JP2014146471A - 二次電池負極用スラリー組成物、その製造方法、二次電池用負極、及び二次電池 - Google Patents
二次電池負極用スラリー組成物、その製造方法、二次電池用負極、及び二次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014146471A JP2014146471A JP2013013540A JP2013013540A JP2014146471A JP 2014146471 A JP2014146471 A JP 2014146471A JP 2013013540 A JP2013013540 A JP 2013013540A JP 2013013540 A JP2013013540 A JP 2013013540A JP 2014146471 A JP2014146471 A JP 2014146471A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water
- secondary battery
- slurry composition
- negative electrode
- weight
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
【解決手段】ケイ素含有化合物粒子、水溶性重合体および水を含む二次電池負極用スラリー組成物であって、前記水溶性重合体は、その1%水溶液粘度が1〜10000mPa・sであり、前記水は、そのイオン伝導度が1000μS/cm以下であり、前記スラリー組成物中の塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%であり、JIS K5600−2−5 粒ゲージ法による分散度に準拠して測定される粒が現れ始めるケイ素含有化合物粒子の粒子径が、30μm以下である、二次電池負極用スラリー組成物、その製造方法、それを用いた負極及び二次電池。
【選択図】なし
Description
従って、本発明の目的は、サイクル特性及び低温出力特性に優れる二次電池を与えうる二次電池負極用スラリー組成物、その製造方法、サイクル特性及び低温出力特性に優れる二次電池を与えうる二次電池用負極、並びに、サイクル特性及び低温出力特性に優れた二次電池を提供することにある。
しかしながら、単にケイ素含有化合物粒子の粒子径を小さくするだけでは、その表面積が増大し、凝集が発生しやすくなる。ここで、スラリー組成物を構成する成分の粘度、イオン伝導度、塩化物イオン含有率などの諸特性を所定の範囲とすることにより、かかる凝集を避けることができ、その結果、サイクル特性及び低温出力特性に優れた二次電池を実現できることを見出した。
本発明者はさらに、そのような凝集を避けるスラリー組成物の製造方法として、スラリー組成物を構成する材料を、特定の順序の操作で混合していくことが特に有効であることを見出した。これらの知見から、本発明者は本発明を完成した。
すなわち、本発明によれば、下記のものが提供される。
前記スラリー組成物は、ケイ素含有化合物粒子、水溶性重合体および水を含み、
前記水溶性重合体は、その1%水溶液粘度が1〜10000mPa・sであり、
前記水は、そのイオン伝導度が1000μS/cm以下であり、
前記スラリー組成物中の塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%であり、
前記スラリー組成物は、それについてJIS K5600−2−5 粒ゲージ法による分散度に準拠して測定される粒が現れ始めるケイ素含有化合物粒子の粒子径が、30μm以下であり、
前記製造方法は、
ケイ素含有化合物粒子、1%水溶液粘度が1〜10000mPa・sである水溶性重合体を含み塩化物イオン含有率が0.01〜1重量%である水溶性重合体含有材料、及び塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%でありイオン伝導度が1000μS/cm以下である水を、固形分濃度65重量%以上80重量%以下となるよう配合して混練し、混合物(1)を得る工程(1)、及び
前記混合物(1)に、塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%でありイオン伝導度が1000μS/cm以下である水を、固形分濃度20重量%以上60重量%以下となるよう配合して混合し、混合物(2)を得る工程(2)
を含む製造方法。
〔2〕 前記混合物(2)に、炭素系負極活物質、及び塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%でありイオン伝導度が1000μS/cm以下である水を、固形分濃度60重量%以上80重量%以下となるよう配合して混練し、混合物(3)を得る工程(3)、及び
前記混合物(3)に、粒子状バインダー、及び塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%でありイオン伝導度が500μS/cm以下である水を、固形分濃度40重量%以上55重量%以下となるよう配合して混合し、混合物(4)を得る工程(4)
をさらに含む、〔1〕に記載の製造方法。
〔3〕 ケイ素含有化合物粒子、水溶性重合体および水を含む二次電池負極用スラリー組成物であって、
前記水溶性重合体は、その1%水溶液粘度が1〜10000mPa・sであり、
前記水は、そのイオン伝導度が1000μS/cm以下であり、
前記スラリー組成物中の塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%であり、
JIS K5600−2−5 粒ゲージ法による分散度に準拠して測定される粒が現れ始めるケイ素含有化合物粒子の粒子径が、30μm以下である、
二次電池負極用スラリー組成物。
〔4〕 前記ケイ素含有化合物粒子が、ケイ素酸化物、シリコンカーバイト又はこれらの両方を含む〔3〕に記載の二次電池負極用スラリー組成物。
〔5〕 前記ケイ素含有化合物粒子の体積平均粒子径が、0.1〜20μmである〔3〕または〔4〕に記載の二次電池負極用スラリー組成物。
〔6〕 前記水溶性重合体が、酸基含有単量体単位を20〜70重量%含有する〔3〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の二次電池負極用スラリー組成物。
〔7〕 前記水溶性重合体が、フッ素基含有単量体単位を含有する〔3〕〜〔6〕のいずれか1項に記載の二次電池負極用スラリー組成物。
〔8〕 さらに粒子状バインダーを含有する〔3〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の二次電池負極用スラリー組成物。
〔9〕 さらに炭素系負極活物質を含有する〔3〕〜〔8〕のいずれか1項に記載の二次電池負極用スラリー組成物。
〔10〕 さらに導電材を含有する〔3〕〜〔9〕のいずれか1項に記載の二次電池負極用スラリー組成物。
〔11〕 〔3〕〜〔10〕のいずれか1項に記載の二次電池負極用スラリー組成物を、集電体上に塗布し、乾燥してなる二次電池用負極。
〔12〕 正極、負極、及び電解液を備える二次電池であって、前記負極が〔11〕に記載の二次電池用負極である二次電池。
特に、本発明の二次電池負極用スラリー組成物の製造方法によれば、そのような二次電池負極用スラリーを、容易に製造することができる。
本発明の二次電池負極用スラリー組成物(以下、適宜「負極用スラリー組成物」ということがある。)は、ケイ素含有化合物粒子、水溶性重合体及び水を含む。負極用スラリー組成物は、通常、流体状の組成物としうる。
ケイ素含有化合物粒子は、本発明の二次電池用負極及び二次電池において、負極活物質として作用する。負極活物質としてケイ素含有化合物粒子を用いることにより、二次電池の電気容量を大きくすることが可能となる。
負極活物質は、負極用の電極活物質であり、二次電池の負極において電子の受け渡しをできる物質である。このような負極活物質としては、例えばリチウムイオン二次電池の場合、通常、リチウムを吸蔵及び放出しうる物質を用いる。
ケイ素含有化合物粒子以外の負極活物質の例としては、ケイ素を含まず、炭素、スズ、ゲルマニウム及び鉛からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む負極活物質が挙げられる。特に、ケイ素を含まず、炭素を含む負極活物質(以下、単に「炭素系負極活物質」という。)を好ましく挙げうる。炭素系負極活物質としては、炭素原子から実質的になる粒子状の活物質が挙げられる。より具体的な例としては、天然黒鉛、人造黒鉛、及びカーボンブラックが挙げられる。中でも人造黒鉛を用いることが好ましい。
複合化の方法としては、例えば、ケイ素含有化合物粒子をカーボンによりコーティングすることにより複合化する方法;導電性カーボンとケイ素含有化合物粒子とを含む混合物を造粒することにより複合化する方法;等が挙げられる。
ケイ素含有化合物粒子の体積平均粒子径は、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.2μm以上、さらにより好ましくは0.5μm以上であり、且つ好ましくは20μm以下、より好ましくは15μm以下、さらにより好ましくは10μm以下である。このような粒子径とすることにより、スラリー中で粒子が凝集した場合でも径の大きい粒子とならないので、粒ゲージ法試験による粒子径の要件を満たすことができ、ひいては電池の性能を向上しうる。また、特に、体積平均粒子径を前記下限以上とすることにより、分散性を良好なものとしうる。また、体積平均粒子径を前記上限以下とすることにより、サイクル特性を良好なものとしうる。
水溶性重合体は、本発明のスラリー組成物において、通常、電極活物質を均一に分散させる作用を有する。また、水溶性重合体は、スラリー組成物の粘度を調整する作用を有し、増粘剤として機能しうる。さらに、水溶性重合体は、電極活物質層において、電極活物質同士の間並びに電極活物質と集電体との間に介在することにより、電極活物質及び集電体を結着する作用を奏しうる。また、水溶性重合体は、電極活物質層において、電極活物質を覆う安定した層を形成し、電解液の分解を抑制する作用を奏しうる。
水溶性重合体は、酸基含有単量体単位を含みうる。酸基含有単量体単位とは、酸基含有単量体を重合して形成される構造を有する構造単位である。酸基含有単量体単位を有することにより、水溶性重合体の水溶性を高めることができる。
酸基含有単量体及び酸基含有単量体単位は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
水溶性重合体は、フッ素含有単量体単位を含みうる。フッ素含有単量体単位とは、フッ素含有単量体を重合して形成される構造を有する構造単位である。
フッ素含有単量体としては、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体を挙げることができる。フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、例えば、下記の式(i)で表される単量体が挙げられる。
前記の式(i)において、R4は、フッ素原子を含有する炭化水素基を表す。炭化水素基の炭素数は、通常1以上であり、通常18以下である。また、R4が含有するフッ素原子の数は、1個でもよく、2個以上でもよい。
水溶性重合体は、架橋性単量体単位を含みうる。架橋性単量体単位は、架橋性単量体を重合して得られる構造単位である。架橋性単量体単位を含むことにより、水溶性重合体を架橋させることができるので、電極活物質層の強度及び安定性を高めることができる。また、電解液に対する電極活物質層の膨潤を抑制して、二次電池の低温特性を良好にできる。
また、架橋性単量体及び架橋性単量体単位は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
水溶性重合体は、上述した単位以外に、任意の構造単位を含んでいてもよい。
カチオン系の親水基の例としては、−Cl、−Br、−I、及び−SO3ORXなどが挙げられる。ここでRXは、アルキル基を示す。RXの例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、及びイソプロピル基が挙げられる。
ノニオン系の親水基の例としては、−OHが挙げられる。
式(ii)において、R5は親水性基を表す。R3の例としては、−SO3NH4が挙げられる。
式(ii)において、nは1以上100以下の整数を表す。
反応性界面活性剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
水溶性重合体の1重量%水溶液の粘度は、1mPa・s以上、好ましくは2mPa・s以上、より好ましくは5mPa・s以上であり、且つ10000mPa・s以下、好ましくは800mPa・s以下、より好ましくは500mPa・s以下である。前記の粘度を前記下限値以上とすることにより、水溶液重合体の結着性を向上させることができる。前記の粘度を前記上限値以下とすることにより、スラリー組成物の分散性を良好なものとしうる。前記の粘度は、例えば、水溶性重合体の分子量によって調整できる。ここで、前記の粘度は、B型粘度計を用いて25℃、回転数60rpmで測定した時の値である。
ここで、水溶性重合体の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって、ジメチルホルムアミドの10体積%水溶液に0.85g/mlの硝酸ナトリウムを溶解させた溶液を展開溶媒としたポリスチレン換算の値として求めうる。
水溶性重合体は、例えば、上述した単量体を含む単量体組成物を、水系溶媒中で重合して、製造しうる。この際、単量体組成物中の各単量体の比率は、通常、水溶性重合体における構造単位の比率と同様にする。
水系溶媒の例としては、水(100);ダイアセトンアルコール(169)、γ−ブチロラクトン(204)等のケトン類;エチルアルコール(78)、イソプロピルアルコール(82)、ノルマルプロピルアルコール(97)等のアルコール類;プロピレングリコールモノメチルエーテル(120)、メチルセロソルブ(124)、エチルセロソルブ(136)、エチレングリコールターシャリーブチルエーテル(152)、ブチルセロソルブ(171)、3−メトキシー3メチル−1−ブタノール(174)、エチレングリコールモノプロピルエーテル(150)、ジエチレングリコールモノブチルピルエーテル(230)、トリエチレングリコールモノブチルエーテル(271)、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(188)等のグリコールエーテル類;並びに1,3−ジオキソラン(75)、1,4−ジオキソラン(101)、テトラヒドロフラン(66)等のエーテル類が挙げられる。中でも水は可燃性がなく、重合体の分散体が容易に得られやすいという観点から特に好ましい。また、主溶媒として水を使用して、重合体の分散状態が確保可能な範囲において上記記載の水以外の水系溶媒を混合して用いてもよい。
また、アミン類などの添加剤を重合助剤として用いてもよい。
水溶性重合体の量は、ケイ素含有化合物粒子100重量部に対して、好ましくは0.1重量部以上、より好ましくは0.5重量部以上であり、且つ好ましくは10重量部以下、より好ましくは5重量部以下である。水溶性重合体の量が前記範囲の下限値以上であることにより分散性を良好なものとしうる。また、水溶性重合体の量が前記範囲の上限値以下であることによりリチウムイオン等の電解液成分の析出を低減することができる。
本発明のバインダー組成物は水を含む。水は溶媒又は分散媒として機能し、粒子状バインダーを分散させたり、水溶性重合体を溶解させたりしうる。
本発明のスラリー組成物は、上述した電極活物質、及びバインダー組成物以外に任意の成分を含みうる。
[1.4.1.粒子状バインダー]
例えば、本発明のスラリー組成物は、粒子状バインダーを含みうる。粒子状バインダーを含むことにより、電極活物質層の結着性が向上し、撒回時、運搬時等の取扱い時に電極にかかる機械的な力に対する強度を向上させることができる。また、電極活物質が電極活物質層から脱落し難くなることから、異物による短絡等の危険性が小さくなる。さらに電極活物質層において電極活物質を安定して保持できるようになるので、サイクル特性及び高温保存特性等の耐久性を改善することができる。また、粒子状であることで、粒子状バインダーは電極活物質に対して面ではなく点で結着しうる。このため、電極活物質の表面の大部分はバインダーで覆われないので、電解液と電極活物質との間でイオンのやり取りをする場の広さを広くできる。したがって、内部抵抗を下げて、二次電池の出力特性を改善できる。
(i)ポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ブチルアクリレート・スチレン共重合体、ブチルアクリレート・アクリロニトリル共重合体、ブチルアクリレート・アクリロニトリル・グリシジルメタクリレート共重合体などの、アクリル酸またはメタクリル酸誘導体の単独重合体またはそれと共重合可能な単量体との共重合体である、アクリル系軟質重合体;
(ii)ポリイソブチレン、イソブチレン・イソプレンゴム、イソブチレン・スチレン共重合体などのイソブチレン系軟質重合体;
(iii)ポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン・スチレンランダム共重合体、イソプレン・スチレンランダム共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ブタジエン・スチレン・ブロック共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレン・ブロック共重合体、イソプレン・スチレン・ブロック共重合体、スチレン・イソプレン・スチレン・ブロック共重合体などジエン系軟質重合体;
(iv)ジメチルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン、ジヒドロキシポリシロキサンなどのケイ素含有軟質重合体;
(v)液状ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1−ブテン、エチレン・α−オレフィン共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体(EPDM)、エチレン・プロピレン・スチレン共重合体などのオレフィン系軟質重合体;
(vi)ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリステアリン酸ビニル、酢酸ビニル・スチレン共重合体などビニル系軟質重合体;
(vii)ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エピクロルヒドリンゴムなどのエポキシ系軟質重合体;
(viii)フッ化ビニリデン系ゴム、四フッ化エチレン−プロピレンゴムなどのフッ素含有軟質重合体;
(ix)天然ゴム、ポリペプチド、蛋白質、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマーなどのその他の軟質重合体;などが挙げられる。これらの中でも、ジエン系軟質重合体及びアクリル系軟質重合体が好ましい。また、これらの軟質重合体は、架橋構造を有したものであってもよく、変性により官能基を導入したものであってもよい。
さらに、粒子状バインダーは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
導電材としては、例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、オイルファーネスブラック、カーボンブラック、グラファイト、気相成長カーボン繊維、およびカーボンナノチューブ等の導電性カーボンなどが挙げられる。中でも、リチウムイオン二次電池の低温出力特性と寿命特性とのバランスが良いので、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック及びケッチェンブラックが好ましく、アセチレンブラック及びケッチェンブラックが特に好ましい。また、導電材は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
本発明のスラリー組成物は、その塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%である。塩化物イオン含有率は、好ましくは0.002重量%以上、より好ましくは0.005重量%以上であり、且つ好ましくは0.05重量%以下、より好ましくは0.01重量%以下である。
かかる塩化物イオンの多くは、水等の材料の不純物として混入するものである。かかる塩化物イオンの割合を、このような低い範囲とすることにより、スラリー組成物中のケイ素含有化合物粒子の凝集を抑制することができ、電池の内部抵抗を低減することができる。これにより、低温においても負極表面にリチウムイオン等の電解液成分の析出が少ない、抵抗が少ない、集電体との密着性に優れるなどの優れた特性を有する負極を得ることができ、ひいては、サイクル特性に優れる、低温出力特性に優れるなどの優れた特性を有する二次電池を得ることができる。
本発明のスラリー組成物は、例えば、ケイ素含有化合物粒子、水溶性重合体、水、及び必要に応じて任意の成分(ケイ素含有化合物以外の負極活物質、粒子状バインダー、導電材、及びその他の任意の成分)を、所望の割合で混合して製造しうる。
工程(1):ケイ素含有化合物粒子、1%水溶液粘度が1〜10000mPa・sである水溶性重合体を含み塩化物イオン含有率が0.01〜1重量%である水溶性重合体含有材料、及び塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%でありイオン伝導度が1000μS/cm以下である水を、固形分濃度65重量%以上80重量%以下となるよう配合して混練し、混合物(1)を得る。
工程(2):混合物(1)に、塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%でありイオン伝導度が1000μS/cm以下である水を、固形分濃度20重量%以上60重量%以下となるよう配合して混合し、混合物(2)を得る。
また、粒子状バインダーは、工程(2)中、又は工程(2)より後の、多量の水が系内にある状態の段階で添加することが、粒子径の不所望な変化を低減する上で好ましい。粒子状バインダーは、工程(2)中と、それより後の工程において分けて添加することもできる。
工程(4):混合物(3)に、粒子状バインダー、及び塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%でありイオン伝導度が500μS/cm以下である水を、固形分濃度40重量%以上55重量%以下となるよう配合して混合し、混合物(4)を得る。
本発明の二次電池用負極は、前記本発明の二次電池用スラリー組成物を、集電体上に、塗布し、乾燥してなる。
集電体は、電気導電性を有し、且つ、電気化学的に耐久性のある材料であれば特に制限されないが、耐熱性を有するため金属材料が好ましい。集電体の材料としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などが挙げられる。中でも、銅が好ましい。前記の材料は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
集電体は、負極活物質層との密着強度を高めるため、表面に予め粗面化処理して使用することが好ましい。粗面化方法としては、例えば、機械的研磨法、電解研磨法、化学研磨法などが挙げられる。機械的研磨法においては、例えば、研磨剤粒子を固着した研磨布紙、砥石、エメリバフ、鋼線などを備えたワイヤーブラシ等が使用される。また、負極活物質層の密着強度や導電性を高めるために、集電体の表面に中間層を形成してもよい。
集電体を用意した後で、集電体上に、本発明のスラリー組成物の膜を形成する。この際、通常は、本発明のスラリー組成物を塗布することにより、スラリー組成物の膜を形成する。また、スラリー組成物は、集電体の片面に塗布してもよく、両面に塗布してもよい。
また、スラリー組成物の膜の厚みは、目的とする負極活物質層の厚みに応じて適宜に設定しうる。
スラリー組成物の膜を形成した後、乾燥により、この膜から水等の液体を除去する。これにより、負極活物質及びバインダー組成物の固形分を含む負極活物質層が集電体の表面に形成され、負極が得られる。
乾燥温度及び乾燥時間は、スラリー組成物の膜から水を除去できる温度と時間が好ましい。具体的な範囲を挙げると、乾燥時間は通常1分〜30分であり、乾燥温度は通常40℃〜180℃である。
スラリー組成物の膜を乾燥させた後で、必要に応じて、例えば金型プレス又はロールプレスなどを用い、負極活物質層に加圧処理を施すことが好ましい。加圧処理により、負極活物質層の空隙率を低くすることができる。空隙率は、好ましくは5%以上、より好ましくは7%以上であり、且つ好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下である。空隙率を前記範囲の下限値以上とすることにより、高い体積容量が得易くなり、負極活物質層を集電体から剥がれ難くすることができる。また、上限値以下とすることにより高い充電効率及び放電効率が得られる。
上述した要領で形成される負極活物質層の厚みは、要求される電池性能に応じて任意に設定しうる。
例えば、負極活物質層の厚みは、好ましくは5μm以上、より好ましくは20μm以上、特に好ましくは30μm以上であり、且つ好ましくは1000μm以下、より好ましくは500μm以下、更に好ましくは300μm以下、特に好ましくは250μm以下である。負極活物質層の厚みが上記範囲にあることにより、負荷特性及びサイクル特性を良好にすることができる。
本発明の二次電池は、前記本発明の二次電池用負極、正極、及び電解液を備え、更に通常はセパレータを備える。
本発明の負極は、リチウムイオン二次電池において用いた場合、特に良好な効果を発現するので、本発明の二次電池は、通常、リチウムイオン二次電池である。以下においては、本発明の二次電池がリチウムイオン二次電池である場合について説明する。
正極は、通常、集電体と、集電体の表面に形成された正極活物質層とを備える。正極活物質層は、正極活物質及び正極用のバインダーを含む。
上記の遷移金属としては、例えばTi、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo等が挙げられる。
遷移金属硫化物としては、例えば、TiS2、TiS3、非晶質MoS2、FeS等が挙げられる。
層状構造を有するリチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、リチウム含有コバルト酸化物(LiCoO2)、リチウム含有ニッケル酸化物(LiNiO2)、Co−Ni−Mnのリチウム複合酸化物、Ni−Mn−Alのリチウム複合酸化物、Ni−Co−Alのリチウム複合酸化物等が挙げられる。
スピネル構造を有するリチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)又はMnの一部を他の遷移金属で置換したLi[Mn3/2M1/2]O4(ここでMは、Cr、Fe、Co、Ni、Cu等)等が挙げられる。
オリビン型構造を有するリチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、LiXMPO4(式中、Mは、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、Zn、V、Ca、Sr、Ba、Ti、Al、Si、B及びMoからなる群より選ばれる少なくとも1種を表し、Xは0≦X≦2を満たす数を表す。)で表されるオリビン型燐酸リチウム化合物が挙げられる。
また、例えば、鉄系酸化物を炭素源物質の存在下において還元焼成することで、炭素材料で覆われた複合材料を作製し、この複合材料を正極活物質として用いてもよい。鉄系酸化物は電気伝導性に乏しい傾向があるが、前記のような複合材料にすることにより、高性能な正極活物質として使用できる。
さらに、前記の化合物を部分的に元素置換したものを正極活物質として用いてもよい。
また、上記の無機化合物と有機化合物の混合物を正極活物質として用いてもよい。
正極活物質は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
電解液としては、例えば、溶媒と、その溶媒に溶解した支持電解質とを含むものを使用しうる。
電解質としては、通常、リチウム塩を用いる。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLiなどが挙げられる。中でも、特に溶媒に溶けやすく高い解離度を示すことから、LiPF6、LiClO4、CF3SO3Liは好適に用いられる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。一般に、解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
セパレーターとしては、通常、気孔部を有する多孔性基材を用いる。セパレーターの例を挙げると、(a)気孔部を有する多孔性セパレーター、(b)片面または両面に高分子コート層が形成された多孔性セパレーター、(c)無機セラミック粉末を含む多孔質の樹脂コート層が形成された多孔性セパレーター、などが挙げられる。これらの例としては、ポリプロピレン系、ポリエチレン系、ポリオレフィン系、またはアラミド系多孔性セパレーター、ポリビニリデンフルオリド、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリルまたはポリビニリデンフルオリドヘキサフルオロプロピレン共重合体などの固体高分子電解質用またはゲル状高分子電解質用の高分子フィルム;ゲル化高分子コート層がコートされたセパレーター;無機フィラーと無機フィラー用分散剤とからなる多孔膜層がコートされたセパレーター;などが挙げられる。
リチウムイオン二次電池の製造方法は、特に限定されない。例えば、上述した負極と正極とをセパレーターを介して重ね合わせ、これを電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口してもよい。さらに、必要に応じて、例えばエキスパンドメタル;ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子;リード板などを入れ、電池内部の圧力上昇、過充放電の防止をしてもよい。電池の形状は、例えば、ラミネートセル型、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、いずれであってもよい。
以下の説明において、量を表す「%」及び「部」は、別に断らない限り重量基準である。また、以下に説明する操作は、別に断らない限り、常温及び常圧の条件において行った。
(1)低温受け入れ特性
実施例および比較例において製造したラミネート型セルのリチウムイオン二次電池を、25℃の環境下で24時間静置させた後に、−10℃の環境下で、4.35V、1C、1時間の充電の操作を行った。その後、室温アルゴン環境下で、負極を取り出し、リチウム金属が析出している面積S(cm2)を測定した。負極の片面全体の面積に対する、リチウム金属が析出している面積の割合(%)を求めた。析出している面積が小さいほど、低温受け入れ特性に優れていることを示す。
実施例および比較例で製造したリチウムイオン二次電池用負極を直径12mmに打ち抜き、試験片を得た。試験片の厚みd(μm)を測定した。試験片を、引張圧縮試験機(今田製作所社製「SV−301NA」)のロードセルに挟み込み、20MPaに加圧した。ロードセルに二端子型クリップを接続し、測定ケーブルをサイクリックボルタンメトリー測定装置(北斗電工社製「HSV−110」)に接続し、クロノポテンショメトリーモードを使用して、ロードセルに一定電流I=10mAを10分間流し、そのときの電圧V(V)を計測した。オームの法則より、抵抗R(Ω)=V/I、及び体積抵抗率ρ(Ω・cm)=R*S/dを算出し(Sは負極活物質層の面積)、貫通方式の体積抵抗率を求めた。体積抵抗率ρが小さいほど、導電材の分散性に優れていることを示す。
実施例および比較例で製造したプレス前の負極を、5cm×5cmの正方形に切り出し、試験片を得た。この試験片について、厚み計(東洋精機社製「B−1」)により、任意の10箇所での厚み(10点電極厚み)を計測し、その平均値d(μm)を算出した。この切り出した電極の重量M(g)を精密天秤にて測定した。プレス前の電極密度ρ(g/cm3)=M/(5×5×d)*1000を算出した。この値が大きいほど、電極活物質層における電極活物質の分散性が優れていることを示す。
実施例および比較例で製造したプレス後の負極を、長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とした。この試験片を、負極活物質層側の表面を下側にして、負極活物質層の表面にセロハンテープを貼り付けた。この際、セロハンテープとしてはJIS Z1522に規定されるものを用いた。また、セロハンテープは水平な試験台に粘着面を上にして固定しておいた。その後、集電体の一端を鉛直上方に引張り速度50mm/分で引っ張って剥がしたときの応力を測定した。この測定を3回行い、測定された応力のの平均値を求めて、当該平均値をピール強度とした。プレス後の負極のピール強度が大きいほど、負極活物質層の集電体への結着力が大きいこと、すなわち、密着強度が大きいことを示す。
実施例および比較例で製造したラミネート型セルのリチウムイオン二次電池を、25℃の環境下で24時間静置させた後に、25℃の環境下で、0.1Cの定電流で電圧が4.35Vとなるまで充電し、0.1Cの定電流で電圧が2.75Vとなるまで放電する充放電の操作を行い、初期容量C0を測定した。さらに、45℃環境下で、前記条件の充放電を繰り返し、500サイクル後の容量C2を測定した。高温サイクル特性を、ΔC=C2/C0×100(%)で示す容量維持率にて評価した。この値が高いほど、サイクル特性に優れ、ひいては寿命特性に優れることを示す。
実施例および比較例で製造したラミネート型セルのリチウムイオン二次電池を、25℃の環境下で24時間静置させた後に、25℃の環境下で、0.1Cの定電流で5時間充電し、充電完了時の電圧V0を測定した。その後、−10℃環境下で、1Cの放電レートにて放電の操作を行い、放電開始15秒後の電圧V1を測定した。低温出力特性を、ΔV=V0−V1で示す電圧変化(mV)にて評価した。この値が小さいほど低温出力特性に優れることを示す。
実施例および比較例における水溶性重合体の塩化物イオン含有率は、燃焼分解−イオンクロマトグラフ法により、昇温型燃焼炉(三菱化学アナリテック社製の試料燃焼装置)で水溶性重合体含有材料(水溶性重合体の水溶液)を分解し、発生した塩化水素ガスを水に吸収させ、濃縮イオンクロマトグラフで吸収液中の塩化物イオン含有率を定量することにより測定した。
実施例および比較例における水の塩化物イオン含有率は、水をそのまま試料として、濃縮イオンクロマトグラフで定量することにより測定した。
実施例および比較例における水のイオン伝導度は、JIS K0557に基づいて測定した。
B型粘度計により、25℃、60rpmにて測定した。
(1−1.水溶性重合体の製造)
攪拌機付き5MPa耐圧容器に、メタクリル酸(酸性官能基含有単量体)35部、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート(フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体)7.5部、エチルアクリレート(その他の単量体)55.5部、エチレンジメタクリレート(その他の単量体)0.8部、反応性界面活性剤としてポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム(花王株式会社製「ラテムルPD−104」)1.2部、t−ドデシルメルカプタン0.6部、イオン交換水150部、及び過硫酸カリウム(重合開始剤)1.0部を入れ、十分に攪拌した後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し反応を停止して、水溶性重合体を含む混合物を得た。上記水溶性重合体を含む混合物に、10%アンモニア水を添加して、pH8に調整し、所望の水溶性重合体を含む水溶液を得た。この水溶性重合体の塩化物イオン含有率は、0.08%であった。
得られた水溶性重合体を含む水溶液の一部をとり、水を加えて1%水溶液とし、これを試料として粘度を測定したところ、58mPa・sであった。
攪拌機付き5MPa耐圧容器に、1,3−ブタジエン33.0部、イタコン酸3.5部、スチレン62.5部、2−ヒドロキシエチルアクリレート1部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.4部、イオン交換水150部及び重合開始剤として過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に攪拌した後、50℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し反応を停止して、粒子状バインダー(SBR)を含む混合物を得た。上記粒子状バインダーを含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った後、30℃以下まで冷却し、所望の粒子状バインダーを含む水分散液を得た。得られた粒子状バインダーの体積平均粒径D50は、145nmであった。
ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、ケイ素含有化合物粒子としてSiOx(信越化学工業社製「KSC−1064」、体積平均粒子径:5μm)100部、導電材としてアセチレンブラック(電気化学工業社製「HS−100」)1.0部、上記(1−1)の水溶性重合体2.0部(固形分相当量)、及びイオン交換水を入れて固形分濃度を75%とし、25℃で60分間混練し、混合物(1)を得た(工程1)。
このスラリー組成物を、JIS K5600−2−5 粒ゲージ法による分散度に準拠して、粒が現れ始めるケイ素含有化合物の粒子径を測定したところ、10μm以下であった。また、このスラリー組成物中の塩化物イオン含有率は0.008重量%であった。
上記(1−3)で得られた負極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ20μmの銅箔の上に、乾燥後の膜厚が150μm程度になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、銅箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理してプレス前の負極を得た。このプレス前の負極から試験片を切り出し、プレス前の負極の密度を測定した。
このプレス前の負極をロールプレスで圧延して、負極活物質層の厚みが80μmのプレス後の負極を得た。このプレス後の負極から試験片を切り出し、プレス後の負極のピール強度及び貫通方式の体積抵抗率を測定した。
正極活物質として体積平均粒子径12μmのLiCoO2を100部、導電材としてアセチレンブラック(電気化学工業社製「HS−100」)を2部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(クレハ社製、#7208)を固形分相当で2部、及びN−メチルピロリドンを混合して、全固形分濃度を70%に調整した。これらをプラネタリーミキサーにより混合し、正極用スラリー組成物を調製した。
上記(1−5)で得られた正極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ20μmのアルミ箔の上に、乾燥後の膜厚が150μm程度になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、アルミ箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理して、正極を得た。
単層のポリプロピレン製セパレーター(セルガード社製「セルガード2500」)を、5×5cm2の正方形に切り抜いて、正方形のセパレーターを用意した。
電池の外装として、アルミ包材外装を用意した。上記(1−6)で得られた正極を、4×4cm2の正方形に切り出し、正方形の正極を得た。この正方形の正極を、その集電体側の表面がアルミ包材外装に接するように配置した。正方形の正極の正極活物質層側の面上に、上記(1−7)で得られた正方形のセパレーターを配置した。
上記(1−4)で得られたプレス後の負極を、4.2×4.2cm2の正方形に切り出し、正方形の負極を得た。この正方形の負極を、正方形のセパレーター上に、負極活物質層側の表面がセパレーターに向かい合うよう配置した。アルミ包材内に、電解液(溶媒:EC/DEC/VC=68.5/30/1.5体積比(25℃)、電解質:濃度1MのLiPF6)を空気が残らないように注入し、さらに、150℃のヒートシールをしてアルミ外装を閉口して、アルミ包材の開口を密封した。これにより、リチウムイオン二次電池を製造した。得られたリチウムイオン二次電池について、上述した方法で、低温受け入れ特性、サイクル特性、及び低温出力特性を評価した。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造において、ケイ素含有化合物粒子として、SiOxに代えて、SiC(体積平均粒径8μm)を用いた。
・二次電池負極用スラリー組成物の最終固形分を52%に変更した。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造において、ケイ素含有化合物粒子として、SiOxに代えて、SiOC(体積平均粒径5.4μm)を用いた。
・二次電池負極用スラリー組成物の最終固形分を51%に変更した。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−1)の水溶性重合体の製造に用いる試薬として、グレードが異なり、従って不純物濃度が異なるものを用いた。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造における二次電池負極用スラリー組成物の最終固形分を47%に変更した。
本実施例で得られた水溶性重合体の塩化物イオン含有率は、0.16%であった。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−1)の水溶性重合体の製造において、メタクリル酸の割合を48部に変更し、エチルアクリレートの割合を42.5部に変更した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造における二次電池負極用スラリー組成物の最終固形分を46%に変更した。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−1)の水溶性重合体の製造において、メタクリル酸の割合を22部に変更し、エチルアクリレートの割合を68.5部に変更した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造における二次電池負極用スラリー組成物の最終固形分を55%に変更した。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−1)の水溶性重合体の製造において、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートの割合を0.5部に変更し、エチルアクリレートの割合を62.5部に変更した。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−1)の水溶性重合体の製造において、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートの割合を28部に変更し、エチルアクリレートの割合を35.0部に変更した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造における二次電池負極用スラリー組成物の最終固形分を49%に変更した。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−1)の水溶性重合体の製造において、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートに代えて、パーフルオロエチルアクリレートを用いた。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造の工程(1)において、水溶性重合体の割合を0.2部に変更した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造における二次電池負極用スラリー組成物の最終固形分を58%に変更した。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造の工程(1)において、水溶性重合体の割合を8部に変更した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造における二次電池負極用スラリー組成物の最終固形分を40%に変更した。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造の工程(2)において、粒子状バインダーの割合を0.5部に変更した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造における二次電池負極用スラリー組成物の最終固形分を49%に変更した。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造の工程(2)において、粒子状バインダーの割合を8部に変更した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造における二次電池負極用スラリー組成物の最終固形分を46%に変更した。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造の工程(1)において、アセチレンブラックの割合を0.5部に変更した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造における二次電池負極用スラリー組成物の最終固形分を50%に変更した。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造の工程(1)において、アセチレンブラックの割合を4部に変更した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造における二次電池負極用スラリー組成物の最終固形分を41%に変更した。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造の工程(3)において、黒鉛の割合を400部、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩の割合を4部(固形分相当)に変更した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造の工程(4)において、粒子状バインダーの割合を8部に変更した。
下記の点以外は実施例1と同様にし、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造の工程(3)において、黒鉛の割合を300部、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩の割合を3部(固形分相当)に変更した。
・(1−3)の二次電池負極用スラリー組成物の製造の工程(4)において、粒子状バインダーの割合を6部に変更した。
(C1−1.二次電池負極用スラリー組成物の製造)
ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、ケイ素含有化合物粒子としてSiOx(信越化学工業社製「KSC−1064」、体積平均粒子径:5μm)100部、カルボキシメチルセルロース(日本製紙ケミカル社製「MAC−350HC」、塩化物イオン含有率0.80%)1部、人造黒鉛(平均粒子径:15.6μm)900部、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(ダイセルファインケム社製「ダイセル2200」)の2%水溶液10部(固形分相当)、導電材としてアセチレンブラック(電気化学工業社製「HS−100」)2部、実施例1の(1−2)の粒子状バインダー20部(固形分相当量)、及び水を入れて、固形分濃度を42%とし、25℃で60分間混合し、減圧下で脱泡処理して流動性の良い二次電池負極用スラリー組成物を得た。
このスラリー組成物を、JIS K5600−2−5 粒ゲージ法による分散度に準拠して、粒が現れ始めるケイ素含有化合物の粒子径を測定したところ、40μm以下であった。また、このスラリー組成物中の塩化物イオン含有率は0.20重量%であった。
実施例1の(1−3)で得られた負極用スラリー組成物に代えて、上記(C1−1)で得られた負極用スラリー組成物を用いた他は、実施例1の(1−4)〜(1−8)と同様にして、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
(C2−1.二次電池負極用スラリー組成物の製造)
ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、ケイ素含有化合物粒子としてSiOx(信越化学工業社製「KSC−1064」、体積平均粒子径:5μm)100部、カルボキシメチルセルロース(日本製紙ケミカル社製「MAC−800LC」、塩化物イオン含有率1.10%)2部、導電材としてアセチレンブラック(電気化学工業社製「HS−100」)2部、及び水を入れて、固形分濃度を65%とし、25℃で60分間混練し、混合物(C1)を得た。
このスラリー組成物を、JIS K5600−2−5 粒ゲージ法による分散度に準拠して、粒が現れ始めるケイ素含有化合物の粒子径を測定したところ、40μm以下であった。また、このスラリー組成物中の塩化物イオン含有率は0.24重量%であった。
実施例1の(1−3)で得られた負極用スラリー組成物に代えて、上記(C2−1)で得られた負極用スラリー組成物を用いた他は、実施例1の(1−4)〜(1−8)と同様にして、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
(C3−1.二次電池負極用スラリー組成物の製造)
ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、
ケイ素含有化合物粒子としてSiOx(信越化学工業社製「KSC−1064」、体積平均粒子径:5μm)100部、実施例1の(1−1)の水溶性重合体2.0部(固形分相当量)、導電材としてアセチレンブラック(電気化学工業社製「HS−100」)2部、人造黒鉛(平均粒子径:15.6μm)900部、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(ダイセルファインケム社製「ダイセル2200」)の2%水溶液9部(固形分相当)、実施例1の(1−2)の粒子状バインダー20部(固形分相当量)、及び水を入れて、固形分濃度を50%とし、25℃で60分間混合し、減圧下で脱泡処理して流動性の良い二次電池負極用スラリー組成物を得た。
このスラリー組成物を、JIS K5600−2−5 粒ゲージ法による分散度に準拠して、粒が現れ始めるケイ素含有化合物の粒子径を測定したところ、40μm以下であった。また、このスラリー組成物中の塩化物イオン含有率は0.18重量%であった。
実施例1の(1−3)で得られた負極用スラリー組成物に代えて、上記(C3−1)で得られた負極用スラリー組成物を用いた他は、実施例1の(1−4)〜(1−8)と同様にして、リチウムイオン二次電池及びその構成要素を製造し、評価した。
上述した実施例及び比較例の結果を下記の表1〜表3に示す。
Si種類:ケイ素含有化合物粒子種類
Si粒径:ケイ素含有化合物粒子の体積平均粒子径
水イオン伝導度:二次電池負極用スラリー組成物の製造に用いた水のイオン伝導度
水溶性重合体Cl:水溶性重合体の塩化物イオン含有率
1%水溶液粘度:水溶性重合体の1%水溶液の粘度
MAA量:水溶性重合体の製造に用いたメタクリル酸量(部)。反応性界面活性剤を含めた単量体組成物の総量は100部である。
F単量体種類:水溶性重合体の製造に用いたフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体の種類。2,2,2−TFEMA:2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、PFEA:パーフルオロエチルアクリレート
F単量体量:水溶性重合体の製造に用いたフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体の量(部)
水溶性重合体量:二次電池負極用スラリー組成物の製造における水溶性重合体の添加量(部)
バインダー量:二次電池負極用スラリー組成物の製造の工程2における粒子状バインダーの添加量(部)
AB量:二次電池負極用スラリー組成物の製造(実施例では工程1)におけるアセチレンブラックの添加量(部)
黒鉛量:二次電池負極用スラリー組成物の製造(実施例では工程3)における黒鉛の添加量(部)
粒ゲージ:二次電池負極用スラリー組成物を、JIS K5600−2−5 粒ゲージ法による分散度に準拠して測定した、粒が現れ始めるケイ素含有化合物の粒子径
スラリー濃度:二次電池負極用スラリー組成物の固形分割合
スラリーCl:二次電池負極用スラリー組成物中の塩化物イオン含有率
低温受け入れ:低温受け入れ特性の評価において測定された、負極の片面全体の面積に対する、リチウム金属が析出している面積の割合(%)
貫通抵抗:貫通方式の体積抵抗率の測定により求められた体積低効率ρ(Ω・cm)。
プレス前密度:プレス前の負極の密度の評価において測定された、電極密度(g/cm3)
プレス後ピール:プレス後の負極のピール強度の評価結果(N/m)
サイクル:サイクル特性の評価において測定された、容量維持率ΔC(%)。
低温出力:低温出力特性の評価において測定された、電圧変化ΔV(mV)。
表1〜3の結果から明らかな通り、本発明の要件を満たす実施例においては、比較例に比べて、サイクル特性、低温出力特性及びその他の評価においてバランスよく良好な性能を有する二次電池が得られた。このことから、本発明によれば、良好な性能を有する二次電池を実現しうることが確認された。
Claims (12)
- 二次電池負極用スラリー組成物の製造方法であって、
前記スラリー組成物は、ケイ素含有化合物粒子、水溶性重合体および水を含み、
前記水溶性重合体は、その1%水溶液粘度が1〜10000mPa・sであり、
前記水は、そのイオン伝導度が1000μS/cm以下であり、
前記スラリー組成物中の塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%であり、
前記スラリー組成物は、それについてJIS K5600−2−5 粒ゲージ法による分散度に準拠して測定される粒が現れ始めるケイ素含有化合物粒子の粒子径が、30μm以下であり、
前記製造方法は、
ケイ素含有化合物粒子、1%水溶液粘度が1〜10000mPa・sである水溶性重合体を含み塩化物イオン含有率が0.01〜1重量%である水溶性重合体含有材料、及び塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%でありイオン伝導度が1000μS/cm以下である水を、固形分濃度65重量%以上80重量%以下となるよう配合して混練し、混合物(1)を得る工程(1)、及び
前記混合物(1)に、塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%でありイオン伝導度が1000μS/cm以下である水を、固形分濃度20重量%以上60重量%以下となるよう配合して混合し、混合物(2)を得る工程(2)
を含む製造方法。 - 前記混合物(2)に、炭素系負極活物質、及び塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%でありイオン伝導度が1000μS/cm以下である水を、固形分濃度60重量%以上80重量%以下となるよう配合して混練し、混合物(3)を得る工程(3)、及び
前記混合物(3)に、粒子状バインダー、及び塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%でありイオン伝導度が500μS/cm以下である水を、固形分濃度40重量%以上55重量%以下となるよう配合して混合し、混合物(4)を得る工程(4)
をさらに含む、請求項1に記載の製造方法。 - ケイ素含有化合物粒子、水溶性重合体および水を含む二次電池負極用スラリー組成物であって、
前記水溶性重合体は、その1%水溶液粘度が1〜10000mPa・sであり、
前記水は、そのイオン伝導度が1000μS/cm以下であり、
前記スラリー組成物中の塩化物イオン含有率が0.001〜0.1重量%であり、
JIS K5600−2−5 粒ゲージ法による分散度に準拠して測定される粒が現れ始めるケイ素含有化合物粒子の粒子径が、30μm以下である、
二次電池負極用スラリー組成物。 - 前記ケイ素含有化合物粒子が、ケイ素酸化物、シリコンカーバイト又はこれらの両方を含む請求項3に記載の二次電池負極用スラリー組成物。
- 前記ケイ素含有化合物粒子の体積平均粒子径が、0.1〜20μmである請求項3または4に記載の二次電池負極用スラリー組成物。
- 前記水溶性重合体が、酸基含有単量体単位を20〜70重量%含有する請求項3〜5のいずれか1項に記載の二次電池負極用スラリー組成物。
- 前記水溶性重合体が、フッ素基含有単量体単位を含有する請求項3〜6のいずれか1項に記載の二次電池負極用スラリー組成物。
- さらに粒子状バインダーを含有する請求項3〜7のいずれか1項に記載の二次電池負極用スラリー組成物。
- さらに炭素系負極活物質を含有する請求項3〜8のいずれか1項に記載の二次電池負極用スラリー組成物。
- さらに導電材を含有する請求項3〜9のいずれか1項に記載の二次電池負極用スラリー組成物。
- 請求項3〜10のいずれか1項に記載の二次電池負極用スラリー組成物を、集電体上に塗布し、乾燥してなる二次電池用負極。
- 正極、負極、及び電解液を備える二次電池であって、前記負極が請求項11に記載の二次電池用負極である二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013013540A JP6020209B2 (ja) | 2013-01-28 | 2013-01-28 | 二次電池負極用スラリー組成物の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013013540A JP6020209B2 (ja) | 2013-01-28 | 2013-01-28 | 二次電池負極用スラリー組成物の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014146471A true JP2014146471A (ja) | 2014-08-14 |
JP6020209B2 JP6020209B2 (ja) | 2016-11-02 |
Family
ID=51426561
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013013540A Expired - Fee Related JP6020209B2 (ja) | 2013-01-28 | 2013-01-28 | 二次電池負極用スラリー組成物の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6020209B2 (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016151979A1 (ja) * | 2015-03-24 | 2016-09-29 | 三洋電機株式会社 | 非水電解質二次電池用負極及び非水電解質二次電池 |
WO2016151980A1 (ja) * | 2015-03-24 | 2016-09-29 | 三洋電機株式会社 | 非水電解質二次電池用負極及び非水電解質二次電池 |
JP2016181422A (ja) * | 2015-03-24 | 2016-10-13 | 日本ゼオン株式会社 | リチウムイオン二次電池シリコン系負極用バインダー組成物およびリチウムイオン二次電池シリコン系負極用スラリー組成物 |
JP2016186894A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | 株式会社Gsユアサ | 非水電解質蓄電素子用負極、及び非水電解質蓄電素子 |
WO2017031943A1 (zh) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 田东 | 一种高容量硅粉掺杂锂电池负极浆料的制备方法 |
JP2018006334A (ja) * | 2016-06-23 | 2018-01-11 | 荒川化学工業株式会社 | リチウムイオン電池負極用スラリー及びその製造方法、リチウムイオン電池用負極、並びにリチウムイオン電池 |
WO2019167730A1 (ja) * | 2018-02-27 | 2019-09-06 | 日本ゼオン株式会社 | リチウムイオン二次電池用スラリー組成物およびリチウムイオン二次電池用電極 |
CN112331835A (zh) * | 2020-11-12 | 2021-02-05 | 河北零点新能源科技有限公司 | 提升锂电池低温性能的混合工艺 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012026462A1 (ja) * | 2010-08-24 | 2012-03-01 | 日本ゼオン株式会社 | 二次電池負極用バインダー組成物、二次電池負極用スラリー組成物、二次電池負極、二次電池及び二次電池負極用バインダー組成物の製造方法 |
WO2012115096A1 (ja) * | 2011-02-23 | 2012-08-30 | 日本ゼオン株式会社 | 二次電池用負極、二次電池、負極用スラリー組成物及び二次電池用負極の製造方法 |
WO2012128182A1 (ja) * | 2011-03-18 | 2012-09-27 | 日本ゼオン株式会社 | リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池負極、及びリチウムイオン二次電池 |
JP2013008667A (ja) * | 2011-05-24 | 2013-01-10 | Nippon Zeon Co Ltd | 二次電池用負極、二次電池、負極用スラリー組成物及び二次電池用負極の製造方法 |
-
2013
- 2013-01-28 JP JP2013013540A patent/JP6020209B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012026462A1 (ja) * | 2010-08-24 | 2012-03-01 | 日本ゼオン株式会社 | 二次電池負極用バインダー組成物、二次電池負極用スラリー組成物、二次電池負極、二次電池及び二次電池負極用バインダー組成物の製造方法 |
WO2012115096A1 (ja) * | 2011-02-23 | 2012-08-30 | 日本ゼオン株式会社 | 二次電池用負極、二次電池、負極用スラリー組成物及び二次電池用負極の製造方法 |
WO2012128182A1 (ja) * | 2011-03-18 | 2012-09-27 | 日本ゼオン株式会社 | リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池負極、及びリチウムイオン二次電池 |
JP2013008667A (ja) * | 2011-05-24 | 2013-01-10 | Nippon Zeon Co Ltd | 二次電池用負極、二次電池、負極用スラリー組成物及び二次電池用負極の製造方法 |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016151980A1 (ja) * | 2015-03-24 | 2016-09-29 | 三洋電機株式会社 | 非水電解質二次電池用負極及び非水電解質二次電池 |
JP2016181422A (ja) * | 2015-03-24 | 2016-10-13 | 日本ゼオン株式会社 | リチウムイオン二次電池シリコン系負極用バインダー組成物およびリチウムイオン二次電池シリコン系負極用スラリー組成物 |
WO2016151979A1 (ja) * | 2015-03-24 | 2016-09-29 | 三洋電機株式会社 | 非水電解質二次電池用負極及び非水電解質二次電池 |
JP2016186894A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | 株式会社Gsユアサ | 非水電解質蓄電素子用負極、及び非水電解質蓄電素子 |
WO2017031943A1 (zh) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 田东 | 一种高容量硅粉掺杂锂电池负极浆料的制备方法 |
JP2021158125A (ja) * | 2016-06-23 | 2021-10-07 | 荒川化学工業株式会社 | リチウムイオン電池負極用スラリー及びその製造方法、リチウムイオン電池用負極、並びにリチウムイオン電池 |
JP2018006334A (ja) * | 2016-06-23 | 2018-01-11 | 荒川化学工業株式会社 | リチウムイオン電池負極用スラリー及びその製造方法、リチウムイオン電池用負極、並びにリチウムイオン電池 |
JP7156449B2 (ja) | 2016-06-23 | 2022-10-19 | 荒川化学工業株式会社 | リチウムイオン電池負極用バインダー水溶液 |
WO2019167730A1 (ja) * | 2018-02-27 | 2019-09-06 | 日本ゼオン株式会社 | リチウムイオン二次電池用スラリー組成物およびリチウムイオン二次電池用電極 |
JPWO2019167730A1 (ja) * | 2018-02-27 | 2021-02-04 | 日本ゼオン株式会社 | リチウムイオン二次電池用スラリー組成物およびリチウムイオン二次電池用電極 |
CN111712952A (zh) * | 2018-02-27 | 2020-09-25 | 日本瑞翁株式会社 | 锂离子二次电池用浆料组合物和锂离子二次电池用电极 |
JP7298592B2 (ja) | 2018-02-27 | 2023-06-27 | 日本ゼオン株式会社 | リチウムイオン二次電池用スラリー組成物およびリチウムイオン二次電池用電極 |
CN111712952B (zh) * | 2018-02-27 | 2023-11-03 | 日本瑞翁株式会社 | 锂离子二次电池用浆料组合物和锂离子二次电池用电极 |
CN112331835A (zh) * | 2020-11-12 | 2021-02-05 | 河北零点新能源科技有限公司 | 提升锂电池低温性能的混合工艺 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6020209B2 (ja) | 2016-11-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6361655B2 (ja) | リチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物、リチウムイオン二次電池電極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池 | |
JP6384476B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用バインダー組成物、リチウムイオン二次電池用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用電極、リチウムイオン二次電池、並びにリチウムイオン二次電池用バインダー組成物の製造方法 | |
US10297819B2 (en) | Slurry composition for lithium ion secondary battery negative electrode, negative electrode for lithium ion secondary battery and method for producing the same, and lithium ion secondary battery | |
JP6451732B2 (ja) | 二次電池多孔膜用バインダー組成物、二次電池多孔膜用スラリー、二次電池用多孔膜及び二次電池 | |
JP6149730B2 (ja) | 二次電池用正極及びその製造方法、スラリー組成物、並びに二次電池 | |
JP6048070B2 (ja) | リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物及びその製造方法、リチウムイオン二次電池用負極、並びにリチウムイオン二次電池 | |
JP6020209B2 (ja) | 二次電池負極用スラリー組成物の製造方法 | |
JP6052290B2 (ja) | リチウムイオン二次電池電極用のスラリー組成物、リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池 | |
JP6191471B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用バインダー組成物、その製造方法、リチウムイオン二次電池用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用電極、及びリチウムイオン二次電池 | |
JP6327251B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用多孔膜スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用セパレーター、リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池 | |
JP6217129B2 (ja) | 二次電池用多孔膜組成物、二次電池用電極、二次電池用セパレータ及び二次電池 | |
JP5978837B2 (ja) | リチウムイオン二次電池電極用のスラリー組成物、リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池 | |
JP2015128012A (ja) | 二次電池正極用スラリーの製造方法、二次電池用正極の製造方法、及び二次電池 | |
JP6111895B2 (ja) | リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物、二次電池用負極および二次電池 | |
JP2018174150A (ja) | 二次電池正極用スラリーの製造方法、二次電池用正極の製造方法、及び二次電池の製造方法 | |
WO2014132935A1 (ja) | リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池、及びリチウムイオン二次電池用正極の製造方法 | |
JP6337900B2 (ja) | 二次電池用多孔膜スラリー組成物、二次電池用セパレータ、二次電池用電極及び二次電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150925 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160609 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160621 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160725 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160906 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160919 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6020209 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |