JP2015005373A - Method of manufacturing negative plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、負極電極板、及び、この上に形成された負極活物質層を備える負極板の製造方法に関する。 The present invention relates to a negative electrode plate and a method for manufacturing a negative electrode plate including a negative electrode active material layer formed thereon.
従来より、負極板の負極活物質層を構成する負極活物質粒子として、その粒子表面に表面官能基を有するものが知られている。例えば特許文献1に、このような表面官能基を有する負極活物質粒子を用いて、負極板及びこれを用いた電池を製造することが開示されている。具体的には、負極活物質粒子として、「酸性官能基量が、質量当たり5ミリ当量/kg以下で、且つ、比表面積当たり0.3μ当量/m2 以上である黒鉛」を用いるのが好ましいと記載されている(特許文献1の特許請求の範囲等を参照)。 Conventionally, as the negative electrode active material particles constituting the negative electrode active material layer of the negative electrode plate, those having a surface functional group on the particle surface are known. For example, Patent Document 1 discloses that a negative electrode plate and a battery using the same are manufactured using negative electrode active material particles having such a surface functional group. Specifically, it is preferable to use “graphite having an acidic functional group amount of 5 meq / kg or less per mass and 0.3 μeq / m 2 or more per specific surface area” as the negative electrode active material particles. (Refer to the claims of Patent Document 1).
しかしながら、本発明者が検討した結果、粒子表面の表面官能基、具体的にはカルボキシル基(−COOH)の量が多過ぎると、負極活物質層の抵抗が大きくなることが判ってきた。その理由は、負極活物質粒子に付いたカルボキシル基が、リチウムイオンの挿入を阻害するためと考えられる。例えば、負極活物質粒子が黒鉛粒子の場合、カルボキシル基は、黒鉛のエッジ面に付き易いと考えられる。リチウムイオンは黒鉛のエッジ面を通じて黒鉛の層間に挿入されるため、カルボキシル基がエッジ面を埋め尽くすほど多くなると、カルボキシル基によってリチウムイオンの黒鉛層間への挿入が阻害されると推測される。 However, as a result of studies by the present inventors, it has been found that the resistance of the negative electrode active material layer increases when the amount of surface functional groups on the particle surface, specifically, carboxyl groups (—COOH) is excessive. The reason is considered that the carboxyl group attached to the negative electrode active material particles inhibits the insertion of lithium ions. For example, when the negative electrode active material particles are graphite particles, the carboxyl group is considered to be easily attached to the edge surface of graphite. Since lithium ions are inserted between the graphite layers through the edge surface of graphite, it is presumed that the insertion of lithium ions between the graphite layers is hindered by the carboxyl groups when the amount of carboxyl groups increases to fill the edge surface.
一方、粒子表面のカルボキシル基の量が少な過ぎると、負極活物質層にスジ状の凹み(スジ状に負極活物質層の厚みが薄くなった部分)やピンホールが生じるなど、均質な負極活物質層を形成し難くなることが判ってきた。その理由は、以下であると考えられる。負極活物質粒子のカルボキシル基の量が少な過ぎると、増粘剤を含む負極ペーストにおいて、増粘剤の未溶解物(増粘剤が未溶解の状態で凝集した凝集物)や不溶解物(増粘剤に含まれる、分散媒に溶解しないまたは溶解し難い物質が凝集した凝集物)が発生し易い。すると、負極ペーストを負極電極板に塗布した際に、上述の未溶解物や不溶解物によってスジ引きが生じて、その結果、負極活物質層にスジ状の凹みが形成される。また、負極電極板上に塗布された負極ペースト層を乾燥して負極活物質層を形成した際に、負極ペースト層中の上述の未溶解物や不溶解物が大きく収縮して、その部分にピンホールが形成されると考えられる。
このように、従来の負極板の製造方法では、負極活物質層の抵抗を低くすることと、均質な負極活物質層を形成することを両立させることが困難であった。
On the other hand, if the amount of carboxyl groups on the particle surface is too small, a homogeneous negative electrode active material such as a streak-like dent (a portion where the negative electrode active material layer is thinned) or a pinhole is formed in the negative electrode active material layer. It has been found that it becomes difficult to form a material layer. The reason is considered as follows. If the amount of the carboxyl group of the negative electrode active material particles is too small, in the negative electrode paste containing the thickener, the thickener undissolved material (aggregates in which the thickener is not dissolved) or insoluble material ( Aggregates in which substances contained in the thickener and not dissolved or hardly dissolved in the dispersion medium are easily generated. Then, when the negative electrode paste is applied to the negative electrode plate, streaks are caused by the above-mentioned undissolved material or insoluble material, and as a result, streaky dents are formed in the negative electrode active material layer. In addition, when the negative electrode paste layer applied on the negative electrode plate is dried to form the negative electrode active material layer, the above-mentioned undissolved and insoluble materials in the negative electrode paste layer are greatly shrunk, It is thought that pinholes are formed.
Thus, in the conventional method for manufacturing a negative electrode plate, it has been difficult to achieve both a reduction in resistance of the negative electrode active material layer and formation of a homogeneous negative electrode active material layer.
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、負極活物質層の抵抗を低くすると共に、均質な負極活物質層を形成できる負極板の製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this present condition, Comprising: While making resistance of a negative electrode active material layer low, it aims at providing the manufacturing method of the negative electrode plate which can form a homogeneous negative electrode active material layer.
上記課題を解決するための本発明の一態様は、負極電極板、及び、この上に形成された負極活物質層を備える負極板の製造方法であって、負極活物質粒子の粒子表面に、この粒子表面の単位面積当たり0.010〜0.050mmol/m2 のカルボキシル基を有する負極活物質粒子と、増粘剤とを、分散媒中に分散させた負極ペーストを調製するペースト調製工程と、前記負極ペーストを前記負極電極板上に塗布して、前記負極活物質層を形成する活物質層形成工程と、を備える負極板の製造方法である。 One aspect of the present invention for solving the above problems is a method for producing a negative electrode plate and a negative electrode plate comprising a negative electrode active material layer formed thereon, on the particle surface of the negative electrode active material particles, A paste preparation step of preparing a negative electrode paste in which negative electrode active material particles having a carboxyl group of 0.010 to 0.050 mmol / m 2 per unit area of the particle surface and a thickener are dispersed in a dispersion medium; An active material layer forming step of applying the negative electrode paste onto the negative electrode plate to form the negative electrode active material layer.
この負極板の製造方法では、負極活物質粒子として、粒子表面の単位面積当たり0.010〜0.050mmol/m2 のカルボキシル基(−COOH)を有するものを用いて、負極ペーストを作製し、これを負極電極板に塗布して負極活物質層を形成する。粒子表面のカルボキシル基の量を0.050mmol/m2 以下としているので、負極活物質層の抵抗が大きくなることを適切に抑制できる。その理由は、粒子表面のカルボキシル基の量を抑えることで、リチウムイオンの挿入が阻害され難くなるためと考えられる。 In this method for producing a negative electrode plate, a negative electrode active material particle is prepared using a negative electrode active material particle having a carboxyl group (—COOH) of 0.010 to 0.050 mmol / m 2 per unit area of the particle surface, This is applied to the negative electrode plate to form a negative electrode active material layer. Since the amount of carboxyl groups on the particle surface is 0.050 mmol / m 2 or less, it is possible to appropriately suppress an increase in resistance of the negative electrode active material layer. The reason is considered to be that the insertion of lithium ions is hardly inhibited by suppressing the amount of carboxyl groups on the particle surface.
一方で、粒子表面のカルボキシル基の量を0.010mmol/m2 以上としているので、負極ペーストにおいて増粘剤の未溶解物や不溶解物が生じるのを適切に抑制できる。負極活物質粒子のカルボキシル基の量が多くなるほど、負極ペーストの混練時に負極活物質粒子の分散性が良好になって負極ペーストに掛かる力が大きくなるため、増粘剤の未溶解物や不溶解物が粉砕されて、これらの量が少なくなる、或いはこれらの大きさが十分に小さくなると考えられる。これにより、負極活物質層にスジ状の凹みやピンホールが生じるのを抑制して、均質な負極活物質層を形成できる。
このように、この負極板の製造方法によれば、負極活物質層の抵抗を低くすることと、均質な負極活物質層を形成することとを両立させることができる。
On the other hand, since the amount of the carboxyl group on the particle surface is 0.010 mmol / m 2 or more, it is possible to appropriately suppress the occurrence of undissolved or insoluble materials of the thickener in the negative electrode paste. The greater the amount of carboxyl groups in the negative electrode active material particles, the better the dispersibility of the negative electrode active material particles during kneading of the negative electrode paste and the greater the force applied to the negative electrode paste. It is believed that the product is crushed to reduce these amounts or to reduce their size sufficiently. Thereby, it is possible to suppress the generation of streak-like dents and pinholes in the negative electrode active material layer, thereby forming a homogeneous negative electrode active material layer.
Thus, according to this method for manufacturing a negative electrode plate, it is possible to achieve both reduction in resistance of the negative electrode active material layer and formation of a homogeneous negative electrode active material layer.
なお、負極活物質粒子の粒子表面に付着したカルボキシル基の量(mmol/m2 )は、以下の手法により求めることができる。
(1)試料(負極活物質粒子)についてXPS分析を行い、カルボキシル基(287〜289eV)のピーク積分面積値を利用して、負極活物質粒子の粒子表面に付着した表面官能基におけるカルボキシル基の存在比率を求める。
(2)所定量の試料について熱分解ガスクロマトグラフィーを行い、発生ガス量から負極活物質粒子の粒子表面に付着した表面官能基の量を求める。
(3)所定量の試料について窒素BETを行い、負極活物質粒子の比表面積を求める。
(4)(1)〜(3)でそれぞれ求めた各数値を用いて、負極活物質粒子の粒子表面の単位面積あたりのカルボキシル基量を求める。
In addition, the amount (mmol / m 2 ) of carboxyl groups attached to the particle surface of the negative electrode active material particles can be obtained by the following method.
(1) The sample (negative electrode active material particles) is subjected to XPS analysis, and the peak integrated area value of the carboxyl groups (287 to 289 eV) is used to determine the carboxyl group in the surface functional group attached to the particle surface of the negative electrode active material particles. Find the abundance ratio.
(2) A predetermined amount of the sample is subjected to pyrolysis gas chromatography, and the amount of surface functional groups attached to the surface of the negative electrode active material particles is determined from the amount of generated gas.
(3) Nitrogen BET is performed on a predetermined amount of sample to determine the specific surface area of the negative electrode active material particles.
(4) Using each numerical value obtained in (1) to (3), the amount of carboxyl groups per unit area on the particle surface of the negative electrode active material particles is obtained.
また、粒子表面にカルボキシル基を有する負極活物質粒子は、例えば、以下の手法により得ることができる。即ち、負極活物質粒子と酢酸(CH3COOH)とを混合して加熱処理を行うことにより、カルボキシル基を有する負極活物質粒子を作製できる。また、メカノフュージョン、ボールミル、ピンミルなどを利用して、負極活物質粒子の粒子表面にカルボキシル基を付着させることもできる。 Moreover, the negative electrode active material particle which has a carboxyl group on the particle | grain surface can be obtained with the following methods, for example. That is, negative electrode active material particles having a carboxyl group can be prepared by mixing negative electrode active material particles and acetic acid (CH 3 COOH) and performing heat treatment. In addition, a carboxyl group can be attached to the surface of the negative electrode active material particles using mechanofusion, a ball mill, a pin mill, or the like.
また、この製造方法で製造される「負極板」は、例えば、リチウムイオン二次電池などに用いることができる。
「負極活物質粒子」としては、例えば、後述する炭素材料などからなる粒子が挙げられる。また、「負極活物質粒子」の粒子表面には、カルボキシル基以外の表面官能基(例えばラクトン基、カルボニル基、メチル基、ヒドロキシ基など)が付着していてもよい。
「増粘剤」としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)などのセルロール誘導体などが挙げられる。
「分散媒」としては、例えば、水などが挙げられる。
Moreover, the “negative electrode plate” produced by this production method can be used for, for example, a lithium ion secondary battery.
Examples of the “negative electrode active material particles” include particles made of a carbon material described later. Further, surface functional groups other than carboxyl groups (for example, lactone groups, carbonyl groups, methyl groups, hydroxy groups, etc.) may be attached to the particle surfaces of the “negative electrode active material particles”.
Examples of the “thickening agent” include cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose (CMC) and methyl cellulose (MC).
Examples of the “dispersion medium” include water.
「負極ペースト」には、負極活物質粒子及び増粘剤の他に、例えば、結着剤や分散剤、フィラー、イオン導電剤などを加えることができる。結着剤としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、セルロース等の樹脂系高分子、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子、シンジオタクチック1,2−ポリブタジエン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン(炭素数2〜12)共重合体等の軟質樹脂状高分子、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子などが挙げられ、これらを単独で、または複数種混合して用いることができる。 In addition to the negative electrode active material particles and the thickener, for example, a binder, a dispersant, a filler, an ionic conductive agent, and the like can be added to the “negative electrode paste”. Examples of the binder include resin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide, and cellulose, rubbery polymers such as styrene / butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, and ethylene / propylene rubber, and styrene.・ Butadiene / styrene block copolymer, hydrogenated product, styrene / ethylene / butadiene / styrene copolymer, styrene / isoprene / styrene block copolymer, thermoplastic elastomeric polymer such as hydrogenated product, syndiotactic Soft resin-like polymers such as tic 1,2-polybutadiene, ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin (carbon number 2 to 12) copolymer, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polytetrafluoro Ethylene Eth Emissions copolymer, and a fluorine-based polymer can be cited, and these can be used alone or in more mixed.
また、「負極ペースト」は、例えば、ホモジナイザ、プラネタリーミキサ、ジェットミル、超音波分散機、ディスパ(攪拌翼)等のメディアレス分散機や、押出混練機を用いて作製することができる。また、ビーズミルやボールミル等の分散機に、ガラス、ジルコニア等のセラミックビーズを投入して分散を行うメディア分散手法を用いて、負極ペーストを作製してもよい。
「負極電極板」の材質としては、例えば、銅、ニッケル、ステンレスなどが挙げられる。
また、活物質形成工程において負極ペーストを負極電極板に塗布する塗布方法としては、ダイコータを用いたダイ塗工や、ドクターブレードを用いたブレード塗工などが挙げられる。
The “negative electrode paste” can be produced using a medialess disperser such as a homogenizer, a planetary mixer, a jet mill, an ultrasonic disperser, a disperser (stirring blade), or an extrusion kneader. Alternatively, the negative electrode paste may be produced by using a media dispersion method in which ceramic beads such as glass and zirconia are introduced into a dispersing machine such as a bead mill or a ball mill.
Examples of the material of the “negative electrode plate” include copper, nickel, and stainless steel.
In addition, examples of the application method for applying the negative electrode paste to the negative electrode plate in the active material forming step include die coating using a die coater and blade coating using a doctor blade.
更に、上記の負極板の製造方法であって、前記増粘剤は、カルボキシメチルセルロースである負極板の製造方法とすると良い。 Furthermore, in the above method for producing a negative electrode plate, the thickener may be a method for producing a negative electrode plate that is carboxymethylcellulose.
この負極板の製造方法では、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)を用いている。CMCは、入手や取り扱いが容易であり、また、水等の分散媒に分散させることで適切な粘度の負極ペーストを容易に作製できるので、増粘剤として好適である。 In this negative electrode plate manufacturing method, carboxymethyl cellulose (CMC) is used as a thickener. CMC is suitable as a thickener because it can be easily obtained and handled, and can easily produce a negative electrode paste having an appropriate viscosity by being dispersed in a dispersion medium such as water.
更に、上記のいずれかに記載の負極板の製造方法であって、前記負極板は、リチウムイオン二次電池に用いられる負極板であり、前記負極活物質粒子は、リチウムイオンを挿入脱離可能な炭素材料からなる負極板の製造方法とすると良い。 The negative electrode plate manufacturing method according to any one of the above, wherein the negative electrode plate is a negative electrode plate used for a lithium ion secondary battery, and the negative electrode active material particles can insert and desorb lithium ions. A method for producing a negative electrode plate made of a carbon material is preferable.
この負極板の製造方法では、負極板がリチウムイオン二次電池用の負極板であり、負極活物質粒子としてリチウムイオンを挿入脱離可能な炭素材料を用いている。このものでは、前述のように、負極活物質粒子のカルボキシル基の量を0.050mmol/m2 以下とすることで、負極活物質層の抵抗が大きくなるのを効果的に抑制できる。一方、負極活物質粒子のカルボキシル基の量を0.010mmol/m2 以上とすることで、負極活物質層にスジ状の凹みやピンホールが生じるのを効果的に抑制して、より均質な負極活物質層を形成できる。
なお、「リチウムイオンを挿入脱離可能な炭素材料」としては、例えば、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など)、人造黒鉛などが挙げられ、これらを単独で、または複数種混合して用いることができる。
In this negative electrode plate manufacturing method, the negative electrode plate is a negative electrode plate for a lithium ion secondary battery, and a carbon material capable of inserting and releasing lithium ions is used as the negative electrode active material particles. In this case, as described above, the increase in the resistance of the negative electrode active material layer can be effectively suppressed by setting the amount of the carboxyl group of the negative electrode active material particles to 0.050 mmol / m 2 or less. On the other hand, by making the amount of the carboxyl group of the negative electrode active material particles 0.010 mmol / m 2 or more, it is possible to effectively suppress the formation of streak-like dents and pinholes in the negative electrode active material layer. A negative electrode active material layer can be formed.
Examples of the “carbon material capable of inserting and removing lithium ions” include, for example, natural graphite (scale-like graphite, scale-like graphite, earth-like graphite, etc.), artificial graphite, and the like. A plurality of types can be mixed and used.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1及び図2に、本実施形態に係る負極板41を用いた電池10を示す。また、図3に、この電池10を構成する扁平状捲回型の電極体30を展開した状態を示す。また、図4に、負極板41を示す。なお、以下では、電池10の電池厚み方向BH、電池横方向CH及び電池縦方向DHを、図1及び図2に示す方向と定めて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a
この電池10は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両などに搭載される角型で密閉型のリチウムイオン二次電池である。この電池10は、直方体状の電池ケース20と、この電池ケース20内に収容された扁平状捲回型の電極体30と、電池ケース20に支持された正極端子部材60及び負極端子部材70等から構成されている。電池ケース20内には、非水系の電解液27が保持されている(図1及び図2参照)。
The
このうち電池ケース20は、金属(具体的にはアルミニウム)により形成されている。この電池ケース20は、上側のみに矩形状の開口部21hを有する有底角筒状のケース本体21と、このケース本体21の開口部21hを封口する矩形板状の蓋部材23とから構成されている。蓋部材23のうち、その長手方向(電池横方向CH)の中央付近には、非復帰型の安全弁23vが設けられている。また、この安全弁23vの近傍には、電解液27を電池ケース20内に注入する際に用いられる注液孔23hが設けられており、封止部材25で気密に封止されている。
Among these, the
また、蓋部材23のうち、その長手方向の両端近傍には、電池ケース20の内部から外部に延出する形態の正極端子部材60及び負極端子部材70がそれぞれ固設されている。具体的には、正極端子部材60及び負極端子部材70は、それぞれ、電池ケース20内で電極体30に接続する一方、蓋部材23を貫通して電池ケース20の外部に延出する第1端子部材61,71と、蓋部材23上に配置されて第1端子部材61,71に加締め固定されたクランク状の第2端子部材62,72とから構成されている。正極端子部材60及び負極端子部材70は、これらにバスバや圧着端子など電池外の接続端子を締結するための金属製の締結部材65,75と共に、蓋部材23の内側(ケース内側)に配置された樹脂製の第1絶縁部材67,77、及び、蓋部材23の外側(ケース外側)に配置された樹脂製の第2絶縁部材68,78を介して、蓋部材23に固定されている。
Further, in the
次に、電極体30について説明する(図2及び図3参照)。この電極体30は、その軸線方向EHが電池横方向CHと一致する形態で、電池ケース20内に収容されている(図2参照)。電極体30は、帯状の正極板31と帯状の負極板41とを、帯状で多孔質樹脂からなる一対のセパレータ51,51を介して互いに積層し(図3参照)、軸線周りに捲回して、扁平状に圧縮したものである。正極板31の幅方向の一部は、セパレータ51,51から軸線方向EHの一方側EC(図2中、左方、図3中、上方)に向けて扁平渦巻き状をなして突出しており、前述の正極端子部材60の第1端子部材61と接続(溶接)している。また、負極板41の幅方向の一部は、セパレータ51,51から軸線方向EHの他方側ED(図2中、右方、図3中、下方)に向けて扁平渦巻き状をなして突出しており、前述の負極端子部材70の第1端子部材71と接続(溶接)している。
Next, the
正極板31は、芯材として、アルミニウム箔からなる帯状の正極電極板32を有する。この正極電極板32の表裏面のうち幅方向(図3中、上下方向)の一部(図3中、下方の部位)の上には、それぞれ長手方向(図3中、左右方向)に帯状に延びる、多孔質の正極活物質層33,33が形成されている。この正極活物質層33は、正極活物質粒子と導電材と結着剤から形成されている。本実施形態では、正極活物質粒子としてリチウム・コバルト・ニッケル・マンガン複合酸化物粒子を、導電材としてアセチレンブラック(AB)を、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いている。
The
負極板41は、芯材として、銅箔からなる帯状の負極電極板42を有する(図3及び図4参照)。この負極電極板42の表裏面のうち幅方向(図3中、上下方向、図4中、左右方向)の一部(図3中、上方の部位、図4中、左方の部位)の上には、それぞれ長手方向(図3中、左右方向、図4中、紙面に直交する方向)に帯状に延びる、多孔質の負極活物質層43,43が形成されている。この負極活物質層43は、負極活物質粒子と結着剤と増粘剤から形成されている。
The
本実施形態では、負極活物質粒子としてリチウムイオンを挿入脱離可能な炭素材料、具体的には天然黒鉛粒子を用いている。この負極活物質粒子(天然黒鉛粒子)は、その粒子表面に表面官能基を有する。この表面官能基は、主としてカルボキシル基である。具体的には、表面官能基のうち、80%がカルボキシル基(−COOH)であり、10%がメチル基(−CH3 )であり、5%がヒドロキシ基(−OH)であり、残り5%がその他の官能基である。また、この負極活物質粒子は、その粒子表面の単位面積当たり0.010〜0.050mmol/m2 (本実施形態では0.030mmol/m2 )のカルボキシル基を有する。
また、本実施形態では、結着剤としてスチレンブタジエンゴム(SBR)を、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)を用いている。
In this embodiment, a carbon material capable of inserting and releasing lithium ions, specifically, natural graphite particles is used as the negative electrode active material particles. This negative electrode active material particle (natural graphite particle) has a surface functional group on the particle surface. This surface functional group is mainly a carboxyl group. Specifically, 80% of the surface functional groups are carboxyl groups (—COOH), 10% are methyl groups (—CH 3 ), 5% are hydroxy groups (—OH), and the remaining 5 % Is other functional groups. Further, the anode active material particle (in the present embodiment 0.030 mmol / m 2) per unit area 0.010~0.050mmol / m 2 of particle surface having a carboxyl group.
In this embodiment, styrene butadiene rubber (SBR) is used as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) is used as a thickener.
次いで、上記負極板41の製造方法、及び、この負極板41を用いた電池10の製造方法について説明する。まず、負極ペーストを作製する(ペースト調製工程)。即ち、負極活物質粒子の粒子表面に、この粒子表面の単位面積当たり0.010〜0.050mmol/m2 のカルボキシル基を有する負極活物質粒子と、増粘剤と、結着剤とを分散媒中に分散させた負極ペーストを調製する。
Next, a method for manufacturing the
具体的には、負極活物質粒子として、天然黒鉛粒子を用意する。そして、この天然黒鉛粒子の粒子表面に、この粒子表面の単位面積当たり0.010〜0.050mmol/m2(本実施形態では0.030mmol/m2 )のカルボキシル基を導入させる。まず、100%の酢酸(CH3COOH)の60g(1mol)を1リットルの水で希釈し(1mol/L)、更にこれを希釈して、0.040mmol/Lの酢酸水溶液を調整する。その後、天然黒鉛粒子の粒子表面の単位面積(m2 )当たり0.040mmolとなるように、天然黒鉛粒子と上記酢酸水溶液を混合して、加熱処理を行う。本実施形態では、120℃で乾燥させた。これにより、粒子表面の単位面積当たり0.030mmol/m2 のカルボキシル基を有する天然黒鉛粒子が得られる。 Specifically, natural graphite particles are prepared as negative electrode active material particles. Then, the surface of the particles of natural graphite particles, the (in this embodiment 0.030mmol / m 2) 0.010~0.050mmol / m 2 per unit area of the grain surface is introducing a carboxyl group. First, 60 g (1 mol) of 100% acetic acid (CH 3 COOH) is diluted with 1 liter of water (1 mol / L), and further diluted to prepare a 0.040 mmol / L acetic acid aqueous solution. Thereafter, the natural graphite particles are mixed with the acetic acid aqueous solution so as to be 0.040 mmol per unit area (m 2 ) of the particle surface of the natural graphite particles, and heat treatment is performed. In this embodiment, it was dried at 120 ° C. Thereby, natural graphite particles having a carboxyl group of 0.030 mmol / m 2 per unit area of the particle surface are obtained.
次に、増粘剤としてCMCを、結着剤としてSBRを用意する。そして、プラネタリーミキサを用いて、カルボキシル基を有する天然黒鉛粒子とCMCとSBRとを、分散媒(具体的には水)中に分散させて、負極ペーストを調製する。本実施形態では、天然黒鉛粒子とCMCとSBRとを、98:1:1の重量比で混合する。 Next, CMC is prepared as a thickener and SBR is prepared as a binder. Then, using a planetary mixer, natural graphite particles having a carboxyl group, CMC, and SBR are dispersed in a dispersion medium (specifically, water) to prepare a negative electrode paste. In this embodiment, natural graphite particles, CMC, and SBR are mixed at a weight ratio of 98: 1: 1.
次に、この負極ペーストを負極電極板42上に塗布して、負極活物質層43を形成する(活物質層形成工程)。具体的には、銅箔からなる負極電極板42を用意する。そして、この負極電極板42の一方の主面のうち幅方向の一部の上に、ダイコータを用いて、前述の負極ペーストを塗布する。その後、負極電極板42上に塗布された負極ペーストを熱風により乾燥させて、負極活物質層43を形成する。同様に、負極電極板42の反対側の主面にも、その幅方向の一部の上に負極ペーストを塗布し、これを熱風により乾燥させて、負極活物質層43を形成する。その後、加圧ロールにより負極活物質層43,43を圧縮して、その密度を高める。かくして、負極板41ができる(図4参照)。
Next, this negative electrode paste is applied onto the
次に、この負極板41を用いて電池10を製造する。まず、正極板110を作製する。即ち、帯状の正極電極板32を用意する。そして、この正極電極板32の一方の主面のうち幅方向の一部の上に、正極活物質粒子、導電材及び結着剤を含む正極ペーストを塗布し、これを熱風により乾燥させて、正極活物質層33を形成する。同様に、正極電極板32の反対側の主面にも、その幅方向の一部の上に正極ペーストを塗布し、これを熱風により乾燥させて、正極活物質層33を形成する。その後、加圧ロールにより正極活物質層33,33を圧縮して、その密度を高める。かくして、正極板31ができる。
Next, the
次に、帯状のセパレータ51を2枚用意し、前述の正極板31と負極板41とをセパレータ51,51を介して互いに重ね(図3参照)、巻き芯を用いて軸線周りに捲回する。更に、これを扁平状に圧縮して電極体30を形成する。
また別途、電池ケース20の蓋部材23を用意し、この蓋部材23に正極端子部材60及び負極端子部材70をそれぞれ固設する。更に、正極端子部材60及び負極端子部材70をそれぞれ電極体30に溶接する。その後、電池ケース20のケース本体21を用意し、このケース本体21内に電極体30を収容した後、ケース本体21と蓋部材23を溶接して電池ケース20を形成する。その後、電解液27を注液孔23hから電池ケース20内に注液し、封止部材25で注液孔23hを気密に封止する。その後は、この電池について、初充電や各種検査を行う。かくして、電池10が完成する。
Next, two strip-shaped
Separately, a
(試験結果)
次いで、実施形態に係る負極板41の製造方法の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。実施形態に係る負極板41の製造方法において、混合する酢酸水溶液の濃度を変えて、負極活物質粒子のカルボキシル基の量を、0.005〜0.062mmol/m2 の範囲で変更して、6種類の負極板(面積1m2 )をそれぞれ5個ずつ製造した。そして、各種類の負極板毎に、負極活物質層に生じたスジ状の凹みの総数を目視により調べた。例えば、1個の負極板に複数(例えば3個)のスジ状の凹みが生じている場合には、その数(3個)を加えてスジ状の凹みの総数をカウントした。その結果を図5のグラフに示す。
(Test results)
Subsequently, the result of the test performed in order to verify the effect of the manufacturing method of the
図5のグラフから判るように、負極活物質粒子のカルボキシル基の量を0.010mmol/m2 よりも少なくすると、負極活物質層に生じるスジ状の凹みの数が急激に増加する。一方、負極活物質粒子のカルボキシル基の量を0.010mmol/m2 以上にすると、負極活物質層に生じるスジ状の凹みの数が十分に少なくなる。特にカルボキシル基の量を0.015mmol/m2 以上にすると、スジ状の凹みをこれ以上減らすことができない程度にまで、スジ状の凹みの数が少なくなることが判る。 As can be seen from the graph of FIG. 5, when the amount of the carboxyl group of the negative electrode active material particles is less than 0.010 mmol / m 2 , the number of streak-like dents generated in the negative electrode active material layer increases rapidly. On the other hand, when the amount of the carboxyl group of the negative electrode active material particles is 0.010 mmol / m 2 or more, the number of streak-like dents generated in the negative electrode active material layer is sufficiently reduced. In particular, it can be seen that when the amount of the carboxyl group is 0.015 mmol / m 2 or more, the number of streak-like dents is reduced to such an extent that the streak-like dents cannot be further reduced.
その理由は、以下であると考えられる。負極活物質粒子のカルボキシル基量が0.010mmol/m2 よりも少ないと、増粘剤を含む負極ペーストにおいて、増粘剤の未溶解物や不溶解物が発生し易い。すると、負極ペーストを負極電極板42に塗布した際に、上述の未溶解物や不溶解物によってスジ引きが生じて、負極活物質層にスジ状の凹みが形成される。
The reason is considered as follows. When the amount of carboxyl groups in the negative electrode active material particles is less than 0.010 mmol / m 2, undissolved and insoluble substances of the thickener are likely to be generated in the negative electrode paste containing the thickener. Then, when the negative electrode paste is applied to the
これに対し、負極活物質粒子のカルボキシル基量を0.010mmol/m2 以上にすると、更には0.015mmol/m2 以上にすると、負極ペーストにおいて増粘剤の未溶解物や不溶解物が生じるのを適切に抑制できる。
ここで、負極活物質粒子のカルボキシル基の量と負極ペーストの混練時に負極ペーストに掛かる力との関係を図6に示す。混練時に負極ペーストに掛かる力は、トルク計を用いて回転に掛かるトルクを計測した値である。
In contrast, when the carboxyl group content of the anode active material particles in the 0.010 mmol / m 2 or more, further when the 0.015 mmol / m 2 or more, undissolved or insoluble matters of the thickener in the negative electrode paste It is possible to appropriately suppress the occurrence.
Here, the relationship between the amount of carboxyl groups of the negative electrode active material particles and the force applied to the negative electrode paste during kneading of the negative electrode paste is shown in FIG. The force applied to the negative electrode paste during kneading is a value obtained by measuring the torque applied to rotation using a torque meter.
図6のグラフから判るように、負極活物質粒子のカルボキシル基の量を多くするほど、混練時に負極ペーストに掛かる力が大きくなる。これは、カルボキシル基の量が多くなるほど、負極活物質粒子の分散性が良好になるためと考えられる。混練時に負極ペーストに掛かる力が大きくなると、負極ペースト中に存在する増粘剤の未溶解物や不溶解物が粉砕され易くなるので、これらの量が少なくなる、或いはこれらの大きさが十分に小さくなると考えられる。これにより、負極ペーストを負極電極板42に塗布する際にスジ引きが生じ難くなり、負極活物質層にスジ状の凹みが形成され難くなると考えられる。
As can be seen from the graph of FIG. 6, the force applied to the negative electrode paste during kneading increases as the amount of carboxyl groups of the negative electrode active material particles increases. This is presumably because the higher the amount of carboxyl groups, the better the dispersibility of the negative electrode active material particles. If the force applied to the negative electrode paste during kneading increases, the undissolved and insoluble materials of the thickener present in the negative electrode paste are easily pulverized, so that these amounts are reduced, or these sizes are sufficiently large It will be smaller. As a result, it is considered that streaking is less likely to occur when the negative electrode paste is applied to the
次に、実施形態に係る負極板41の製造方法において、負極活物質粒子のカルボキシル基の量を、0.005〜0.062mmol/m2 の範囲で変更して、5種類の負極板を製造した。更に、各負極板を用いて電池をそれぞれ製造した。そして、各電池について、SOC60%に調整した後、50A、10secにてIV抵抗を求めた。その結果を図7のグラフに示す。なお、図7においては、カルボキシル基の量が0.005mmol/m2 である場合の抵抗値を基準(100%)として記載してある。
Next, in the manufacturing method of the
図7のグラフから判るように、負極活物質粒子のカルボキシル基の量を0.050mmol/m2 よりも多くすると、負極板の抵抗値が急激に増加することが判る。その理由は、カルボキシル基は、負極活物質粒子(黒鉛粒子)のエッジ面に付き易い。リチウムイオンは黒鉛のエッジ面を通じて黒鉛の層間に挿入されるため、カルボキシル基がエッジ面を埋め尽くすほど多くなると、カルボキシル基によってリチウムイオンの黒鉛層間への挿入が阻害される。その結果、負極板の抵抗値が増加すると考えられる。 As can be seen from the graph of FIG. 7, it can be seen that when the amount of the carboxyl group of the negative electrode active material particles is made larger than 0.050 mmol / m 2 , the resistance value of the negative electrode plate rapidly increases. The reason is that the carboxyl group is easily attached to the edge surface of the negative electrode active material particles (graphite particles). Since lithium ions are inserted between the graphite layers through the edge surfaces of graphite, when the carboxyl groups increase so as to fill the edge surfaces, the insertion of lithium ions between the graphite layers is inhibited by the carboxyl groups. As a result, the resistance value of the negative electrode plate is considered to increase.
一方、負極活物質粒子のカルボキシル基の量を0.050mmol/m2 以下にすると、更には0.040mmol/m2 以下にすると、負極板の抵抗値が十分に低くなることが判る。カルボキシル基の量を0.050mmol/m2 以下、更には0.040mmol/m2 以下に抑えることで、負極活物質粒子(黒鉛粒子)のエッジ面に付くカルボキシル基が少なくなり、リチウムイオンがエッジ面を通じて黒鉛の層間に挿入され易くなる。その結果、負極板の抵抗値が低くなると考えられる。 On the other hand, the amount of the carboxyl groups of the anode active material particles when below 0.050 mmol / m 2, and more when below 0.040 mmol / m 2, the resistance value of the negative electrode plate is found to be sufficiently low. The amount of carboxyl groups 0.050 mmol / m 2 or less, more by suppressing below 0.040 mmol / m 2, carboxyl group is less stick to the edge face of the anode active material particles (graphite particles), lithium ions edge It becomes easy to be inserted between graphite layers through the surface. As a result, the resistance value of the negative electrode plate is considered to be low.
以上で説明したように、負極板41の製造方法では、負極活物質粒子として、粒子表面の単位面積当たり0.010〜0.050mmol/m2 のカルボキシル基を有するものを用いて、負極ペーストを作製し、これを負極電極板42に塗布して負極活物質層43を形成する。粒子表面のカルボキシル基の量を0.050mmol/m2 以下としているので、負極活物質層43の抵抗が大きくなることを適切に抑制できる。その理由は、粒子表面のカルボキシル基の量を抑えることで、リチウムイオンの挿入が阻害され難くなるためと考えられる。
As described above, in the method of manufacturing the
一方で、粒子表面のカルボキシル基量を0.010mmol/m2 以上としているので、負極ペーストにおいて増粘剤の未溶解物や不溶解物が生じるのを適切に抑制できる。負極活物質粒子のカルボキシル基量が多くなるほど、負極ペーストの混練時に負極活物質粒子の分散性が良好になって負極ペーストに掛かる力が大きくなるため、増粘剤の未溶解物や不溶解物が粉砕されて、これらの量が少なくなる、或いはこれらの大きさが十分に小さくなると考えられる。これにより、負極活物質層43にスジ状の凹みやピンホールが生じるのを抑制して、均質な負極活物質層43を形成できる。
このように、この負極板41の製造方法によれば、負極活物質層43の抵抗を低くすることと、均質な負極活物質層43を形成することとを両立させることができる。
On the other hand, since the amount of carboxyl groups on the particle surface is 0.010 mmol / m 2 or more, it is possible to appropriately suppress the occurrence of undissolved or insoluble materials of the thickener in the negative electrode paste. The greater the amount of carboxyl groups in the negative electrode active material particles, the better the dispersibility of the negative electrode active material particles during kneading of the negative electrode paste and the greater the force applied to the negative electrode paste. Is crushed to reduce these amounts, or the size thereof is considered to be sufficiently small. Thereby, it is possible to suppress the generation of streak-like dents and pinholes in the negative electrode
As described above, according to the method for manufacturing the
更に、負極板41の製造方法では、増粘剤としてCMCを用いている。CMCは、入手や取り扱いが容易であり、また、水等の分散媒に分散させることで適切な粘度の負極ペーストを容易に作製できるので、増粘剤として好適である。
また、負極板41は、リチウムイオン二次電池用の負極板であり、負極活物質粒子としてリチウムイオンを挿入脱離可能な炭素材料を用いている。このものでは、前述のように、負極活物質粒子のカルボキシル基量を0.050mmol/m2 以下とすることで、負極活物質層43の抵抗が大きくなるのを効果的に抑制できる。一方、負極活物質粒子のカルボキシル基量を0.010mmol/m2 以上とすることで、負極活物質層43にスジ状の凹みやピンホールが生じるのを効果的に抑制して、より均質な負極活物質層43を形成できる。
Furthermore, in the manufacturing method of the
The
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。 In the above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof.
10 電池(リチウムイオン二次電池)
30 電極体
31 正極板
41 負極板
42 負極電極板
43 負極活物質層
51 セパレータ
10 battery (lithium ion secondary battery)
30
Claims (3)
負極活物質粒子の粒子表面に、この粒子表面の単位面積当たり0.010〜0.050mmol/m2 のカルボキシル基を有する負極活物質粒子と、増粘剤とを、分散媒中に分散させた負極ペーストを調製するペースト調製工程と、
前記負極ペーストを前記負極電極板上に塗布して、前記負極活物質層を形成する活物質層形成工程と、を備える
負極板の製造方法。 A negative electrode plate, and a method for producing a negative electrode plate comprising a negative electrode active material layer formed thereon,
On the particle surface of the negative electrode active material particles, negative electrode active material particles having a carboxyl group of 0.010 to 0.050 mmol / m 2 per unit area of the particle surface and a thickener were dispersed in a dispersion medium. A paste preparation step for preparing a negative electrode paste;
An active material layer forming step of applying the negative electrode paste onto the negative electrode plate to form the negative electrode active material layer.
前記増粘剤は、カルボキシメチルセルロースである
負極板の製造方法。 It is a manufacturing method of the negative electrode plate according to claim 1,
The said thickener is a manufacturing method of the negative electrode plate which is carboxymethylcellulose.
前記負極板は、リチウムイオン二次電池に用いられる負極板であり、
前記負極活物質粒子は、リチウムイオンを挿入脱離可能な炭素材料からなる
負極板の製造方法。 It is a manufacturing method of the negative electrode plate according to claim 1 or 2,
The negative electrode plate is a negative electrode plate used for a lithium ion secondary battery,
The negative electrode active material particle is a method for producing a negative electrode plate made of a carbon material capable of inserting and releasing lithium ions.
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