JP2015153612A - 負極ペースト及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】塗工性の悪化及び密着強度の低下を抑制しつつ、高速乾燥可能な負極ペーストを提供すること。
【解決手段】本発明に係る負極ペーストの製造方法は、増粘剤と負極活物質とを溶媒とともに混練する工程を備えた、非水電解質二次電池用の負極ペーストの製造方法である。1質量%水溶液の粘度が5110mPa以上となる分子量を有する増粘剤を使用し、負極活物質に対する増粘剤の質量比を1/396〜1/198とすることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は負極ペースト及びその製造方法に関し、特に非水電解質二次電池用の負極ペースト及びその製造方法に関する。
リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出する正極および負極の間を、非水電解質中のリチウムイオンが移動することで充放電可能な非水電解質二次電池である。近年、大容量のリチウムイオン二次電池が、電気自動車(EV:Electric Vehicle)やプラグインハイブリッド自動車(PHV:Plug-in Hybrid Vehicle)にも搭載されるようになってきた。
このようなリチウムイオン二次電池用の正極及び負極は、いずれも集電体上に活物質層が形成された積層構造を有している。活物質層は、活物質、結着剤、増粘剤、及び溶媒などを含む正極ペーストもしくは負極ペーストを集電体上に塗布・乾燥した後、プレス加工することにより形成される。ここで、負極ペーストは、例えば活物質として黒鉛、結着剤としてスチレンブタジエンゴム(SBR)、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)、溶媒として水を含んでいる。
特許文献1には、負極活物質と1wt%水溶液の粘度が5000mPa・s以上10000mPa・s以下の第1増粘剤とを水に分散させ、その後に1wt%水溶液の粘度が1000mPa・s以上5000mPa・s未満の第2増粘剤を更に加えて分散させ、その後に結着剤を加えて分散させる負極ペーストの製造方法が開示されている。
特開2013−164905号公報
発明者は、特許文献1に開示された負極ペーストの製造方法に関し、以下の課題を見出した。なお、特許文献1に開示された発明は発明者によるものである。
上述の通り、製造した負極ペーストを集電体上に塗布・乾燥した後、プレス加工することにより、負極が形成される。ここで、負極の生産性向上の観点から、塗布した負極ペーストをより高速に乾燥できる方が好ましい。当然のことながら、高速乾燥を実現するには、負極ペーストの固形分率を上げる(すなわち溶媒である水の比率を下げる)必要がある。
特許文献1に開示された負極ペーストにおいて、単純に固形分率を上げた場合、負極ペーストの粘度が上昇する。この場合、特に高せん断速度領域における負極ペーストの粘度が上昇することに起因して、集電体上への負極ペーストの塗工性が悪化してしまう。
他方、この高せん断速度領域における粘度の上昇を抑制するため、負極ペーストを製造する際の混練工程におけるせん断力を高めると、低せん断速度領域における負極ペーストの粘度も低下するため、乾燥工程において負極ペースト内の結着剤が集電体との界面から表層側へ移動する現象(いわゆるマイグレーション)が発生し、集電体との密着強度が低下してしまう。図3は、結着剤のマイグレーションを模式的に示す断面図である。図3に示すように、集電体1上に塗布された正極ペースト2を表層側から熱風を当てて乾燥すると、溶媒の蒸発に伴い、正極ペースト2内の結着剤22が破線矢印で示すように活物質21同士の間隙を通過して集電体1との界面近傍から表層側へ移動する。なお、このマイグレーションは乾燥速度を高めることにより増進される。
本発明は、上記を鑑みなされたものであって、塗工性の悪化及び密着強度の低下を抑制しつつ、高速乾燥可能な負極ペーストを提供することを目的とする。
本発明に係る負極ペーストの製造方法は、
増粘剤と負極活物質とを溶媒とともに混練する工程を備えた、非水電解質二次電池用の負極ペーストの製造方法であって、
1質量%水溶液の粘度が5110mPa以上となる分子量を有する前記増粘剤を使用し、
前記負極活物質に対する前記増粘剤の質量比を1/396〜1/198とするものである。
このような構成により、塗工性の悪化及び密着強度の低下を抑制しつつ、高速乾燥が可能となる。
前記1質量%水溶液の粘度が15000mPa以下となる分子量を有する前記増粘剤を使用することが好ましい。このような構成により、増粘剤の溶媒への溶解性を良好に維持することができる。
また、前記増粘剤及び前記負極活物質を含む固形分の前記負極ペーストに占める比率を、60質量%以上とすることが好ましい。このような構成により、確実に高速乾燥できる。
前記増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを使用することが好ましい。
さらに、平均粒子径が45μm以下の前記増粘剤を使用することが好ましい。このような構成により、混練工程において付与するせん断力を低く抑え、負極活物質へのダメージを抑制することができる。
また、前記平均粒子径が5μm以上の前記増粘剤を使用することが好ましい。カルボキシメチルセルロースの凝集を抑制することができる。
本発明に係る負極ペーストは、
増粘剤と負極活物質とを含む、非水電解質二次電池用の負極ペーストであって、
前記増粘剤は、1質量%水溶液の粘度が5110mPa以上となる分子量を有し、
前記負極活物質に対する前記増粘剤の質量比が1/396〜1/198であるものである。
このような構成により、塗工性の悪化及び密着強度の低下を抑制しつつ、高速乾燥が可能となる。
前記増粘剤は、前記1質量%水溶液の粘度が15000mPa以下となる分子量を有することが好ましい。このような構成により、カルボキシメチルセルロースの溶媒への溶解性を良好に維持することができる。
また、前記増粘剤及び前記負極活物質を含む固形分の当該負極ペーストに占める比率が、60質量%以上であることが好ましい。このような構成により、確実に高速乾燥できる。
前記増粘剤がカルボキシメチルセルロースであることが好ましい。
本発明により、塗工性の悪化及び密着強度の低下を抑制しつつ、高速乾燥可能な負極ペーストを提供することができる。
CMCの分子量及び添加量を場合分けしたマトリクス図である。 負極ペーストの粘度のせん断速度依存性を示すグラフである。 結着剤のマイグレーションを模式的に示す断面図である。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
<リチウムイオン二次電池の製造方法>
最初に、本発明に係る負極ペーストを適用したリチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。
まず、負極活物質、結着剤、増粘剤、及び溶媒を含有する負極ペーストを、帯状の負極集電体の両面に塗布して乾燥させた後、プレス加工することにより、シート状の負極を形成する。
ここで、負極集電体としては、例えば銅やニッケルあるいはそれらの合金からなる金属箔が用いられる。
また、負極ペーストに含有される負極活物質としては、天然黒鉛粉末や、天然黒鉛粉末を非晶質炭素で被覆したアモルファスコートグラファイト粉末等が用いられる。
結着剤としては、例えばスチレンブタジエンゴム(SBR)が用いられる。
増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)が用いられる。
溶媒としては、例えば水が用いられる。
なお、本実施の形態に係る負極ペーストの詳細については後述する。
他方、正極活物質、導電材、結着剤、及び溶媒を含有する正極ペーストを、帯状の正極集電体の両面に塗布して乾燥させた後、プレス加工することにより、シート状の正極を形成する。
ここで、正極集電体としては、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属箔が用いられる。
また、正極ペーストに含有される正極活物質としては、例えばコバルト酸リチウム(LiCoO)、マンガン酸リチウム(LiMn)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)等が用いられる。また、LiCoO、LiMn、LiNiOを任意の割合で混合して焼成した材料を用いてもよい。組成の一例としては、例えば、これらの材料を等しい割合で混合したLiNi1/3Co1/3Mn1/3が挙げられる。
導電材としては、例えばアセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック等のカーボンブラックや黒鉛(グラファイト)が用いられる。
結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVdF)、スチレンブタジエンラバー(SBR)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が用いられる。
溶剤としては、例えばNMP(N−メチル−2−ピロリドン)溶液が用いられる。
次に、シート状のセパレータを介して上記正極及び負極を積層しながら捲回した後、側面方向から押しつぶすことにより、捲回電極体を形成する。
ここで、セパレータとしては、ポリエチレン膜、ポリオレフィン膜、ポリ塩化ビニル膜等の多孔質ポリマー膜、あるいはイオン導電性ポリマー電解質膜を使用することができる。これらの膜は、単独で使用してもよいし、組み合わせて使用してもよい。
最後に、電池ケースに捲回電極体を収容するとともに非水電解液を注入した後、電池ケースを封止することにより、リチウムイオン二次電池が得られる。
ここで、非水電解液は、非水溶媒に支持塩が含有された組成物である。非水溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等からなる群から選択された一種または二種以上の材料が用いられる。また、支持塩としては、例えばLiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO、LiCSO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiI等から選択される一種または二種以上のリチウム化合物(リチウム塩)が用いられる。
<負極ペースト>
次に、本発明の実施の形態に係る負極ペーストの詳細について説明する。上述の通り、本発明の実施の形態に係る負極ペーストは、活物質としてアモルファスコートグラファイト粉末、結着剤としてスチレンブタジエンゴム(SBR)、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)、溶媒として水を含んでいる。ここで、実施の形態に係る負極ペーストは、負極ペースト全体に占める固形分(活物質、結着剤、増粘剤)の割合(固形分率)が60質量%以上(つまり溶媒である水の割合が40質量%以下)であるため、高速乾燥することができる。
また、本発明の実施の形態に係る負極ペーストは、1質量%水溶液の粘度が5110mPa・s以上のCMCを、負極活物質に対する質量比にして1/396〜1/198だけ含有している。ここで、CMCの分子量が大きい程、CMCの1質量%水溶液の粘度も大きくなる。すなわち、本発明の実施の形態に係る負極ペーストは、1質量%水溶液の粘度が5110mPa・s以上となる程度に高い分子量のCMCを含有している。なお、CMCの1質量%水溶液の粘度は、BH型粘度計を用い、1〜30/sのせん断速度で測定した粘度である。
CMCの分子量が高く、1質量%水溶液の粘度が5110mPa・s以上であるため、低せん断速度領域における負極ペーストの粘度を高くすることができる。ここで、低せん断速度領域における負極ペーストの粘度は、負極ペースト中に浮遊する(活物質に吸着していない)CMCの分子量に主に依存すると考えられる。浮遊するCMCの分子量が大きい程、低せん断速度領域における負極ペーストの粘度は高くなる。その結果、乾燥工程において負極ペースト内の結着剤が集電体との界面から表層側へ移動する現象(いわゆるマイグレーション)が抑制され、負極ペーストの乾燥により形成される負極活物質層と集電体との密着強度の低下を抑制することができる。
但し、CMCの1質量%水溶液の粘度が15000mPa・sを超えると、溶媒である水への溶解性が悪化する。従って、1質量%水溶液の粘度は、15000mPa・s以下であることが好ましい。なお、現時点では、1質量%水溶液の粘度が10000mPa・sを超えると、CMCの製造が非常に難しくなる。そのため、1質量%水溶液の粘度が10000mPa・s以下であることがさらに好ましい。
負極活物質に対するCMCの質量比を1/198以下にすることにより、負極ペースト中に浮遊するCMCの量を減らし、高せん断速度領域における負極ペーストの粘度を低くすることができる。そのため、集電体上への負極ペーストの塗工性にも優れている。ここで、高せん断速度領域における負極ペーストの粘度は、負極ペースト中に浮遊するCMCの量(質量)に主に依存すると考えられる。浮遊するCMCの量が少ない程、低せん断速度領域における負極ペーストの粘度は低くなる。
負極活物質に対するCMCの質量比が1/198を超えると、負極ペースト中に浮遊するCMCの量が増加し、高せん断速度領域における負極ペーストの粘度が上昇する。そのため、集電体上への負極ペーストの塗工性が悪化してしまう。他方、負極活物質に対するCMCの質量比が1/396未満では、増粘剤としての効果が不充分となり、負極活物質が凝集したり、沈降したりするなどの問題が生じる。
このように、本発明の実施の形態に係る負極ペーストは、増粘剤であるCMCの1質量%水溶液の粘度が5110mPa・s以上であるため、低せん断速度領域における粘度が高く、マイグレーションによる密着強度の低下を抑制することができる。同時に、本発明の実施の形態に係る負極ペーストは、負極活物質に対するCMCの質量比が1/198以下であるため、高せん断速度領域における粘度が低く、集電体上への塗工性にも優れている。すなわち、本発明の実施の形態に係る負極ペーストは、塗工性の悪化及び密着強度の低下を抑制しつつ、高速乾燥が可能である。
添加するCMCの平均粒子径(50%粒子径)は、45μm以下であることが好ましい。これにより、混練工程において付与するせん断力を低く抑え、負極活物質へのダメージを抑制することができる。小径化によりCMCの比表面積が増大し、大きなせん断力を付与しなくてもCMCの湿潤及び溶解が速やかに進行するためである。他方、CMCの平均粒子径が5μm未満では、CMC粒子が凝集し、ハンドリングが悪化する。従って、添加するCMCの平均粒子径は、5μm以上であることが好ましい。なお、負極活物質へのダメージが大きくなると、製造する負極の耐久性が劣化してしまう。
本発明の実施の形態に係る負極ペーストでは、CMCの分子量を大きくする一方でCMCの添加量を少なくしている。この効果について、図1、2を参照してさらに説明する。図1は、CMCの分子量及び添加量を場合分けしたマトリクス図である。図2は、負極ペーストの粘度のせん断速度依存性を示すグラフである。
図1では、横軸においてCMCの分子量が「高い」と「低い」とに場合分けされ、縦軸においてCMCの添加量が「多い」と「少ない」とに場合分けされている。ここで、横軸におけるCMCの分子量が「高い」とは、負極活物質に対するCMCの1質量%水溶液の粘度が5110mPa・s以上であることを意味する。一方、CMCの分子量が「低い」とは、負極活物質に対するCMCの1質量%水溶液の粘度が5110mPa・s未満であることを意味する。
また、縦軸におけるCMCの添加量が「多い」とは、負極活物質に対するCMCの質量比が1/198を超えることを意味する。一方、CMCの添加量が「少ない」とは、負極活物質に対するCMCの質量比が1/198以下であることを意味する。図1では、理解を容易にするため、CMCの添加量を具体的な数値(単位:質量%)で示した。具体的には、CMCの添加量が「少ない」場合が、固形分(活物質、結着剤、増粘剤)におけるCMCの比率が0.3質量%である。この場合、負極活物質に対するCMCの質量比は1/141である。一方、CMCの添加量が「多い」場合が、固形分におけるCMCの比率が0.7質量%である。この場合、負極活物質に対するCMCの質量比は1/330である。
図1に示すように、分子量が「高い」かつ添加量が「多い」領域1では、添加量0.7質量%のCMCうち、0.5質量%が浮遊し、0.2質量%が活物質に吸着している。分子量が「低い」かつ添加量が「多い」領域2では、添加量0.7質量%のCMCうち、0.6質量%が浮遊し、0.1質量%が活物質に吸着している。分子量が「高い」かつ添加量が「少ない」領域3では、添加量0.3質量%のCMCうち、0.1質量%が浮遊し、0.2質量%が活物質に吸着している。分子量が「低い」かつ添加量が「低い」領域4では、添加量0.3質量%のCMCうち、0.2質量%が浮遊し、0.1質量%が活物質に吸着している。ここで、負極活物質へ吸着できるCMCの分子数は一定であるため、CMCの分子量が高い程、負極活物質へのCMCの吸着量を多くし、浮遊量を少なくすることができる。ここで、図1において太枠で囲んだ領域3が、本実施の形態に係る負極ペーストに該当する。なお、図1に示したCMCの浮遊量及び吸着量はおよその値である。
図2には、図1の領域1〜4に対応した負極ペーストの粘度のせん断速度依存性が示されている。図2に示したように、図1の領域1〜4に対応した負極ペーストは、せん断速度u2での粘度が等しくなるように、混練工程において加えるせん断力が調整されている。
ここで、せん断速度u2は1〜30/s程度であって、このせん断速度u2での粘度は負極ペーストの見かけの粘度である。本明細書では、このせん断速度u2を標準せん断速度という。また、図2において、マイグレーション特性の指標となる低せん断速度u1は例えば0.1/s程度であり、塗工性の指標となる高せん断速度u3は例えば10000/s程度である。
上述の通り、浮遊するCMCの分子量が大きい程、低せん断速度領域における負極ペーストの粘度は高くなり、浮遊するCMCの量が少ない程、高せん断速度領域における負極ペーストの粘度を低く抑えることができる。
ここで、図1に示した領域1及び領域3の負極ペーストを、仮に同じせん断力で混練した場合、低せん断速度u1における粘度は同等になり、高せん断速度u3における粘度については、領域1の負極ペーストの方が高くなる。そのため、標準せん断速度u2における粘度についても、領域1の負極ペーストの方が高くなる。そこで、図1に示すように、領域1の負極ペーストを領域3の負極ペーストよりも大きなせん断力で混練することにより、標準せん断速度u2での粘度を等しくする。
なお、領域1の負極ペーストは領域3の負極ペーストよりも大きなせん断力で混練されるため、領域1の負極ペーストではCMC分子の切断が進行する。そのため、混練後のCMCの分子量については、領域3の負極ペーストよりも領域1の負極ペーストの方が小さくなる。ここで、図1に図示されたCMCの長さは分子量に対応している。従って、図2に示すように、低せん断速度u1における粘度については、領域3の負極ペーストよりも領域1の負極ペーストの方が低くなる。
また、図1に示した領域2及び領域4の負極ペーストを、仮に同じせん断力で混練した場合、低せん断速度u1における粘度は同等になり、高せん断速度u3における粘度については、領域2の負極ペーストの方が低くなる。そのため、標準せん断速度u2における粘度についても、領域2の負極ペーストの方が低くなる。そこで、図1に示すように、領域4の負極ペーストを領域2の負極ペーストよりも小さなせん断力で混練することにより、標準せん断速度u2での粘度を等しくする。
なお、より小さなせん断力で混練するため、領域4の負極ペーストでは、CMC分子の切断が進行しない。そのため、混練後のCMCの分子量については、領域4の負極ペーストよりも領域2の負極ペーストの方が大きくなる。従って、図2に示すように、低せん断速度u1における粘度については、領域2の負極ペーストよりも領域4の負極ペーストの方が高くなる。
図2に示すように、浮遊するCMCの分子量が最も大きく、かつ、浮遊するCMCの量が最も少ない領域3の負極ペーストは、低せん断速度領域における粘度が最も高くなり、高せん断速度領域における粘度が最も低くなる。そのため、領域3の負極ペーストは、マイグレーションに起因する密着強度の低下を最も効果的に抑制可能であると同時に、集電体上への塗工性にも最も優れている。
<負極ペーストの製造方法>
次に、本発明の実施の形態に係る負極ペーストの製造方法について説明する。一例として、2軸混練押出機を用いた製造方法について説明する。連続式の2軸混練押出機を用いることにより、バッチ式の混練機を用いた製造方法よりも生産性を向上させることができる。当然のことながら、バッチ式の混練機を用いて負極ペーストを製造してもよい。
まず、負極活物質とCMCとの混合材料を連続的に2軸混練押出機の一端側に投入するとともに、1回目の水を注入し、固練りを行う。
その後、2軸混練押出機の中央部付近において2回目の水を注入し、希釈練りを行う。
最後に、2軸混練押出機の他端近傍において結着剤であるSBRを注入し、さらに混練することにより、負極ペーストが製造される。製造された負極ペーストは、2軸混練押出機の他端側から連続的に押し出される。
ここで、1回目及び2回目に注される水の合計量により、固形分率が決定される。また、1回目の水の注入量を調整することにより、混練工程において付与するせん断力を調整することができる。具体的には、1回目の水の注入量を少なくする程、せん断力が大きくなる。
以下、実施例、比較例を挙げて本実施の形態を詳細に説明する。しかしながら、本実施の形態は、以下の実施例のみに限定されるものではない。
表1に、全ての比較例1〜6及び実施例1〜9の試験条件及び結果を示す。
まず、比較例1〜6及び実施例1〜9に係る負極ペーストに共通の試験条件について説明する。
負極活物質にはアモルファスコートグラファイト(日立化成社製SMG)、結着剤にはSBR(JSR社製SB(スチレン・ブタジエン)ラテックス)、溶媒にはイオン交換水を使用した。
増粘剤には、表1に示すように、平均粒子径70μm、1質量%水溶液の粘度が7200mPa・sのCMC(第一工業製薬社製セロゲンBSH−12)、平均粒子径19μm、1質量%水溶液の粘度が7900mPa・sのCMC(日本製紙社製MAC800LC)、平均粒子径17μm、1質量%水溶液の粘度が1940mPa・sのCMC(日本製紙社製MAC200HC)、平均粒子径19μm、1質量%水溶液の粘度が5110mPa・sのCMC(日本製紙社製MAC500LC)、平均粒子径18μm、1質量%水溶液の粘度が4090mPa・sのCMC(日本製紙社製MAC350HC)のいずれかを使用した。
但し、実施例5〜8では、BSH−12とMAC800LCとを混合して用い、平均粒子径を変化させた。本実施例におけるCMCの平均粒子径は、日機装社製のマイクロトラック粒度分析計を用い、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶媒として測定した粒度分布における積算値50%での粒子径(いわゆる50%粒子径)である。
固形分における負極活物質とCMCの合計比率を99.3質量%、SBRの比率を0.7%に固定した上で、負極活物質とCMCとの比率を変化させた。
固形分率については、表1に示すように、比較例1、3のみ54%とし、それ以外については62%とした。
全ての負極ペーストについて、標準せん断速度u2=1.6/sにおける粘度が7000〜9000mPa・sの範囲内となるように、固練りにおける水分量及び混練時間を調整した。
Figure 2015153612
次に、表1に示した比較例1〜6及び実施例1〜8に係る負極ペーストの評価方法について説明する。
粘度については、アントンパール社製のレオメータを用いて測定した。せん断速度は、低せん断速度u1=0.1/s、標準せん断速度u2=1.6/s、高せん断速度u3=10000/sとした。
黒色度については、負極ペーストを希釈して遠心分離し、上澄み液の黒色度を吸光度測定器により測定した。混練による負極活物質へのダメージが大きい程、黒色度が大きくなる。17未満を良好(○)、18〜20を可(△)、21以上を不可(×)とした。
さらに、比較例1〜6及び実施例1〜8に係る負極ペーストをダイコータにより集電体である帯状の銅箔に塗布し、乾燥炉内を6秒間通過させることにより乾燥させた。
塗工性については、ダイコータにより塗工可能か否かを目視により判断し、スジが無いものを良好(○)、スジが有るものを不可(×)とした。
ピンホールなどの欠点の個数については、ヒューテック社製の欠点検査機を用いて、銅箔の単位長さ当たりの欠点個数を調査した。1m当たりの欠点個数が5個以下を良好(○)、6〜15個を可(△)、16個以上を不可(×)とした。
乾燥性については、乾燥炉から搬出された銅箔上の負極活物質層が乾燥しているか否かを目視により判断した。乾燥していれば良好(○)、乾燥していなければ不可(×)とした。
集電体と形成した活物質層との密着強度については、エー・アンド・ディ社製の密着強度測定器を用いて測定し、1.5N/m以上を良好(○)、1.5N/m未満を不可(×)とした。
次に、比較例1〜6及び実施例1〜8の個別の条件及び評価結果について説明する。
[比較例1]
平均粒子径17μm、1質量%水溶液の粘度が1940mPa・sのCMC(日本製紙社製MAC200HC)を用い、負極活物質に対するCMCの質量比を1/98とした。また、固形分率を54%とした。
比較例1に係る負極ペーストは、固形分率が54%と低いため、乾燥性に劣っていた。また、乾燥させた活物質層にも欠点が多い上、密着強度も小さかった。
[比較例2]
固形分率を62%とした以外は、比較例1と同様にした。
比較例1と比較して、固形分率の上昇とともに、高せん断速度u3での粘度が上昇し、塗工性が悪化した。負極活物質に対するCMCの質量比が高過ぎることが原因であると考えられる。
[比較例3]
平均粒子径70μm、1質量%水溶液の粘度が7200mPa・sのCMC(第一工業製薬社製セロゲンBSH−12)を用い、負極活物質に対するCMCの質量比を1/141とした。また、固形分率を54%とした。
比較例3に係る負極ペーストは、比較例1に係る負極ペーストと同様に固形分率が54%と低いため、乾燥性に劣っていた。また、乾燥させた活物質層にも欠点が多い上、密着強度も小さかった。
[比較例4]
固形分率を62%とした以外は、比較例3と同様にした。
比較例3と比較して、固形分率の上昇とともに、高せん断速度u3での粘度が上昇し、塗工性が悪化した。比較例2と同様に、負極活物質に対するCMCの質量比が高過ぎることが原因であると考えられる。
[比較例5]
平均粒子径19μm、1質量%水溶液の粘度が7900mPa・sのCMC(日本製紙社製MAC800LC)を用い、負極活物質に対するCMCの質量比を1/495とした。また、固形分率を62%とした。
負極活物質に対するCMCの質量比が低過ぎるため、負極活物質が凝集してしまい、塗工においてスジが発生した。
[比較例6]
平均粒子径18μm、1質量%水溶液の粘度が4090mPa・sのCMC(日本製紙社製MAC350HC)を用い、負極活物質に対するCMCの質量比を1/198とした。また、固形分率を62%とした。
高せん断速度u3での粘度が高く、塗工においてスジが発生した。なお、CMCの1質量%水溶液の粘度が低いため(低分子量であるため)、低せん断速度u1での粘度も低かった。
[実施例1]
負極活物質に対するCMCの質量比を1/198とした以外は、比較例4と同様にした。
比較例4と比較して、負極活物質に対するCMCの質量比を下げたことにより、高せん断速度u3での粘度が下がり、塗工性が改善された。また、低せん断速度u1での粘度も高いため、マイグレーションが抑制され、密着強度にも優れていた。
一方、CMCの平均粒子径が70μmと大きいため、欠点個数がやや多かった。さらに、CMCの平均粒子径が大きく、混練工程で付与するせん断力を大きくする必要があった。そのため、負極活物質にダメージが加わり、黒色度がやや高くなった。
[実施例2]
平均粒子径19μm、1質量%水溶液の粘度が7900mPa・sのCMC(日本製紙社製MAC800LC)を用いた以外は、実施例1と同様にした。
実施例1と同様に、塗工性及び密着強度に優れていた。
さらに、実施例1と比較して、CMCの平均粒子径が19μmと小さいため、欠点個数も少なかった。また、混練工程において付与するせん断力を低く抑え、負極活物質へのダメージを抑制することができるため、黒色度も低かった。
表1に示すように、実施例2については全ての評価項目について良好であった。
[実施例3]
負極活物質に対するCMCの質量比を1/330とした以外は、実施例2と同様にした。
実施例2と同様に、実施例3についても全ての評価項目について良好であった。
[実施例4]
負極活物質に対するCMCの質量比を1/396とした以外は、実施例2、3と同様にした。
実施例2、3と同様に、実施例4についても全ての評価項目について良好であった。
[実施例5]
CMCとしてBSH−12とMAC800LCとを混合して用い、平均粒子径を30μmとした以外は、実施例1と同様にした。
実施例1と同様に、塗工性及び密着強度に優れていた。
さらに、実施例1と比較して、CMCの平均粒子径が30μmと小さいため、欠点個数も少なかった。また、混練工程において付与するせん断力を低く抑え、負極活物質へのダメージを抑制することができるため、黒色度も低かった。
表1に示すように、実施例5についても全ての評価項目について良好であった。
[実施例6]
CMCとしてBSH−12とMAC800LCとを混合して用い、平均粒子径を41μmとした以外は、実施例5と同様にした。
実施例5と同様に、実施例6についても全ての評価項目について良好であった。
[実施例7]
CMCとしてBSH−12とMAC800LCとを混合して用い、平均粒子径を49μmとした以外は、実施例5と同様にした。
実施例5、6と同様に、塗工性及び密着強度に優れていた。
一方、実施例5、6に比べ、CMCの平均粒子径が49μmと大きいため、欠点個数がやや多かった。さらに、CMCの平均粒子径が大きく、混練工程で付与するせん断力を大きくする必要があった。そのため、負極活物質にダメージが加わり、黒色度がやや高くなった。
[実施例8]
CMCとしてBSH−12とMAC800LCとを混合して用い、平均粒子径を59μmとした以外は、実施例5と同様にした。
実施例5〜7と同様に、塗工性及び密着強度に優れていた。
一方、実施例7と同様に、実施例5、6に比べ、CMCの平均粒子径が59μmと大きいため、欠点個数がやや多かった。さらに、CMCの平均粒子径が大きく、混練工程で付与するせん断力を大きくする必要があった。そのため、負極活物質にダメージが加わり、黒色度がやや高くなった。
[実施例9]
平均粒子径19μm、1質量%水溶液の粘度が5110mPa・sのCMC(日本製紙社製MAC500LC)を用いた以外は、実施例1と同様にした。
実施例1と同様に、塗工性及び密着強度に優れていた。
さらに、実施例2と同様にCMCの平均粒子径が19μmと小さいため、欠点が検出されなかった。また、混練工程において付与するせん断力を低く抑え、負極活物質へのダメージを抑制することができるため、黒色度も低かった。
表1に示すように、実施例9については全ての評価項目について良好であった。但し、実施例2と比較すると、CMCの1質量%水溶液の粘度が低いため(低分子量であるため)、密着強度は若干低下した。
比較例1〜6及び実施例1〜9の結果から分かるように、増粘剤であるCMCの1質量%水溶液の粘度を5110mPa・s以上とし、かつ、負極活物質に対するCMCの質量比を1/396〜1/198とすることにより、低せん断速度領域における粘度が高く、高せん断速度領域における粘度が低い負極ペーストが得られた。このような負極ペーストは、マイグレーションによる密着強度の低下が抑制されるとともに集電体上への塗工性にも優れていた。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
1 集電体
2 正極ペースト
21 活物質
22 結着剤

Claims (10)

  1. 増粘剤と負極活物質とを溶媒とともに混練する工程を備えた、非水電解質二次電池用の負極ペーストの製造方法であって、
    1質量%水溶液の粘度が5110mPa以上となる分子量を有する前記増粘剤を使用し、
    前記負極活物質に対する前記増粘剤の質量比を1/396〜1/198とする、
    負極ペーストの製造方法。
  2. 前記1質量%水溶液の粘度が15000mPa以下となる分子量を有する前記増粘剤を使用する、
    請求項1に記載の負極ペーストの製造方法。
  3. 前記増粘剤及び前記負極活物質を含む固形分の前記負極ペーストに占める比率を、60質量%以上とする、
    請求項1又は2に記載の負極ペーストの製造方法。
  4. 前記増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを使用する、
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の負極ペーストの製造方法。
  5. 平均粒子径が45μm以下の前記増粘剤を使用する、
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の負極ペーストの製造方法。
  6. 前記平均粒子径が5μm以上の前記増粘剤を使用する、
    請求項5に記載の負極ペーストの製造方法。
  7. 増粘剤と負極活物質とを含む、非水電解質二次電池用の負極ペーストであって、
    前記増粘剤は、1質量%水溶液の粘度が5110mPa以上となる分子量を有し、
    前記負極活物質に対する前記増粘剤の質量比が1/396〜1/198である、
    負極ペースト。
  8. 前記増粘剤は、前記1質量%水溶液の粘度が15000mPa以下となる分子量を有する、
    請求項7に記載の負極ペースト。
  9. 前記増粘剤及び前記負極活物質を含む固形分の当該負極ペーストに占める比率が、60質量%以上である、
    請求項7又は8に記載の負極ペースト。
  10. 前記増粘剤がカルボキシメチルセルロースである、
    請求項7〜9のいずれか一項に記載の負極ペースト。
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