted. In adjusting the thickness of the positive electrode active material layer 124, the thickness may be measured with a film thickness measuring instrument, and may be compressed a plurality of times until a desired thickness is obtained by adjusting the press pressure.

<6.正極活物質層形成用組成物を乾燥する工程:S26>
最後に、ステップS26において、塗布された正極活物質層形成用組成物を乾燥させて、導電性中間層の上に正極活物質材料からなる正極活物質層を形成する。この乾燥についても、上記の導電性中間層の乾燥と同様で、余分な揮発成分を除去できるものであれば特に限定されず、必要に応じて適切な手段を採用することができる。そしてここに開示される製造方法では、前記のとおり導電性中間層の熱可塑性ポリマーの数平均分子量が調製されているため、高温で短時間の乾燥を行う高速乾燥を採用することができる。正極活物質層形成用組成物の高速乾燥の条件については、乾燥温度を、例えば、120℃〜150℃程度の温度範囲に適宜に設定することができ、より好ましくは、135℃〜150℃程度の温度範囲である。これにより、乾燥時間は、例えば、従来より2〜5割程度の割合で短縮することができる。具体的には、例えば正極活物質形成用組成物の目付量が5〜10mg/cm程度の場合、100〜150℃の雰囲気において、15〜25秒間程度の乾燥を行うことができる。これにより、正極が完成される。
<6. Step of drying positive electrode active material layer forming composition: S26>
Finally, in step S26, the applied composition for forming a positive electrode active material layer is dried to form a positive electrode active material layer made of a positive electrode active material on the conductive intermediate layer. This drying is similar to the drying of the conductive intermediate layer, and is not particularly limited as long as it can remove excess volatile components, and an appropriate means can be adopted as necessary. And in the manufacturing method disclosed here, since the number average molecular weight of the thermoplastic polymer of an electroconductive intermediate | middle layer is prepared as mentioned above, the high-speed drying which performs drying for a short time at high temperature is employable. About the conditions of the high-speed drying of the composition for positive electrode active material layer formation, a drying temperature can be suitably set to the temperature range of about 120 degreeC-150 degreeC, for example, More preferably, about 135 degreeC-150 degreeC Temperature range. Thereby, drying time can be shortened at the rate of about 20 to 50% compared with the past, for example. Specifically, for example, when the basis weight of the composition for forming a positive electrode active material is about 5 to 10 mg / cm 2 , drying can be performed for about 15 to 25 seconds in an atmosphere of 100 to 150 ° C. Thereby, the positive electrode is completed.

なお、図2のフロー図は、ここに開示された電極の製造方法の一実施形態を示すものであって、ここに開示される発明がこれに限定されることはない。例えば、ステップS22の電極活物質形成用組成物を用意する工程発明は、ステップS16の後に行う必要はなく、ステップS24に先行するいずれかのタイミングで行うことができる。また、2層構造のリチウム二次電池用正極の製造方法を例に説明を行ったが、電極の正負、および二次電池の種類等に制限はない。また、上記の電極の構造は、活物質層と集電体の間に導電性中間層を備える(典型的には集電体の表面に導電性中間層を備える)2層構造としたが、これらの層以外に、さらに何らかの機能を有する機能性層が備えられていても良い。   The flow diagram of FIG. 2 shows an embodiment of the electrode manufacturing method disclosed herein, and the invention disclosed herein is not limited to this. For example, the process invention for preparing the electrode active material forming composition in step S22 need not be performed after step S16, and can be performed at any timing prior to step S24. Further, the method for producing a positive electrode for a lithium secondary battery having a two-layer structure has been described as an example. In addition, the electrode structure described above has a two-layer structure including a conductive intermediate layer (typically including a conductive intermediate layer on the surface of the current collector) between the active material layer and the current collector. In addition to these layers, a functional layer having some function may be further provided.

図3に、本発明により提供される電極を正極として備えた二次電池の一例として、リチウム二次電池10を示した。リチウム二次電池10は、電極体11が非水電解質20とともに電池ケース15に収容された構成を有する。非水電解質20の少なくとも一部は、電極体11に含浸されている。電極体11は、正極12と負極14とセパレータ13とを備えている。   FIG. 3 shows a lithium secondary battery 10 as an example of a secondary battery provided with the electrode provided by the present invention as a positive electrode. The lithium secondary battery 10 has a configuration in which an electrode body 11 is accommodated in a battery case 15 together with a nonaqueous electrolyte 20. At least a part of the nonaqueous electrolyte 20 is impregnated in the electrode body 11. The electrode body 11 includes a positive electrode 12, a negative electrode 14, and a separator 13.

正極12は、本発明により提供される電極によって構成されている。正極12は、長尺シート状の正極集電体122と、正極活物質を含み且つ正極集電体122上に設けられた正極活物質層124とを有している。正極集電体122と正極活物質層124との間には、導電性中間層123が備えられている。負極14は、長尺シート状の負極集電体142と、負極活物質を含み且つ負極集電体142上に設けられた負極活物質層144とを有している。セパレータ13は、正極12および負極14と同様に、長尺シート状に形成されている。正極12および負極14は、それらの間にセパレータ13が介在するように、二枚のセパレータ13とともに円筒状に巻回されている。これにより、電極体11が形成されている。   The positive electrode 12 is constituted by an electrode provided by the present invention. The positive electrode 12 includes a long sheet-shaped positive electrode current collector 122 and a positive electrode active material layer 124 that includes the positive electrode active material and is provided on the positive electrode current collector 122. A conductive intermediate layer 123 is provided between the positive electrode current collector 122 and the positive electrode active material layer 124. The negative electrode 14 includes a long sheet-like negative electrode current collector 142 and a negative electrode active material layer 144 that includes the negative electrode active material and is provided on the negative electrode current collector 142. Like the positive electrode 12 and the negative electrode 14, the separator 13 is formed in a long sheet shape. The positive electrode 12 and the negative electrode 14 are wound in a cylindrical shape together with the two separators 13 so that the separator 13 is interposed therebetween. Thereby, the electrode body 11 is formed.

電池ケース15は、有底円筒状のケース本体152と、その開口部を塞ぐ蓋体154とを備える。蓋体154およびケース本体152はいずれも金属製であって、相互に絶縁されている。蓋体154は正極集電体122と電気的に接続され、ケース本体152は負極集電体142と電気的に接続されている。このリチウム二次電池10では、蓋体154が正極端子、ケース本体152が負極端子をそれぞれ兼ねている。   The battery case 15 includes a bottomed cylindrical case main body 152 and a lid 154 that closes the opening. The lid 154 and the case main body 152 are both made of metal and insulated from each other. The lid 154 is electrically connected to the positive electrode current collector 122, and the case body 152 is electrically connected to the negative electrode current collector 142. In the lithium secondary battery 10, the lid body 154 also serves as a positive electrode terminal, and the case main body 152 serves as a negative electrode terminal.

正極集電体122の長手方向に沿う一方の縁(図3の上側の縁)には、正極活物質層124が設けられずに集電体122が露出した部分が設けられている。この露出部分には、蓋体154が電気的に接続されている。負極集電体142の長手方向に沿う一方の縁(図3の下側の縁)には、負極活物質層144が設けられずに集電体142が露出した部分が設けられている。この露出部分には、ケース本体152が電気的に接続されている。   On one edge (upper edge in FIG. 3) along the longitudinal direction of the positive electrode current collector 122, a portion where the positive electrode active material layer 124 is not provided and the current collector 122 is exposed is provided. A lid 154 is electrically connected to the exposed portion. On one edge (the lower edge in FIG. 3) along the longitudinal direction of the negative electrode current collector 142, a portion where the current collector 142 is exposed without the negative electrode active material layer 144 being provided. The case main body 152 is electrically connected to the exposed portion.

非水電解質は、支持塩としてのリチウム塩を有機溶媒(非水溶媒)中に含んだものである。常温で液状の非水電解質(すなわち電解液)を好ましく使用し得る。リチウム塩としては、例えば、従来からリチウム二次電池の非水電解質の支持塩として用いられている公知のリチウム塩を、適宜選択して使用することができる。例えば、かかるリチウム塩として、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、Li(CFSON、LiCFSO等が例示される。かかる支持塩は、一種のみを単独で、または二種以上を組み合わせて用いることができる。特に好ましい例として、LiPFが挙げられる。上記非水電解質は、例えば、上記支持塩の濃度が0.7〜1.6mol/Lの範囲内となるように調製することが好ましい。 The non-aqueous electrolyte includes a lithium salt as a supporting salt in an organic solvent (non-aqueous solvent). A nonaqueous electrolyte that is liquid at room temperature (that is, an electrolytic solution) can be preferably used. As the lithium salt, for example, a known lithium salt conventionally used as a supporting salt for a non-aqueous electrolyte of a lithium secondary battery can be appropriately selected and used. Examples of such lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiCF 3 SO 3 and the like. These supporting salts can be used alone or in combination of two or more. A particularly preferred example is LiPF 6 . The non-aqueous electrolyte is preferably prepared, for example, so that the concentration of the supporting salt is within a range of 0.7 to 1.6 mol / L.

上記非水溶媒として、一般的なリチウム二次電池に用いられる有機溶媒を適宜選択して使用することができる。特に好ましい非水溶媒として、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)等のカーボネート類が例示される。これら有機溶媒は、一種のみを単独で、または二種以上を組み合わせて用いることができる。   As the non-aqueous solvent, an organic solvent used in a general lithium secondary battery can be appropriately selected and used. Particularly preferred non-aqueous solvents include carbonates such as ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), and propylene carbonate (PC). These organic solvents can be used alone or in combination of two or more.

負極集電体142としては、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。例えば、銅または銅を主成分とする合金を用いることができる。負極集電体142の形状は、リチウム二次電池の形状等に応じて異なり得るため、特に制限はなく、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態であり得る。本実施形態では、シート状の銅製の負極集電体142が用いられる。例えば、厚みが5μm〜30μm程度の銅製シートを好適に用いることができる。   As the negative electrode current collector 142, a conductive member made of a highly conductive metal is preferably used. For example, copper or an alloy containing copper as a main component can be used. The shape of the negative electrode current collector 142 may vary depending on the shape of the lithium secondary battery and the like, and thus is not particularly limited, and may be various forms such as a rod shape, a plate shape, a sheet shape, a foil shape, and a mesh shape. In the present embodiment, a sheet-like copper negative electrode current collector 142 is used. For example, a copper sheet having a thickness of about 5 μm to 30 μm can be suitably used.

負極活物質層144は、負極活物質の他、正極活物質層124と同様の導電材、バインダ等を必要に応じて含有し得る。特に限定するものではないが、負極活物質100質量部に対するバインダの使用量は、例えば0.5〜10質量部とすることができる。上記負極活物質層144は、正極活物質層124と同様、適当な溶媒とバインダとを含む液状媒体に負極活物質が分散した態様の組成物を作製し、その組成物を負極集電体142の表面に塗布して乾燥させ、所望によりプレスすることによって、好ましく作製し得る。   The negative electrode active material layer 144 can contain a conductive material, a binder, and the like similar to those of the positive electrode active material layer 124 as necessary, in addition to the negative electrode active material. Although it does not specifically limit, the usage-amount of the binder with respect to 100 mass parts of negative electrode active materials can be 0.5-10 mass parts, for example. For the negative electrode active material layer 144, similarly to the positive electrode active material layer 124, a composition in which the negative electrode active material is dispersed in a liquid medium containing an appropriate solvent and a binder is prepared, and the composition is used as the negative electrode current collector 142. It can be preferably prepared by applying to the surface of the material, drying, and pressing as desired.

負極活物質としては、従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。例えば、好適な負極活物質としてカーボン粒子が挙げられる。少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を含む粒子状の炭素材料(カーボン粒子)が好ましく用いられる。いわゆる黒鉛質のもの(グラファイト)、難黒鉛化炭素質のもの(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素質のもの(ソフトカーボン)、これらを組み合わせた構造を有するもののいずれの炭素材料も、好適に使用され得る。   As the negative electrode active material, one type or two or more types of materials conventionally used in lithium secondary batteries can be used without any particular limitation. For example, a carbon particle is mentioned as a suitable negative electrode active material. A particulate carbon material (carbon particles) containing a graphite structure (layered structure) at least partially is preferably used. Any carbon material of a so-called graphitic material (graphite), non-graphitizable carbon material (hard carbon), easily graphitized carbon material (soft carbon), or a combination of these materials is preferably used. Can be done.

セパレータ13は、長尺のシート状に形成されている。ただし、セパレータ13の形状は、リチウム二次電池の形状等に応じて異なり得るため、特にシート状に限定される訳ではない。セパレータ13としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルムを好適に使用し得る。
本発明により提供される電極は、各種形態の電池を構築するための電極(例えば正極)として好ましく利用される。例えば、上記電極を用いてなる正極と、負極集電体に負極活物質層が保持された負極と、該正負極間に配置される電解質と、典型的には正負極集電体を離隔するセパレータ(電解質が固体である場合には不要であり得る。)とを備えるリチウム二次電池の構成要素として好適である。かかる電池を構成する外容器の構造(例えば金属製の筐体やラミネートフィルム構造物)やサイズ、あるいは正負極集電体を主構成要素とする電極体の構造(例えば捲回構造や積層構造)等について特に制限はない。
The separator 13 is formed in a long sheet shape. However, since the shape of the separator 13 may vary depending on the shape of the lithium secondary battery, it is not particularly limited to a sheet shape. As the separator 13, for example, a porous film made of a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene can be suitably used.
The electrode provided by the present invention is preferably used as an electrode (for example, positive electrode) for constructing various types of batteries. For example, the positive electrode using the above electrode, the negative electrode in which the negative electrode active material layer is held on the negative electrode current collector, the electrolyte disposed between the positive and negative electrodes, and typically the positive and negative electrode current collectors are separated. It is suitable as a component of a lithium secondary battery including a separator (which may be unnecessary when the electrolyte is solid). Structure (for example, metal casing or laminate film structure) and size of an outer container constituting such a battery, or structure of an electrode body (for example, a wound structure or a laminated structure) having a positive / negative electrode current collector as a main component There is no particular restriction on the etc.

このようなリチウム二次電池10は、各種用途向けの二次電池として利用可能である。例えば、自動車等の車両に搭載される車両駆動用モータ(電動機)の電源として好適に利用することができる。車両の種類は特に限定されないが、典型的には、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車等である。かかるリチウム二次電池10は、単独で使用されてもよく、直列および/または並列に複数接続されてなる組電池の形態で使用されてもよい。   Such a lithium secondary battery 10 can be used as a secondary battery for various applications. For example, it can be suitably used as a power source for a vehicle driving motor (electric motor) mounted on a vehicle such as an automobile. The type of vehicle is not particularly limited, but is typically a hybrid vehicle, an electric vehicle, a fuel cell vehicle, or the like. Such lithium secondary battery 10 may be used alone, or may be used in the form of an assembled battery that is connected in series and / or in parallel.

以下に図面とともに実施例を示し、本発明についてさらに説明する。ただし、本発明がこれらの例に限定されることがないことは言うまでもない。
≪導電性中間層形成用組成物の粘性≫
導電性中間層を形成するための導電性中間層形成用組成物を、以下のようにして調製した。すなわち、導電性粒子として、平均粒径が35nmのカーボンブラックを用いた。熱可塑性ポリマーとしては、数平均分子量の異なる4とおりのポリフッ化ビニリデン(PVdF)を用いた。すなわち、PVdFは、数平均分子量が、PVdF(A):28万、PVdF(B):50万、PVdF(C):63万、PVdF(D):100万の4とおりのものを用意した。また、溶媒としてはN−メチルピロリドン(NMP)を用いた。
これらの中間層材料を、導電性粒子、熱可塑性ポリマー、溶媒の質量比が10:2:88(すなわち、固形分濃度NVが約13.6質量%)となるように混合して、4とおりの導電性中間層形成用の組成物を調製した。組成物(A)は熱可塑性ポリマーとしてPVdF(A)を、組成物(B)は熱可塑性ポリマーとしてPVdF(B)を、組成物(C)は熱可塑性ポリマーとしてPVdF(C)、組成物(D)は熱可塑性ポリマーとしてPVdF(D)を用いたものである。これら組成物(A)〜(D)の粘性を調べた。粘性の測定は、B型粘度計を用い、25℃、0.1s−1の条件で測定した。組成物(A)〜(D)の粘性を測定した結果を、熱可塑性ポリマーの数平均分子量と導電性中間層形成用組成物の粘性の関係として、図4に示した。
Hereinafter, the present invention will be further described with reference to the accompanying drawings. However, it goes without saying that the present invention is not limited to these examples.
≪Viscosity of composition for forming conductive intermediate layer≫
A conductive intermediate layer forming composition for forming a conductive intermediate layer was prepared as follows. That is, carbon black having an average particle size of 35 nm was used as the conductive particles. As the thermoplastic polymer, four types of polyvinylidene fluoride (PVdF) having different number average molecular weights were used. That is, four types of PVdF having a number average molecular weight of PVdF (A): 280,000, PVdF (B): 500,000, PVdF (C): 630,000, and PVdF (D): 1 million were prepared. Moreover, N-methylpyrrolidone (NMP) was used as a solvent.
These intermediate layer materials were mixed so that the mass ratio of the conductive particles, the thermoplastic polymer, and the solvent was 10: 2: 88 (that is, the solid content concentration NV was about 13.6% by mass). A composition for forming a conductive intermediate layer was prepared. Composition (A) is PVdF (A) as the thermoplastic polymer, Composition (B) is PVdF (B) as the thermoplastic polymer, Composition (C) is PVdF (C) as the thermoplastic polymer, Composition ( D) uses PVdF (D) as the thermoplastic polymer. The viscosities of these compositions (A) to (D) were examined. Viscosity was measured using a B-type viscometer under the conditions of 25 ° C. and 0.1 s −1 . The results of measuring the viscosity of the compositions (A) to (D) are shown in FIG. 4 as the relationship between the number average molecular weight of the thermoplastic polymer and the viscosity of the conductive intermediate layer forming composition.

図4に示した通り、導電性中間層形成用組成物の粘性は、PVdFの数平均分子量の増加に伴いほぼ直線的に上昇することが確認された。なお、導電性粒子としてカーボンブラックを用いた導電性中間層形成用組成物の粘性は、カーボンブラック単体をNMP溶媒に分散させたもの(いわゆるカーボンペースト)の粘度よりも大幅に高い。そして組成物の粘度は、さらにPVdFの数平均分子量の増大に伴いさらに増加する。本発明者は、これらの現象は、分子量が高いPVdFほどカーボンとの吸着性が高く、また吸着した際に立体障害をもたらす作用が大きく、その結果として、組成物の粘度が上昇するものと考えている。
≪二次電池用電極の作製≫
アルミニウム箔を集電体とし、正極活物質層として一般式LiNi1/3Co1/3Mn1/3で表わされる組成のリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を有し、これらの層間に導電性中間層を備えるシート状電極を作製した。
As shown in FIG. 4, it was confirmed that the viscosity of the composition for forming a conductive intermediate layer increases almost linearly as the number average molecular weight of PVdF increases. The viscosity of the composition for forming a conductive intermediate layer using carbon black as the conductive particles is significantly higher than the viscosity of a carbon black simple substance dispersed in an NMP solvent (so-called carbon paste). The viscosity of the composition further increases as the number average molecular weight of PVdF increases. The present inventor believes that these phenomena have a higher adsorbability with carbon as PVdF having a higher molecular weight, and a greater effect of causing steric hindrance when adsorbed, resulting in an increase in the viscosity of the composition. ing.
≪Preparation of secondary battery electrode≫
An aluminum foil is used as a current collector, and a lithium nickel cobalt manganese composite oxide having a composition represented by the general formula LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 is used as a positive electrode active material layer. A sheet-like electrode provided with a conductive intermediate layer was produced.

<導電性中間層の形成>
導電性中間層を形成するための導電性中間層形成用組成物を、以下のようにして調製した。すなわち、導電性粒子として、平均粒径が35nmのカーボンブラックを用いた。熱可塑性ポリマーとしては、数平均分子量の異なる4とおりのポリフッ化ビニリデン(PVdF)を用いた。すなわち、PVdFは、数平均分子量が、PVdF(A):28万、PVdF(B):50万、PVdF(C):63万、PVdF(D):100万の4とおりを用意した。また、溶媒としてはN−メチルピロリドン(NMP)を用いた。
これらの中間層材料を、導電性粒子と熱可塑性ポリマーの質量比が28:72となるように配合し、これを溶媒中に固形分濃度NVが9.5質量%となるように混合して、4とおりの導電性中間層形成用の組成物を調製した。組成物(a)は熱可塑性ポリマーとしてPVdF(A)を、組成物(b)は熱可塑性ポリマーとしてPVdF(B)を、組成物(c)は熱可塑性ポリマーとしてPVdF(C)、組成物(d)は熱可塑性ポリマーとしてPVdF(D)を用いたものである。
<Formation of conductive intermediate layer>
A conductive intermediate layer forming composition for forming a conductive intermediate layer was prepared as follows. That is, carbon black having an average particle size of 35 nm was used as the conductive particles. As the thermoplastic polymer, four types of polyvinylidene fluoride (PVdF) having different number average molecular weights were used. That is, PVdF prepared four types of number average molecular weights: PVdF (A): 280,000, PVdF (B): 500,000, PVdF (C): 630,000, PVdF (D): 1 million. Moreover, N-methylpyrrolidone (NMP) was used as a solvent.
These intermediate layer materials are blended so that the mass ratio of the conductive particles to the thermoplastic polymer is 28:72, and this is mixed in a solvent so that the solid content concentration NV is 9.5% by mass. Four types of compositions for forming a conductive intermediate layer were prepared. Composition (a) is PVdF (A) as a thermoplastic polymer, Composition (b) is PVdF (B) as a thermoplastic polymer, Composition (c) is PVdF (C) as a thermoplastic polymer, Composition ( d) uses PVdF (D) as the thermoplastic polymer.

この組成物(a)〜(d)を厚さ15μmの長尺状アルミニウム箔(集電体)の片面にそれぞれ塗布して乾燥させることにより、集電体の片面に導電性中間層(a)〜(d)を形成した。導電性中間層(a)は、組成物(a)を用いて形成されたものである。導電性中間層(b)は、組成物(b)を用いて形成されたものである。導電性中間層(c)は、組成物(c)を用いて形成されたものである。導電性中間層(d)は、組成物(d)を用いて形成されたものである。なお、参考のため、組成物(a)のみは、集電体の両面に塗布し、導電性中間層を集電体の両面に形成した。上記組成物(a)〜(d)の塗布にはグラビアコーターを用い、その塗布量(目付量)は、集電体の片面当たり約0.3mg/cm(固形分基準)となるように調整した。この塗布量によると、集電体上に厚さ約2μmの導電性中間層が形成される。
また、乾燥条件は、115℃の乾燥炉内で30秒間の乾燥を行うものとした。
Each of the compositions (a) to (d) is coated on one side of a 15 μm-thick long aluminum foil (current collector) and dried to thereby form a conductive intermediate layer (a) on one side of the current collector. ~ (D) was formed. The conductive intermediate layer (a) is formed using the composition (a). The conductive intermediate layer (b) is formed using the composition (b). The conductive intermediate layer (c) is formed using the composition (c). The conductive intermediate layer (d) is formed using the composition (d). For reference, only the composition (a) was applied on both sides of the current collector, and a conductive intermediate layer was formed on both sides of the current collector. A gravure coater is used for coating the compositions (a) to (d), and the coating amount (basis weight) is about 0.3 mg / cm 2 (solid content basis) per one side of the current collector. It was adjusted. According to this coating amount, a conductive intermediate layer having a thickness of about 2 μm is formed on the current collector.
As drying conditions, drying was performed in a drying furnace at 115 ° C. for 30 seconds.

<正極活物質層の形成>
正極活物質層は以下のようにして形成した。すなわち、上式で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粉末(正極活物質、平均粒径8μm)と、アセチレンブラック(導電材、平均粒径48nm)とPVdF(バインダ)とを、これら材料の質量比が88:10:2となり且つNVが58質量%となるようにイオン交換水と混合して、正極活物質層形成用組成物を調製した。そして、導電性中間層(a)〜(d)の上から活物質層形成用の組成物を塗布して乾燥させることにより、それぞれ正極活物質層(a)〜(d)を形成した。正極活物質層形成用組成物の塗布量(目付量)は約5.6mg/cm(固形分基準)となるように調整した。また、正極活物質層の形成のための乾燥条件は、150℃で20秒間の乾燥を行う高速乾燥を採用した。この乾燥時間は、通常の乾燥(典型的には、95℃で125秒間)よりも100秒以上(すなわち84%程度)も短縮されたことになる。
なお、導電性中間層(a)については集電体の両面に形成されているが、ここでは片面に形成された導電性中間層(a)に対してのみ、正極活物質層を形成した。正極活物質層形成用組成物を乾燥させたままの状態において、集電体とその両面に形成された電極膜(導電性中間層および正極活物質層)とを含む全体の厚みは約100μmであった。
<Formation of positive electrode active material layer>
The positive electrode active material layer was formed as follows. That is, lithium nickel cobalt manganese composite oxide powder represented by the above formula (positive electrode active material, average particle size 8 μm), acetylene black (conductive material, average particle size 48 nm) and PVdF (binder) A composition for forming a positive electrode active material layer was prepared by mixing with ion-exchanged water so that the mass ratio was 88: 10: 2 and NV was 58 mass%. And the positive electrode active material layer (a)-(d) was formed by apply | coating and drying the composition for active material layer formation from on electroconductive intermediate | middle layer (a)-(d), respectively. The coating amount (weight per unit area) of the composition for forming a positive electrode active material layer was adjusted to be about 5.6 mg / cm 2 (based on solid content). Moreover, the drying conditions for formation of a positive electrode active material layer employ | adopted the high-speed drying which performs drying for 20 second at 150 degreeC. This drying time is shortened by 100 seconds or more (that is, about 84%) as compared with normal drying (typically, 95 ° C. for 125 seconds).
The conductive intermediate layer (a) is formed on both sides of the current collector, but here, the positive electrode active material layer is formed only on the conductive intermediate layer (a) formed on one side. The total thickness including the current collector and the electrode films (conductive intermediate layer and positive electrode active material layer) formed on both sides of the current collector in a state where the composition for forming the positive electrode active material layer is dried is about 100 μm. there were.

<EPMA分析>
上記のとおり形成した正極活物質層(a)〜(d)を備える電極を、それぞれ正極サンプル(A)〜(D)とした。これらの電極サンプル(A)〜(D)をCP処理(Cross Section Polisher処理)することによりその断面出しを行った。そしてこれらの断面に対してEPMA(Electron Probe Micro Analyzer:電子線マイクロアナライザ)による分析を行い、元素F(フッ素)に関する定量分析と、元素分布を調べた。その結果を、F元素マップとして、図5(A)(B)(D)に示した。また、表1および図6に、電極サンプル(A)〜(D)の導電性中間層における元素Fの検出濃度の平均値を示した。
<EPMA analysis>
Electrodes provided with the positive electrode active material layers (a) to (d) formed as described above were used as positive electrode samples (A) to (D), respectively. These electrode samples (A) to (D) were subjected to CP treatment (Cross Section Polisher treatment) to obtain a cross section. Then, these sections were analyzed by EPMA (Electron Probe Micro Analyzer), and quantitative analysis and element distribution on element F (fluorine) were examined. The results are shown in FIGS. 5A, 5B, and 5D as F element maps. Table 1 and FIG. 6 show the average values of the detected concentrations of element F in the conductive intermediate layers of the electrode samples (A) to (D).

図5において、(A)は電極サンプル(A)に関するF元素の分布を示す図であり、(B)は電極サンプル(B)に関するF元素の分布を示す図であり、(D)は電極サンプル(D)に関するF元素の分布を示す図である。これらの図においてF濃度は白黒のコントラストで示されており、F濃度とコントラストの対応関係は各図の右側に示された凡例により確認することができる。
なお、図5(A)(B)(D)においてF元素は、導電性中間層に熱可塑性ポリマーとして使用したPVdFと、正極活物質層にバインダとして使用したPVdFに含まれるフッ素(F)に由来する。すなわち、図5(A)(B)(D)から、熱可塑性ポリマーおよびバインダが存在する場所とその濃度を確認することができる。なお、各層におけるPVdFの濃度は、単純な算術平均値として、導電性中間層で72質量%、正極活物質層で2質量%である。
In FIG. 5, (A) is a figure which shows distribution of F element regarding an electrode sample (A), (B) is a figure which shows distribution of F element regarding an electrode sample (B), (D) is an electrode sample. It is a figure which shows distribution of F element regarding (D). In these figures, the F density is shown in black and white contrast, and the correspondence between the F density and contrast can be confirmed by the legend shown on the right side of each figure.
In FIGS. 5A, 5B, and 5D, the element F is contained in PVdF used as a thermoplastic polymer in the conductive intermediate layer and fluorine (F) contained in PVdF used as a binder in the positive electrode active material layer. Derived from. That is, from FIG. 5 (A) (B) (D), the location and concentration of the thermoplastic polymer and binder can be confirmed. In addition, the density | concentration of PVdF in each layer is 72 mass% in a conductive intermediate | middle layer, and 2 mass% in a positive electrode active material layer as a simple arithmetic mean value.

図5(A)(B)(D)において、中央付近で略水平方向に伸びる黒い帯状の部分は、集電体であるアルミニウム箔(断面)に相当し、このアルミニウム箔の片面(図5では上方)に導電性中間層および正極活物質層が設けられている。なお、図5(A)については、参考のためにアルミニウム箔の他方の一面(図5では下方)にも導電性中間層を設けている。この図5(A)のアルミニウム箔の部分の下方で水平伸びる白い帯状の部分が、他方の一面に設けられた導電性中間層に含まれるF元素に相当する。このことから、このF元素分布図においては、適切に形成された導電性中間層は白い帯状に明確に確認できることがわかる。   In FIGS. 5A, 5B, and 5D, a black belt-like portion extending in a substantially horizontal direction near the center corresponds to an aluminum foil (cross section) that is a current collector, and one side of the aluminum foil (in FIG. 5) A conductive intermediate layer and a positive electrode active material layer are provided on the upper side. 5A, a conductive intermediate layer is also provided on the other surface (downward in FIG. 5) of the aluminum foil for reference. The white belt-like portion extending horizontally below the aluminum foil portion in FIG. 5A corresponds to the F element contained in the conductive intermediate layer provided on the other surface. From this, it can be seen that in the F element distribution diagram, the appropriately formed conductive intermediate layer can be clearly confirmed as a white belt.

一方で、黒い帯状に見えるアルミニウム箔の上方には、導電性中間層と正極活物質層のそれぞれに含まれるF元素が確認されることになる。たとえば、図5(D)においては、黒い帯状に見えるアルミニウム箔の上方に、導電性中間層中のF元素が白い帯状にみてとれ、さらにその上方には幅広い白黒の斑な帯状に正極活物質層中のF元素が存在するのが見てとれる。そして図5(D)では、導電性中間層と正極活物質層の境界をF元素の濃度差(分布の違い)により比較的明確に確認することができる。
これに対し、図5(B)において、導電性中間層中のF元素の分布と正極活物質層中のF元素の分布とは、コントラストの斑模様の粗さによって識別できなくはないが、その境界を明確に確認するのは困難である。さらに図5(A)においては、導電性中間層中のF元素の分布と正極活物質層中のF元素の分布との境界をほとんど確認することができない。すなわち、電極サンプル(A)および(B)においては、電極サンプル(D)と比較して、導電性中間層と正極活物質層の境界付近でF元素に濃度差がなくなっていることがわかる。また、正極活物質層におけるF元素の濃度が明らかに高いことが見てとれる。つまり、導電性中間層中のF元素(すなわちPVdF)が正極活物質層中に移動したことが予想される。
On the other hand, the F element contained in each of the conductive intermediate layer and the positive electrode active material layer is confirmed above the aluminum foil that looks like a black belt. For example, in FIG. 5D, the F element in the conductive intermediate layer can be seen as a white band above the aluminum foil that looks like a black band, and further above that, the positive electrode active material in a wide black and white spotted band. It can be seen that the F element in the layer is present. In FIG. 5D, the boundary between the conductive intermediate layer and the positive electrode active material layer can be confirmed relatively clearly by the difference in F element concentration (difference in distribution).
On the other hand, in FIG. 5B, the distribution of the F element in the conductive intermediate layer and the distribution of the F element in the positive electrode active material layer can not be distinguished by the roughness of the contrast pattern, It is difficult to clearly identify the boundary. Further, in FIG. 5A, the boundary between the distribution of F element in the conductive intermediate layer and the distribution of F element in the positive electrode active material layer can hardly be confirmed. That is, in the electrode samples (A) and (B), it can be seen that there is no difference in the concentration of the F element in the vicinity of the boundary between the conductive intermediate layer and the positive electrode active material layer as compared with the electrode sample (D). It can also be seen that the concentration of the F element in the positive electrode active material layer is clearly high. That is, it is expected that the F element (that is, PVdF) in the conductive intermediate layer has moved into the positive electrode active material layer.

表1は、上段から順に、電極サンプル(A)〜(D)の導電性中間層に用いたPVdFの種類とその数平均分子量、および導電性中間層におけるF元素の検出濃度の平均値を示している。図6は、電極サンプル(A)〜(D)の導電性中間層に用いたPVdFの数平均分子量と導電性中間層におけるF元素濃度の検出濃度の関係を示したグラフである。表1および図6から、導電性中間層に用いたPVdFの数平均分子量が少ないほど、導電性中間層中に検出されるF元素の濃度が低いことが確認できる。また、PVdFの数平均分子量が63万未満の領域で、F元素の濃度の低下が著しくなる傾向があるといえる。
以上の表1、図5(A)(B)(D)および図6から、導電性中間層に用いるPVdFの数平均分子量が少ないほど、導電性中間層中のPVdFが正極活物質層中に移動していることが確認された。
Table 1 shows, in order from the top, the types and number average molecular weights of PVdF used for the conductive intermediate layers of the electrode samples (A) to (D), and the average value of the detected concentration of F element in the conductive intermediate layer. ing. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the number average molecular weight of PVdF used in the conductive intermediate layers of the electrode samples (A) to (D) and the detected concentration of the F element concentration in the conductive intermediate layers. From Table 1 and FIG. 6, it can confirm that the density | concentration of F element detected in a conductive intermediate layer is so low that the number average molecular weight of PVdF used for the conductive intermediate layer is small. Further, it can be said that the decrease in the concentration of the F element tends to be remarkable in the region where the number average molecular weight of PVdF is less than 630,000.
From the above Table 1, FIGS. 5A, 5B, and D, and FIG. 6, the smaller the number average molecular weight of PVdF used for the conductive intermediate layer, the more PVdF in the conductive intermediate layer is in the positive electrode active material layer. It was confirmed that it was moving.

≪リチウム二次電池の作製≫
上記の電極サンプル(A)(B)(D)を正極として用いて、リチウム二次電池(A)(B)(D)を構築した。負極には、厚み約15μmの長尺状銅箔からなる負極集電体の両面に、天然黒鉛とSBRとCMCとを98:1:1の質量比で含む負極合材層が設けられた構成のものを使用した。この負極と上記正極とを二枚の長尺状セパレータ(ここでは多孔質ポリエチレンシートを用いた。)とともに積層し、その積層シートを長尺方向に捲回して捲回電極体を作製した。この電極体を非水電解液とともに外装ケースに収容して、18650型(直径18mm、高さ65mm)リチウム二次電池を構築した。非水電解液としては、ECとDMCとEMCとを3:3:4の体積比で含む混合溶媒中に1.0Mの濃度でLiPFを含む組成のものを使用した。このようにして得られたリチウム二次電池を、各電池に使用した電極サンプルの番号に対応付けて、それぞれ電池(A)(B)(D)とする。
≪Production of lithium secondary battery≫
Lithium secondary batteries (A), (B), and (D) were constructed using the electrode samples (A), (B), and (D) as positive electrodes. The negative electrode is provided with a negative electrode mixture layer containing natural graphite, SBR, and CMC at a mass ratio of 98: 1: 1 on both sides of a negative electrode current collector made of a long copper foil having a thickness of about 15 μm. I used one. The negative electrode and the positive electrode were laminated together with two long separators (here, a porous polyethylene sheet was used), and the laminated sheet was wound in the long direction to produce a wound electrode body. This electrode body was housed in an outer case together with a non-aqueous electrolyte, and a 18650 type (18 mm diameter, 65 mm height) lithium secondary battery was constructed. As the non-aqueous electrolyte, a composition containing LiPF 6 at a concentration of 1.0 M in a mixed solvent containing EC, DMC, and EMC at a volume ratio of 3: 3: 4 was used. The lithium secondary batteries thus obtained are referred to as batteries (A), (B), and (D) in association with the numbers of the electrode samples used for the batteries.

<シャットダウン特性の評価>
電池(A)(B)(D)について、環境温度を50℃から150℃に昇温した際の直流抵抗値の測定を行った。具体的には、各電池をSOC30%に調整し、50℃から2℃/secの昇温速度で150℃まで加熱する高温環境下において各々の電池に対して1Cの直流電流を流し、内部抵抗の絶対値の変化を測定した。その測定結果を図7に示した。図7のグラフにおいて、横軸は環境温度(℃)を、縦軸は内部抵抗の絶対値(|Z|(mΩ))を示している。
<Evaluation of shutdown characteristics>
For the batteries (A), (B), and (D), the DC resistance value was measured when the environmental temperature was raised from 50 ° C to 150 ° C. Specifically, each battery is adjusted to 30% SOC, and a direct current of 1 C is passed to each battery in a high temperature environment where the temperature is increased from 50 ° C. to 150 ° C. at a temperature rising rate of 2 ° C./sec. The change in absolute value of was measured. The measurement results are shown in FIG. In the graph of FIG. 7, the horizontal axis represents the environmental temperature (° C.), and the vertical axis represents the absolute value of internal resistance (| Z | (mΩ)).

図7に示すように、PVdFが導電性中間層から正極活物質層に大量に移動してしまった電池(A)は、環境温度を上昇させても内部抵抗に変化は見られず、導電性中間層によるシャットダウン効果が全く得られないことが確認された。PVdFの移動の程度が比較的低い電池(B)および電池(D)については、昇温開始から徐々に内部抵抗の上昇がみられ、次第に抵抗が大きく上昇し、導電性中間層によるシャットダウン機能が発現されていることが確認された。特に電池(B)については、100℃付近における抵抗増加の立ち上がり、および抵抗の上昇幅が大きく、良好なシャットダウン機能を有するものと考えられる。一方で、電池(D)は内部抵抗が温度の上昇とともに比較的線形的に増加しており、シャットダウン機能としては電池(B)に劣るものと考えられる。また、電池(D)は内部抵抗の絶対値が最も高いが、もともとの内部抵抗も高い。そこで、シャットダウン機能の大きさを、(抵抗曲線がピークとなる温度での抵抗値)÷(測定開始温度(50℃)における抵抗値)と定義して、電池(A)(B)(D)のシャットダウン機能について評価した。その結果、シャットダウン機能は、電池(B)>電池(D)>電池(A)の順に大きかった。これらのことから、電池(B)のシャットダウン効果が最も優れていると考えら得る。なお、導電性中間層から正極活物質層へのPVdFの移動が最も少ないと考えられる電池(D)よりも、電池(B)の方がシャットダウン効果が大きくなる理由は、以下のとおりと考えられる。すなわち、電池(D)は導電性中間層の熱可塑性ポリマーとして数平均分子量が100万と大きいPVdFを用いている。PVdFは分子量が大きいほど温度上昇に伴う膨潤性の感度が高くなるため、温度上昇により分子が膨潤してしまい、明確なシャットダウンが発現されなかったと考えられる。したがって、内部抵抗を考慮すると、導電性中間層の熱可塑性ポリマーとしては数平均分子量が100万未満のPVdFを用いることが好ましいことが分かる。
以上のことから、導電性中間層に用いるPVdFの数平均分子量は、63万以上100万未満が適切であることが確認できた。
As shown in FIG. 7, the battery (A) in which PVdF has moved in a large amount from the conductive intermediate layer to the positive electrode active material layer shows no change in the internal resistance even when the environmental temperature is raised. It was confirmed that the shutdown effect by the intermediate layer was not obtained at all. Regarding the battery (B) and the battery (D) whose degree of movement of PVdF is relatively low, the internal resistance gradually increases from the start of the temperature rise, gradually increases in resistance, and the shutdown function by the conductive intermediate layer is achieved. It was confirmed that it was expressed. In particular, the battery (B) is considered to have a good shutdown function due to a large rise in resistance near 100 ° C. and a large increase in resistance. On the other hand, the internal resistance of the battery (D) increases relatively linearly as the temperature rises, and it is considered that the shutdown function is inferior to that of the battery (B). The battery (D) has the highest absolute value of the internal resistance, but the original internal resistance is also high. Therefore, the size of the shutdown function is defined as (resistance value at the temperature at which the resistance curve reaches a peak) ÷ (resistance value at the measurement start temperature (50 ° C.)), and the batteries (A), (B), and (D) The shutdown function was evaluated. As a result, the shutdown function was larger in the order of battery (B)> battery (D)> battery (A). From these things, it can be considered that the shutdown effect of the battery (B) is most excellent. The reason why the battery (B) has a greater shutdown effect than the battery (D) considered to have the least amount of PVdF transfer from the conductive intermediate layer to the positive electrode active material layer is considered as follows. . That is, the battery (D) uses PVdF having a number average molecular weight as large as 1,000,000 as the thermoplastic polymer of the conductive intermediate layer. As PVdF has a higher molecular weight, the sensitivity of swelling with increasing temperature becomes higher. Therefore, the molecule is swollen with increasing temperature, and it is considered that a clear shutdown was not expressed. Therefore, in view of the internal resistance, it is understood that PVdF having a number average molecular weight of less than 1 million is preferably used as the thermoplastic polymer of the conductive intermediate layer.
From the above, it was confirmed that the number average molecular weight of PVdF used for the conductive intermediate layer is appropriately 630,000 to less than 1 million.

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible.

ここで開示される技術によると、シャットダウン特性を低下させることなく導電性中間層を備える二次電池用電極の製造方法を提供することができる。また、この製造方法によると、電池性能を大きく損なうことなく、高速での乾燥を実現し得る。従って、製造時間およびコストの削減を図ることができる。   According to the technology disclosed herein, a method for manufacturing an electrode for a secondary battery including a conductive intermediate layer can be provided without degrading shutdown characteristics. Moreover, according to this manufacturing method, high-speed drying can be realized without significantly impairing battery performance. Therefore, it is possible to reduce manufacturing time and cost.

10 リチウム二次電池
12 正極(電池用電極)
50 導電性粒子
51 第1導電性粒子
52 第2導電性粒子
60 バインダ
122 集電体
123 中間層
124 活物質層
10 Lithium secondary battery 12 Positive electrode (battery electrode)
50 conductive particles 51 first conductive particles 52 second conductive particles 60 binder 122 current collector 123 intermediate layer 124 active material layer

Claims (7)

電極活物質を含む電極活物質層と集電体との間に導電性粒子を含む導電性中間層が介在された二次電池用電極の製造方法であって、
前記導電性粒子と熱可塑性ポリマーとを含む中間層材料を所定の溶媒に分散させた導電性中間層形成用組成物を用意する工程、
前記導電性中間層形成用組成物を前記集電体の表面に層状に塗布する工程、
前記集電体に塗布された導電性中間層形成用組成物を乾燥させて前記中間層材料からなる前記導電性中間層を形成する工程、
前記電極活物質とバインダとを含む電極活物質材料を所定の溶媒に分散させた電極活物質層形成用組成物を用意する工程、
前記電極活物質層形成用組成物を前記導電性中間層の上面に層状に塗布する工程、
前記集電体に塗布された電極活物質層形成用組成物を乾燥させて前記電極活物質材料からなる前記電極活物質層を形成する工程、を包含し、
前記導電性中間層形成用組成物は、前記熱可塑性ポリマーとして数平均分子量が63万以上100万未満の熱可塑性ポリマーを用いる、二次電池用電極の製造方法。
A method for producing an electrode for a secondary battery in which a conductive intermediate layer containing conductive particles is interposed between an electrode active material layer containing an electrode active material and a current collector,
A step of preparing a composition for forming a conductive intermediate layer in which an intermediate layer material containing the conductive particles and the thermoplastic polymer is dispersed in a predetermined solvent;
Applying the conductive intermediate layer forming composition in a layered manner to the surface of the current collector,
Drying the conductive intermediate layer forming composition applied to the current collector to form the conductive intermediate layer made of the intermediate layer material;
Preparing an electrode active material layer forming composition in which an electrode active material containing the electrode active material and a binder is dispersed in a predetermined solvent;
Applying the electrode active material layer forming composition to the upper surface of the conductive intermediate layer in layers,
Including drying the composition for forming an electrode active material layer applied to the current collector to form the electrode active material layer made of the electrode active material.
The said composition for conductive intermediate | middle layer formation is a manufacturing method of the electrode for secondary batteries using the thermoplastic polymer whose number average molecular weight is 630,000 or more and less than 1 million as said thermoplastic polymer.
前記導電性中間層形成用組成物の乾燥は、100℃以上150℃以下の高温で行われる、請求項1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 claim 1, wherein the conductive intermediate layer forming composition is dried at a high temperature of 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. 前記電極活物質層形成用組成物の乾燥は、120℃以上150℃以下の高温で行われる、請求項1または2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 claim 1 or 2, wherein the electrode active material layer forming composition is dried at a high temperature of 120 ° C or higher and 150 ° C or lower. 前記電極活物質層形成用組成物は、前記バインダとして数平均分子量が100万以上の熱可塑性ポリマーを用いて調製される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の二次電池用電極の製造方法。   The electrode for secondary battery according to claim 1, wherein the composition for forming an electrode active material layer is prepared using a thermoplastic polymer having a number average molecular weight of 1,000,000 or more as the binder. Manufacturing method. 前記導電性中間層形成用組成物は、前記熱可塑性ポリマーとしてポリフッ化ビニリデンを用いて調製される、請求項1〜4のいずれか1項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 4, wherein the composition for forming a conductive intermediate layer is prepared using polyvinylidene fluoride as the thermoplastic polymer. 前記導電性中間層形成用組成物は、固形分材料の割合が8質量%以上となるように調製される、請求項1〜5のいずれか1項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 composition for forming a conductive intermediate layer is prepared such that a ratio of a solid material is 8% by mass or more. . 電極活物質とバインダとを含む電極活物質層と、集電体との間に、導電性粒子と熱可塑性ポリマーとを含む導電性中間層が介在されている二次電池用電極であって、
前記導電性中間層に含まれる前記熱可塑性ポリマーは数平均分子量が63万以上100万未満である、二次電池用電極。
An electrode for a secondary battery in which a conductive intermediate layer containing conductive particles and a thermoplastic polymer is interposed between an electrode active material layer containing an electrode active material and a binder, and a current collector,
The thermoplastic polymer contained in the conductive intermediate layer is an electrode for a secondary battery having a number average molecular weight of 630,000 to less than 1 million.
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