JP2015181090A - Method for manufacturing electrode - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an electrode which enables the achievement of a power storage device having a high energy density.SOLUTION: A method for manufacturing an electrode comprises the steps of: (A) obtaining a preliminary mixture by dry-blending conductive carbon resulting from oxidization of a carbon raw material with cavities, and particles of a first active material capable of working as a positive or negative electrode active material; (B) preparing an electrode material by dry-blending the preliminary mixture, and particles of a second active material capable of working as an active material of the same polarity as of that of the first active material particles and having an average particle diameter larger than that of the first active material particles; (C) preparing a slurry by blending the electrode material, a binder and a solvent; and (D) coating a collector with the slurry to form an active material layer, drying the solvent in the active material layer and then, applying a pressure to the material layer.

Description

本発明は、高いエネルギー密度を有する二次電池、電気二重層キャパシタ、レドックスキャパシタ及びハイブリッドキャパシタなどの蓄電デバイスを与える電極の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an electrode that provides an electricity storage device such as a secondary battery, an electric double layer capacitor, a redox capacitor, and a hybrid capacitor having a high energy density.

二次電池、電気二重層キャパシタ、レドックスキャパシタ及びハイブリッドキャパシタなどの蓄電デバイスは、携帯電話やノート型パソコンなどの情報機器の電源、電気自動車やハイブリッド自動車などの低公害車のモーター駆動電源やエネルギー回生システム等のために広く応用が検討されているデバイスであるが、これらの蓄電デバイスにおいて、高性能化、小型化の要請に答えるために、エネルギー密度の向上が望まれている。   Power storage devices such as secondary batteries, electric double layer capacitors, redox capacitors, and hybrid capacitors are used as power sources for information devices such as mobile phones and laptop computers, as well as motor drive power sources and energy regeneration for low-emission vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles. Although these devices are widely studied for systems and the like, in order to respond to the demand for higher performance and smaller size in these power storage devices, improvement in energy density is desired.

これらの蓄電デバイスでは、電解質(電解液を含む)中のイオンとの電子の授受を伴うファラデー反応或いは電子の授受を伴わない非ファラデー反応により容量を発現する電極活物質が、エネルギー貯蔵のために利用される。そして、これらの活物質は一般に導電剤との複合材料の形態で使用される。導電剤としては、通常、カーボンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンナノチューブ等の導電性カーボンが使用される。これらの導電性カーボンは、導電性の低い活物質と併用されて、複合材料に導電性を付与する役割を果たすが、これだけでなく、活物質の反応に伴う体積変化を吸収するマトリックスとしても作用し、また、活物質が機械的な損傷を受けても電子伝導パスを確保するという役割も果たす。   In these electricity storage devices, an electrode active material that develops a capacity by a Faraday reaction involving the exchange of electrons with ions in an electrolyte (including an electrolyte solution) or a non-Faraday reaction not involving the exchange of electrons is used for energy storage. Used. These active materials are generally used in the form of a composite material with a conductive agent. As the conductive agent, conductive carbon such as carbon black, natural graphite, artificial graphite, or carbon nanotube is usually used. These conductive carbons are used in combination with active materials with low electrical conductivity to play a role in imparting electrical conductivity to composite materials, but they also act as a matrix that absorbs volume changes associated with active material reactions. Moreover, even if the active material is mechanically damaged, it plays a role of securing an electron conduction path.

蓄電デバイスの電極は、通常、活物質及び導電性カーボンをポリフッ化ビニリデン等のバインダ及びN−メチルピロリドン等の溶媒と混合してスラリーを形成し、このスラリーを電極のための集電体上に塗布して活物質層を形成し、活物質層中の溶媒を乾燥させた後、活物質層に圧力を印加する工程を介して製造される。そして、この工程においてアセチレンブラック等の粒径の小さい導電性カーボンが好ましく使用されている。導電性カーボンは基本的に蓄電デバイスのエネルギー密度の向上に寄与しないため、高いエネルギー密度を有する蓄電デバイスを得るためには、単位体積あたりの導電性カーボン量を減少させて活物質量を増加させる必要があるが、活物質量の増加に連れて電極の導電性が低下するため、粒径の小さい導電性カーボンの使用により導電性低下の問題に対処するためである。   An electrode of an electricity storage device is usually formed by mixing an active material and conductive carbon with a binder such as polyvinylidene fluoride and a solvent such as N-methylpyrrolidone, and this slurry is placed on a current collector for the electrode. The active material layer is formed by coating, the solvent in the active material layer is dried, and then manufactured through a process of applying pressure to the active material layer. In this step, conductive carbon having a small particle diameter such as acetylene black is preferably used. Conductive carbon basically does not contribute to improvement of the energy density of the electricity storage device. Therefore, in order to obtain an electricity storage device having a high energy density, the amount of active material is increased by reducing the amount of conductive carbon per unit volume. Although it is necessary, since the conductivity of the electrode decreases as the amount of the active material increases, the use of conductive carbon having a small particle size is used to cope with the problem of the decrease in conductivity.

しかし、粒径の小さい導電性カーボンは、比表面積が大きくバインダ及び溶媒との馴染みが悪いため、導電性カーボンをバインダと溶媒との混合溶液に添加すると、導電性カーボンが混合溶液中で凝集した状態となり、導電性カーボンが均一に分散したスラリー及び電極が得られないという問題がある。そこで、特許文献1(特開2004−311423号公報)には、Ni及び/又はCoを含むリチウム遷移金属酸化物とリチウムマンガン酸化物と導電性カーボンとを含むスラリーを形成する際、リチウム遷移金属酸化物とリチウムマンガン化合物と導電性カーボンとを予め乾式混合し、得られた混合物をバインダを含む溶液中に添加する方法が示されている。この文献ではさらに、上述した方法ではリチウムマンガン酸化物が乾式混合の過程で微粉化して比表面積が増加し、高温保存特性が悪くなるという問題が発生するため、この問題を解決する方法として、リチウム遷移金属酸化物と導電性カーボンとを予め乾式混合し、得られた混合物とリチウムマンガン酸化物とをバインダを含む溶液中に添加し混合してスラリーを調製する方法、及び、リチウム遷移金属酸化物と導電性カーボンとリチウムマンガン酸化物とをリチウムマンガン酸化物の混合前後のBET比表面積の増加率が100%以下となる条件で乾式混合し、該混合物をバインダを含む溶液中に添加し混合してスラリーを調製する方法が提案されている。   However, since conductive carbon with a small particle size has a large specific surface area and is not familiar with the binder and the solvent, when the conductive carbon is added to the mixed solution of the binder and the solvent, the conductive carbon aggregates in the mixed solution. There is a problem that a slurry and an electrode in which conductive carbon is uniformly dispersed cannot be obtained. Therefore, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-31423), when forming a slurry containing a lithium transition metal oxide containing Ni and / or Co, a lithium manganese oxide, and conductive carbon, a lithium transition metal is used. A method is shown in which an oxide, a lithium manganese compound, and conductive carbon are dry-mixed in advance, and the resulting mixture is added to a solution containing a binder. Further, in this document, the above-described method causes a problem that lithium manganese oxide is pulverized in the process of dry mixing to increase the specific surface area and deteriorate high temperature storage characteristics. A method in which a transition metal oxide and conductive carbon are preliminarily dry mixed, and the resulting mixture and lithium manganese oxide are added to a solution containing a binder and mixed to prepare a slurry, and a lithium transition metal oxide And conductive carbon and lithium manganese oxide are dry-mixed under a condition that the increase rate of the BET specific surface area before and after mixing of lithium manganese oxide is 100% or less, and the mixture is added to a solution containing a binder and mixed. A method of preparing a slurry has been proposed.

特開2004−311423号公報JP 2004-31423 A

上述したように、高いエネルギー密度を有する蓄電デバイスを得るためには、単位体積あたりの導電性カーボン量を減少させて活物質量を増加させる必要があるが、粒径が小さい活物質粒子を電極のために用いると、単位重量当たりの活物質の粒子数及び比表面積が増大し、これに伴って各活物質粒子の表面に電気的導通を取るために導電性カーボンを増量させる必要があるため、エネルギー密度の点では不利である。また、粒径が小さい活物質粒子は凝集しやすく、導電性カーボンと均一に混合するのが困難である。そこで、μmオーダーの粒径を有する活物質粒子が使用されることが多い。   As described above, in order to obtain an electricity storage device having a high energy density, it is necessary to reduce the amount of conductive carbon per unit volume and increase the amount of active material, but active material particles having a small particle size are used as electrodes. When used for, the number of active material particles per unit weight and the specific surface area increase, and accordingly, it is necessary to increase the amount of conductive carbon in order to establish electrical conduction to the surface of each active material particle. It is disadvantageous in terms of energy density. Further, the active material particles having a small particle size are likely to aggregate and are difficult to uniformly mix with the conductive carbon. Therefore, active material particles having a particle size on the order of μm are often used.

しかし、蓄電デバイスにはエネルギー密度のさらなる向上が常に求められている。そこで、粒径が大きい活物質粒子に加えて、粒径が小さい活物質粒子を利用し、粒径が大きい活物質粒子の間に形成される空間に粒径が小さい活物質粒子を配置することができれば、上述の要請に答えることができると期待される。しかし、発明者らが、アセチレンブラック等の粒径の小さい導電性カーボンと、大小の活物質粒子とを用いて検討したところ、特許文献1に提案されている乾式混合を利用する方法によっても、粒径が小さい活物質粒子の凝集を十分に抑制することができず、満足のいく結果が得られなかった。   However, the energy storage device is always required to further improve the energy density. Therefore, in addition to the active material particles having a large particle size, active material particles having a small particle size are used, and the active material particles having a small particle size are disposed in a space formed between the active material particles having a large particle size. If it is possible, it is expected that the above request can be answered. However, when the inventors studied using conductive carbon having a small particle diameter such as acetylene black and large and small active material particles, the method using dry mixing proposed in Patent Document 1, Aggregation of active material particles having a small particle size could not be sufficiently suppressed, and satisfactory results were not obtained.

そこで、本発明の目的は、高いエネルギー密度を有する蓄電デバイスへと導く電極の製造方法を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electrode that leads to an electricity storage device having a high energy density.

発明者らは、鋭意検討した結果、空隙を有するカーボン原料を酸化処理して得られた導電性カーボンを使用した上で乾式混合を利用することにより、上記目的が達成されることを発見した。   As a result of intensive studies, the inventors have found that the above object can be achieved by using dry mixing after using conductive carbon obtained by oxidizing a carbon material having voids.

したがって、本発明は、蓄電デバイスの電極の製造方法であって、
(A)空隙を有するカーボン原料を酸化処理して得られた導電性カーボンと、正極活物質又は負極活物質として動作可能な第1の活物質の粒子と、を乾式混合して予備混合物を得る工程、
(B)上記予備混合物と、上記第1の活物質の粒子と同じ極の活物質として動作可能であり且つ上記第1の活物質の粒子の平均粒径より大きい平均粒径を有する第2の活物質の粒子と、を乾式混合して電極材料を調製する工程、
(C)上記電極材料と、バインダと、溶媒と、を混合してスラリーを調製する工程、及び、
(D)上記スラリーを集電体上に塗布して活物質層を形成し、該活物質層中の溶媒を乾燥させた後、上記活物質層に圧力を印加する工程
を含むことを特徴とする電極の製造方法に関する。
Therefore, the present invention is a method of manufacturing an electrode of an electricity storage device,
(A) Conductive carbon obtained by oxidizing a carbon material having voids and the first active material particles operable as a positive electrode active material or a negative electrode active material are dry-mixed to obtain a premix Process,
(B) a second mixture that can operate as an active material having the same polarity as the first active material particles and has an average particle size that is larger than the average particle size of the first active material particles; A step of dry mixing active material particles to prepare an electrode material;
(C) mixing the electrode material, a binder, and a solvent to prepare a slurry; and
(D) applying the slurry onto a current collector to form an active material layer, drying the solvent in the active material layer, and then applying pressure to the active material layer. The present invention relates to a method for manufacturing an electrode.

以下、相対的に小さな平均粒径を有する第1の活物質の粒子を「微小粒子」と表わし、相対的に大きな平均粒径を有する第2の活物質の粒子を「粗大粒子」と表わす。また、空隙を有するカーボン原料を酸化処理して得られた導電性カーボンを「酸化処理カーボン」と表わす。上記空隙には、多孔質炭素粉末の孔隙のほか、ケッチェンブラックの内部空孔、カーボンナノファイバやカーボンナノチューブのチューブ内空隙及びチューブ間空隙が含まれる。   Hereinafter, the particles of the first active material having a relatively small average particle diameter are represented as “fine particles”, and the particles of the second active material having a relatively large average particle diameter are represented as “coarse particles”. Further, conductive carbon obtained by oxidizing a carbon raw material having voids is referred to as “oxidized carbon”. In addition to the pores of the porous carbon powder, the voids include ketchen black internal voids, carbon nanofibers and carbon nanotubes, and intertube voids.

空隙を有するカーボン原料に酸化処理を施すと、粒子の表面から酸化され、カーボンにヒドロキシ基、カルボキシ基やエーテル結合が導入され、またカーボンの共役二重結合が酸化されて炭素単結合が生成し、部分的に炭素間結合が切断され、粒子表面に親水性に富む層が生成する。酸化処理カーボンは、従来の蓄電デバイスの電極において導電剤として使用されているアセチレンブラック等と比較して、活物質粒子の表面に付着しやすく、活物質粒子の平均粒径が小さくても、活物質粒子の表面に付着して活物質粒子の凝集を効果的に抑制する。その結果、上記(A)工程において、酸化処理カーボンと、微小粒子、好ましくは、0.01〜2μmの範囲の平均粒径を有する微小粒子、とを乾式混合すると、微小粒子の凝集が効果的に抑制されて、酸化処理カーボンに被覆された微小粒子が高分散状態で存在している予備混合物が得られる。また、酸化処理カーボンは粗大粒子の表面にも付着しやすく、粗大粒子の凝集をも効果的に抑制する。その結果、上記(B)工程において、酸化処理カーボンによって被覆された微小粒子を含む予備混合物と、粗大粒子、好ましくは、2μmより大きく25μm以下の平均粒径を有する粗大粒子とを乾式混合すると、酸化処理カーボンにより被覆された粗大粒子と微小粒子とが分散性良く且つ均一に混合されている電極材料が得られる。なお、活物質粒子の平均粒径は、光散乱粒度計を用いた粒度分布の測定における50%径(メディアン径)を意味する。   When the carbon raw material having voids is oxidized, it is oxidized from the surface of the particles, hydroxy groups, carboxy groups and ether bonds are introduced into the carbon, and conjugated double bonds of the carbon are oxidized to generate carbon single bonds. The carbon-carbon bond is partially broken, and a hydrophilic layer is formed on the particle surface. Oxidized carbon is more likely to adhere to the surface of active material particles compared to acetylene black or the like used as a conductive agent in electrodes of conventional power storage devices, and even if the average particle size of active material particles is small, It adheres to the surface of the material particles and effectively suppresses aggregation of the active material particles. As a result, when the oxidized carbon and fine particles, preferably fine particles having an average particle size in the range of 0.01 to 2 μm, are dry-mixed in the step (A), the aggregation of the fine particles is effective. Thus, a preliminary mixture in which fine particles coated with oxidized carbon are present in a highly dispersed state can be obtained. In addition, the oxidized carbon easily adheres to the surface of the coarse particles and effectively suppresses the aggregation of the coarse particles. As a result, in the step (B), when the dry mixture of the premix containing fine particles coated with oxidized carbon and coarse particles, preferably coarse particles having an average particle size of more than 2 μm and 25 μm or less, An electrode material in which coarse particles coated with oxidized carbon and fine particles are uniformly mixed is obtained. The average particle diameter of the active material particles means a 50% diameter (median diameter) in the measurement of particle size distribution using a light scattering particle size meter.

そして、上記(C)工程において、この電極材料を用いてスラリーを調製し、上記(D)工程において、集電体上に形成された活物質層に圧力を印加すると、電極材料において粗大粒子と微小粒子とが分散性良く且つ均一に混合されているため、粗大粒子の間に形成される空間に微小粒子が配置されやすくなる。その結果、高い電極密度を有する電極が得られ、蓄電デバイスのエネルギー密度の向上がもたらされる。   In the step (C), a slurry is prepared using this electrode material. In the step (D), when pressure is applied to the active material layer formed on the current collector, coarse particles and Since the fine particles are uniformly mixed with good dispersibility, the fine particles are easily arranged in the space formed between the coarse particles. As a result, an electrode having a high electrode density is obtained, and the energy density of the electricity storage device is improved.

上記(A)工程は、ビーズミル、ボールミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、ポットミル、メカノフュージョン複合化装置、ジェットミル及びプラネタリーミキサーから選択された装置を用いて行われるのが好ましく、これらの装置により活物質粒子と酸化処理カーボンとにメカノケミカル処理が施されるように乾式混合されるのがより好ましい。これらの装置の使用により、酸化処理カーボンによって微小粒子の表面がさらに広範囲に且つ均一に被覆され、微小粒子の凝集がさらに効果的に且つ均一に抑制されるため、電極密度がさらに向上する。また、得られた電極は優れたレート特性を示す。   The step (A) is preferably performed using an apparatus selected from a bead mill, a ball mill, a planetary ball mill, a vibrating ball mill, a pot mill, a mechano-fusion compounding apparatus, a jet mill and a planetary mixer. More preferably, the material particles and the oxidation-treated carbon are dry-mixed so that the mechanochemical treatment is performed. By using these apparatuses, the surface of the microparticles is more widely and uniformly coated with the oxidized carbon, and the aggregation of the microparticles is more effectively and uniformly suppressed, so that the electrode density is further improved. Further, the obtained electrode exhibits excellent rate characteristics.

上記(A)工程及び/又は(B)工程において、酸化処理カーボンより高い導電率を有する別の導電性カーボンをさらに乾式混合するのが好ましい。高い導電率を有する導電性カーボンの併用により、本発明の方法により得られる電極全体の導電性が向上するため、蓄電デバイスのエネルギー密度がさらに向上する。また、酸化処理カーボンが、併用された別の導電性カーボンの表面にも付着しやすく、別の導電性カーボンの凝集をも効果的に抑制するため、酸化処理カーボンと、微小粒子と、粗大粒子と、別の導電性カーボンとが分散性良く且つ均一に混合された電極材料が得られる。   In the step (A) and / or the step (B), it is preferable to further dry-mix another conductive carbon having a higher conductivity than the oxidized carbon. The combined use of conductive carbon having high conductivity improves the conductivity of the entire electrode obtained by the method of the present invention, so that the energy density of the electricity storage device is further improved. In addition, the oxidized carbon easily adheres to the surface of another conductive carbon used in combination, and effectively suppresses aggregation of the other conductive carbon. Thus, an electrode material in which another conductive carbon is uniformly mixed with good dispersibility is obtained.

本発明の電極の製造方法において、酸化処理カーボンが親水性部分を含み、親水性部分の含有量が酸化処理カーボン全体の10質量%以上であるのが好ましい。親水性部分の含有量は、酸化処理カーボン全体の12質量%以上30質量%以下であるのが特に好ましい。本発明において、酸化処理カーボンの「親水性部分」とは、以下の意味を有する。すなわち、pH11のアンモニア水溶液20mlに0.1gのカーボン原料を添加し、1分間の超音波照射を行ない、得られた液を5時間放置して固相部分を沈殿させる。沈殿せずにpH11のアンモニア水溶液に分散している部分が「親水性部分」である。また、親水性部分の酸化処理カーボン全体に対する含有量は、以下の方法により求められる。上記固相部分の沈殿後、上澄み液を除去した残余部分を乾燥させ、乾燥後の固体の重量を測定する。乾燥後の固体の重量を最初のカーボン原料の重量0.1gから差し引いた重量が、pH11のアンモニア水溶液に分散している「親水性部分」の重量である。そして、「親水性部分」の重量の最初のカーボン原料の重量0.1gに対する重量比が、酸化処理カーボンにおける「親水性部分」の含有量である。従来の蓄電デバイスの電極において導電剤として使用されているアセチレンブラック等の導電性カーボンにおける親水性部分の割合は全体の5質量%以下である。   In the method for producing an electrode of the present invention, it is preferable that the oxidized carbon contains a hydrophilic portion, and the content of the hydrophilic portion is 10% by mass or more of the entire oxidized carbon. The content of the hydrophilic portion is particularly preferably 12% by mass or more and 30% by mass or less of the entire oxidized carbon. In the present invention, the “hydrophilic portion” of the oxidized carbon has the following meaning. That is, 0.1 g of a carbon raw material is added to 20 ml of an aqueous ammonia solution of pH 11, and ultrasonic irradiation is performed for 1 minute, and the obtained liquid is left for 5 hours to precipitate a solid phase portion. A portion that is not precipitated but is dispersed in an aqueous ammonia solution having a pH of 11 is a “hydrophilic portion”. Moreover, content with respect to the whole oxidation treatment carbon of a hydrophilic part is calculated | required with the following method. After precipitation of the solid phase part, the remaining part from which the supernatant has been removed is dried, and the weight of the solid after drying is measured. The weight obtained by subtracting the weight of the solid after drying from the weight of 0.1 g of the first carbon raw material is the weight of the “hydrophilic portion” dispersed in the aqueous ammonia solution at pH 11. The weight ratio of the weight of the “hydrophilic portion” to the weight of 0.1 g of the first carbon raw material is the content of the “hydrophilic portion” in the oxidized carbon. The ratio of the hydrophilic portion in the conductive carbon such as acetylene black used as the conductive agent in the electrode of the conventional power storage device is 5% by mass or less.

上述したように、空隙を有するカーボン原料に酸化処理を施すと、粒子の表面から酸化され、粒子表面に親水性部分が生成する。酸化処理の強度を強めていくと、カーボン粒子における親水性部分の割合が増加して親水性部分が酸化処理カーボン全体の10質量%以上を占めるようになり、この親水性部分を介して粒子が凝集するようになる。   As described above, when the carbon raw material having voids is oxidized, it is oxidized from the surface of the particles, and a hydrophilic portion is generated on the particle surface. As the strength of the oxidation treatment is increased, the ratio of the hydrophilic portion in the carbon particles increases so that the hydrophilic portion occupies 10% by mass or more of the entire oxidation treatment carbon, and the particles are passed through the hydrophilic portion. Aggregates.

図1は、このような凝集体に圧力を加えた場合の凝集体の変化をモデル的に示した図である。図1の上の図に示すような親水性部分を介して凝集した凝集体に圧力を加えていくと、脆弱な親水性部分が圧力に耐えられなくなり、図1の中央の図に示すように凝集体が圧壊する。さらに圧力を増加させると、カーボン粒子の表面の親水性部分だけでなく粒子中央の非酸化部分も変形し或いは部分的に断裂されて、凝集体全体が圧縮される。しかし、圧縮されてもカーボン粒子の親水性部分がバインダとなって、図1の下の図に示すように、カーボン粒子の非酸化部分と親水性部分とが一体となって糊状に広がる。そして、糊状に広がったカーボンは極めて緻密に圧縮されている。なお、「糊状」とは、倍率25000倍で撮影したSEM写真において、カーボン一次粒子の粒界が認められず、非粒子状の不定形なカーボンがつながっている状態を意味する。   FIG. 1 is a model diagram showing changes in aggregates when pressure is applied to such aggregates. When pressure is applied to the aggregate aggregated through the hydrophilic portion as shown in the upper diagram of FIG. 1, the fragile hydrophilic portion cannot withstand the pressure, as shown in the center diagram of FIG. Aggregates collapse. When the pressure is further increased, not only the hydrophilic portion on the surface of the carbon particles but also the non-oxidized portion at the center of the particle is deformed or partially broken, and the whole aggregate is compressed. However, even when compressed, the hydrophilic portion of the carbon particles becomes a binder, and the non-oxidized portion and the hydrophilic portion of the carbon particles are integrated into a paste as shown in the lower diagram of FIG. And the carbon which spreads in paste form is compressed very densely. The “glue-like” means a state where grain boundaries of primary carbon particles are not recognized and non-particulate amorphous carbon is connected in an SEM photograph taken at a magnification of 25000 times.

全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンは、活物質の表面にさらに付着しやすく、また、圧力を受けると一体的に圧縮されて糊状に広がり、ばらばらになりにくいという特徴を有する。そのため、上記(A)工程において全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンと微小粒子とを乾式混合すると、混合の過程で酸化処理カーボンが柔軟に変形しながら微小粒子の表面に付着するため、酸化処理カーボンの付着性及び付着の均一性が増し、微小粒子の凝集がさらに効果的に抑制される。続く上記(B)工程において予備混合物と粗大粒子とを乾式混合すると、混合の過程で粗大粒子から酸化処理カーボンに及ぼされる圧力により、酸化処理カーボンの少なくとも一部が粗大粒子及び微小粒子の表面に糊状に広がって粗大粒子及び微小粒子の表面を広く覆う。そして、この電極材料を用いて上記(C)(D)工程を介して集電体上に形成された活物質層に圧力を加えていくと、図1の下の図に示すように酸化処理カーボンの大部分或いは全部がさらに糊状に広がって活物質粒子の表面を覆いながら緻密化し、粗大粒子が互いに接近し、これに伴って酸化処理カーボンが活物質粒子の表面を覆いながら隣り合う粗大粒子の間に形成される間隙部に微小粒子と共に押し出されて緻密に充填される。そのため、電極における単位体積あたりの活物質量がさらに増加し、電極密度がさらに増加し、蓄電デバイスのエネルギー密度が大幅に向上する。また、全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンを含む活物質層を有する電極では、活物質層中の活物質粒子の表面の大部分或いは全部が緻密で糊状に広がった酸化処理カーボンにより被覆されている。そのためであると考えられるが、この好ましい電極を用いて蓄電デバイスを構成すると、蓄電デバイス中の電解液に対する活物質の溶解が大幅に抑制される。   Oxidized carbon containing 10% by mass or more of the hydrophilic portion as a whole is more likely to adhere to the surface of the active material, and when subjected to pressure, it is integrally compressed and spreads into a paste and is not easily separated. Have Therefore, when the oxidized carbon containing the hydrophilic portion of 10% by mass or more and the fine particles are dry-mixed in the step (A), the oxidized carbon is flexibly deformed in the process of mixing and is formed on the surface of the fine particles. Adhesion increases the adhesion and uniformity of the oxidized carbon, and more effectively suppresses the aggregation of fine particles. When the preliminary mixture and coarse particles are dry-mixed in the subsequent step (B), at least a portion of the oxidized carbon is brought to the surface of the coarse particles and fine particles by the pressure exerted on the oxidized carbon from the coarse particles during the mixing process. It spreads like a paste and covers the surface of coarse particles and fine particles. Then, when pressure is applied to the active material layer formed on the current collector through the steps (C) and (D) using this electrode material, an oxidation treatment is performed as shown in the lower diagram of FIG. Most or all of the carbon spreads further into a paste and becomes dense while covering the surface of the active material particles, the coarse particles approach each other, and along with this, the oxidized carbon covers the surface of the active material particles and the adjacent coarse particles The gaps formed between the particles are extruded together with the fine particles and are densely filled. Therefore, the amount of active material per unit volume in the electrode further increases, the electrode density further increases, and the energy density of the electricity storage device is greatly improved. In addition, in the electrode having an active material layer containing oxidized carbon containing 10% by mass or more of the hydrophilic portion as a whole, most or all of the surface of the active material particles in the active material layer spreads in a dense and paste-like manner. It is covered with oxidized carbon. This is considered to be because, when the electricity storage device is configured using this preferable electrode, the dissolution of the active material in the electrolytic solution in the electricity storage device is significantly suppressed.

本発明の電極の製造方法では、酸化処理カーボンが微小粒子及び粗大粒子の表面に付着しやすいため、上記(A)工程の乾式混合において、微小粒子の凝集が効果的に抑制され、酸化処理カーボンに被覆された微小粒子が高分散状態で存在している予備混合物が得られ、続く上記(B)工程の乾式混合において、酸化処理カーボンにより被覆された粗大粒子と微小粒子とが分散性良く且つ均一に混合されている電極材料が得られる。そして、この電極材料を用いて上記(C)(D)工程を介して集電体上に形成された活物質層に圧力を印加すると、電極材料において酸化処理カーボンにより被覆された粗大粒子と微小粒子が分散性良く混合されているため、粗大粒子の間に形成される空間に微小粒子が配置されやすくなる。その結果、高い電極密度を有する電極が得られ、蓄電デバイスのエネルギー密度の向上がもたらされる。   In the electrode manufacturing method of the present invention, the oxidized carbon easily adheres to the surfaces of the fine particles and the coarse particles. Therefore, in the dry mixing in the step (A), the aggregation of the fine particles is effectively suppressed, and the oxidized carbon is obtained. In the subsequent dry mixing in the step (B), coarse particles and fine particles coated with oxidized carbon have good dispersibility, and a premixture in which fine particles coated on the surface are present in a highly dispersed state is obtained. An electrode material that is uniformly mixed is obtained. When pressure is applied to the active material layer formed on the current collector through the steps (C) and (D) using this electrode material, coarse particles and fine particles covered with oxidized carbon in the electrode material are applied. Since the particles are mixed with good dispersibility, the fine particles are easily arranged in the space formed between the coarse particles. As a result, an electrode having a high electrode density is obtained, and the energy density of the electricity storage device is improved.

全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンの凝集体に圧力が印加された場合の凝集体の変化をモデル的に示した図である。It is the figure which showed the change of the aggregate when a pressure is applied to the aggregate of the oxidation process carbon containing the hydrophilic part of 10 mass% or more of the whole. 微小粒子とカーボンとの乾式混合により得られた混合物についての倍率50000倍のSEM写真であり、(1)は微小粒子とアセチレンブラックとを乳鉢を用いて乾式混合して得られた混合物のSEM写真を、(2)は微小粒子と酸化処理カーボンとを乳鉢を用いて乾式混合して得られた混合物のSEM写真を、(3)は微小粒子と酸化処理カーボンとを振動ボールミルを用いて乾式混合して得られた混合物のSEM写真を、それぞれ示している。It is a SEM photograph of magnification 50000 times about the mixture obtained by dry mixing of microparticles and carbon, (1) is the SEM photograph of the mixture obtained by dry-mixing microparticles and acetylene black using a mortar. (2) is an SEM photograph of a mixture obtained by dry mixing fine particles and oxidized carbon using a mortar, and (3) is dry mixed using fine particles and oxidized carbon using a vibrating ball mill. The SEM photograph of the mixture obtained in this way is shown respectively. 粗大粒子とカーボンとの乾式混合により得られた混合物についての倍率100000倍のSEM写真であり、(1)は粗大粒子とアセチレンブラックとの混合物のSEM写真を、(2)は粗大粒子とアセチレンブラックと酸化処理カーボンとの混合物のSEM写真を、(3)は粗大粒子と酸化処理カーボンとの混合物のSEM写真を、それぞれ示している。It is a SEM photograph of magnification 100000 times about the mixture obtained by dry mixing of coarse particles and carbon, (1) is a SEM photograph of a mixture of coarse particles and acetylene black, (2) is coarse particles and acetylene black. (3) shows an SEM photograph of a mixture of coarse particles and oxidized carbon, respectively. 酸化処理カーボンと微小粒子との乾式混合を乳鉢を用いて行なった後に粗大粒子と混合した電極材料を用いて得た電極、及び、酸化処理カーボンと微小粒子との乾式混合を振動ボールミルを用いて行なった後に粗大粒子と混合した電極材料を用いて得た電極、のそれぞれについてレート特性を比較した結果を示した図である。An electrode obtained by using an electrode material mixed with coarse particles after dry mixing of oxidized carbon and fine particles using a mortar, and dry mixing of oxidized carbon and fine particles using a vibrating ball mill It is the figure which showed the result of having compared the rate characteristic about each of the electrode obtained using the electrode material mixed with the coarse particle after performing.

まず、酸化処理カーボンの製造について説明し、次いで本発明の電極の製造方法について説明する。   First, the production of oxidized carbon will be explained, and then the production method of the electrode of the present invention will be explained.

(1)酸化処理カーボンの製造
酸化処理カーボンは、カーボン原料として、多孔質炭素粉末、ケッチェンブラック、カーボンナノファイバ及びカーボンナノチューブのような空隙を有するカーボンを用いて製造される。このようなカーボン原料としては、ケッチェンブラックが好ましい。中実のカーボンを原料として酸化処理を行っても、活物質粒子の表面に付着しやすく活物質の凝集を効果的に抑制するカーボンは得られにくい。
(1) Production of oxidation-treated carbon Oxidation-treated carbon is produced using carbon having voids such as porous carbon powder, ketjen black, carbon nanofibers, and carbon nanotubes as a carbon raw material. As such a carbon raw material, ketjen black is preferable. Even if the oxidation treatment is performed using solid carbon as a raw material, it is difficult to obtain carbon that easily adheres to the surface of the active material particles and effectively suppresses aggregation of the active material.

空隙を有するカーボンの酸化処理のためには、公知の酸化方法を特に限定なく使用することができる。例えば、酸又は過酸化水素の溶液中でカーボン原料を処理することにより、酸化処理カーボンを得ることができる。酸としては、硝酸、硝酸硫酸混合物、次亜塩素酸水溶液等を使用することができる。また、カーボン原料を酸素含有雰囲気、水蒸気、二酸化炭素中で加熱することにより、酸化処理カーボンを得ることができる。さらに、カーボン原料の酸素含有雰囲気中でのプラズマ処理、紫外線照射、コロナ放電処理、グロー放電処理により、酸化処理カーボンを得ることができる。   For the oxidation treatment of carbon having voids, a known oxidation method can be used without any particular limitation. For example, the oxidized carbon can be obtained by treating the carbon raw material in an acid or hydrogen peroxide solution. As the acid, nitric acid, a nitric acid-sulfuric acid mixture, a hypochlorous acid aqueous solution, or the like can be used. Moreover, oxidation-treated carbon can be obtained by heating the carbon raw material in an oxygen-containing atmosphere, water vapor, or carbon dioxide. Furthermore, oxidized carbon can be obtained by plasma treatment, ultraviolet irradiation, corona discharge treatment, and glow discharge treatment in an oxygen-containing atmosphere of the carbon raw material.

空隙を有するカーボン原料に酸化処理を施すと、粒子の表面から酸化され、カーボンにヒドロキシ基、カルボキシ基やエーテル結合が導入され、またカーボンの共役二重結合が酸化されて炭素単結合が生成し、部分的に炭素間結合が切断され、粒子表面に親水性層が生成する。このような親水性層を有する酸化処理カーボンは、活物質粒子の表面に付着しやすく、活物質粒子の凝集を効果的に抑制する。   When the carbon raw material having voids is oxidized, it is oxidized from the surface of the particles, hydroxy groups, carboxy groups and ether bonds are introduced into the carbon, and conjugated double bonds of the carbon are oxidized to generate carbon single bonds. The carbon-carbon bond is partially broken, and a hydrophilic layer is formed on the particle surface. Oxidized carbon having such a hydrophilic layer easily adheres to the surface of the active material particles, and effectively suppresses aggregation of the active material particles.

酸化処理カーボンが親水性部分を含み、該親水性部分の含有量が酸化処理カーボン全体の10質量%以上であるのが好ましい。親水性部分の含有量が全体の12質量%以上30質量%以下であるのが特に好ましい。酸化処理の強度を強めていくと、カーボン粒子における親水性部分の割合が増加し、親水性部分が酸化処理カーボン全体の10質量%以上を占めるようになる。このようになった酸化処理カーボンは、活物質の表面にさらに付着しやすく、また、圧力を受けると一体的に圧縮されて糊状に広がり、ばらばらになりにくいという特徴を有する。また、(A)〜(D)工程を介して形成された電極において、特に高い電極密度を有する電極が得られ、この電極を備えた蓄電デバイスのエネルギー密度が大幅に向上する。また、活物質中の活物質粒子の表面の略全体がこの親水性部分を多く含む酸化処理カーボンにより被覆されているためであると考えられるが、蓄電デバイスの電解液に対する活物質の溶解が大幅に抑制される。   It is preferable that the oxidation-treated carbon includes a hydrophilic portion, and the content of the hydrophilic portion is 10% by mass or more of the entire oxidation-treated carbon. It is particularly preferable that the content of the hydrophilic portion is 12% by mass or more and 30% by mass or less of the whole. As the strength of the oxidation treatment is increased, the proportion of the hydrophilic portion in the carbon particles increases, and the hydrophilic portion occupies 10% by mass or more of the entire oxidation-treated carbon. The oxidized carbon thus formed has a feature that it is more likely to adhere to the surface of the active material, and is compressed integrally when spread under pressure, spreads in a paste form, and does not easily fall apart. Moreover, in the electrode formed through the steps (A) to (D), an electrode having a particularly high electrode density is obtained, and the energy density of the electricity storage device including this electrode is greatly improved. In addition, it is considered that almost the entire surface of the active material particles in the active material is covered with the oxidized carbon containing a large amount of the hydrophilic portion, but the active material is greatly dissolved in the electrolytic solution of the electricity storage device. To be suppressed.

全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンは、
(a1)空隙を有するカーボン原料を酸で処理する工程、
(b1)酸処理後の生成物と遷移金属化合物とを混合する工程、
(c1)得られた混合物を粉砕し、メカノケミカル反応を生じさせる工程、
(d1)メカノケミカル反応後の生成物を非酸化雰囲気中で加熱する工程、及び、
(e1)加熱後の生成物から、上記遷移金属化合物及び/又はその反応生成物を除去する工程
を含む第1の製造方法によって、好適に得ることができる。
The oxidized carbon containing 10% by mass or more of the hydrophilic part of the whole
(A1) a step of treating the carbon material having voids with an acid,
(B1) a step of mixing the product after the acid treatment and the transition metal compound,
(C1) pulverizing the obtained mixture to cause a mechanochemical reaction;
(D1) a step of heating the product after the mechanochemical reaction in a non-oxidizing atmosphere, and
(E1) It can obtain suitably by the 1st manufacturing method including the process of removing the said transition metal compound and / or its reaction product from the product after a heating.

第1の製造方法では、カーボン原料として、多孔質炭素粉末、ケッチェンブラック、カーボンナノファイバ及びカーボンナノチューブのような空隙を有するカーボンが使用される。このようなカーボン原料としては、ケッチェンブラックが好ましい。中実のカーボンを原料として使用し、第1の製造方法と同様の処理を行っても、全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンを得ることは困難である。   In the first production method, carbon having voids such as porous carbon powder, ketjen black, carbon nanofibers, and carbon nanotubes is used as a carbon raw material. As such a carbon raw material, ketjen black is preferable. Even if solid carbon is used as a raw material and the same treatment as that in the first production method is performed, it is difficult to obtain oxidized carbon containing 10% by mass or more of the hydrophilic portion of the whole.

(a1)工程では、上記カーボン原料を酸に浸漬して放置する。この浸漬の際に超音波を照射しても良い。酸としては、硝酸、硝酸硫酸混合物、次亜塩素酸水溶液等のカーボンの酸化処理に通常使用される酸を使用することができる。浸漬時間は酸の濃度や処理されるカーボン原料の量などに依存するが、一般に5分〜5時間の範囲である。酸処理後のカーボンを十分に水洗し、乾燥した後、(b1)工程において遷移金属化合物と混合する。   In the step (a1), the carbon raw material is immersed in an acid and left standing. You may irradiate an ultrasonic wave in the case of this immersion. As the acid, it is possible to use acids usually used for the oxidation treatment of carbon, such as nitric acid, a nitric acid-sulfuric acid mixture, and a hypochlorous acid aqueous solution. The soaking time depends on the acid concentration and the amount of the carbon raw material to be treated, but is generally in the range of 5 minutes to 5 hours. The acid-treated carbon is sufficiently washed with water and dried, and then mixed with the transition metal compound in the step (b1).

(b1)工程においてカーボン原料に添加される遷移金属化合物としては、遷移金属のハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩等の無機金属塩、ギ酸塩、酢酸塩、蓚酸塩、メトキシド、エトキシド、イソプロポキシド等の有機金属塩、或いはこれらの混合物を使用することができる。これらの化合物は、単独で使用しても良く、2種以上を混合して使用しても良い。異なる遷移金属を含む化合物を所定量で混合して使用しても良い。また、反応に悪影響を与えない限り、遷移金属化合物以外の化合物、例えば、アルカリ金属化合物を共に添加しても良い。酸化処理カーボンは、蓄電デバイスの電極の製造において、活物質粒子と混合されて使用されることから、活物質を構成する元素の化合物をカーボン原料に添加すると、活物質に対して不純物となりうる元素の混入を防止することができるため好ましい。   The transition metal compound added to the carbon raw material in the step (b1) includes transition metal halides, nitrates, sulfates, carbonates and other inorganic metal salts, formate salts, acetate salts, oxalate salts, methoxides, ethoxides, isoforms. An organic metal salt such as propoxide or a mixture thereof can be used. These compounds may be used alone or in combination of two or more. You may mix and use the compound containing a different transition metal by predetermined amount. Moreover, as long as the reaction is not adversely affected, a compound other than the transition metal compound, for example, an alkali metal compound may be added together. Oxidized carbon is used by being mixed with active material particles in the production of electrodes for power storage devices. Therefore, when a compound of elements constituting the active material is added to the carbon raw material, an element that can be an impurity with respect to the active material It is preferable because it can prevent contamination of the material.

(c1)工程では、(b1)工程で得られた混合物を粉砕し、メカノケミカル反応を生じさせる。この反応のための粉砕機の例としては、ライカイ器、ボールミル、ビーズミル、ロッドミル、ローラミル、攪拌ミル、遊星ミル、振動ミル、ハイブリダイザー、メカノケミカル複合化装置及びジェットミルを挙げることができる。粉砕時間は、使用する粉砕機や処理されるカーボンの量などに依存し、厳密な制限が無いが、一般には5分〜3時間の範囲である。(d1)工程は、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気などの非酸化雰囲気中で行われる。加熱温度及び加熱時間は使用される遷移金属化合物に応じて適宜選択される。続く(e1)工程において、加熱後の生成物から遷移金属化合物及び/又はその反応生成物を酸で溶解する等の手段により除去した後、十分に洗浄し、乾燥することにより、全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンを得ることができる。   In step (c1), the mixture obtained in step (b1) is pulverized to cause a mechanochemical reaction. Examples of a pulverizer for this reaction include a lyker, ball mill, bead mill, rod mill, roller mill, stirring mill, planetary mill, vibration mill, hybridizer, mechanochemical compounding apparatus, and jet mill. The pulverization time depends on the pulverizer to be used, the amount of carbon to be treated, and the like, and is not strictly limited, but is generally in the range of 5 minutes to 3 hours. The step (d1) is performed in a non-oxidizing atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere. The heating temperature and the heating time are appropriately selected according to the transition metal compound used. In the subsequent step (e1), the transition metal compound and / or the reaction product thereof is removed from the heated product by means such as dissolution with an acid, and then washed thoroughly and dried to obtain a total of 10 masses. It is possible to obtain oxidized carbon containing at least% hydrophilic portion.

第1の製造方法では、(c1)工程において、遷移金属化合物がメカノケミカル反応によりカーボン原料の酸化を促進するように作用し、カーボン原料の酸化が迅速に進む。この酸化によって、全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンが得られる。   In the first production method, in the step (c1), the transition metal compound acts so as to promote the oxidation of the carbon raw material by a mechanochemical reaction, and the oxidation of the carbon raw material proceeds rapidly. By this oxidation, oxidized carbon containing 10% by mass or more of the hydrophilic portion is obtained.

全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンはまた、
(a2)空隙を有するカーボン原料と遷移金属化合物とを混合する工程、
(b2)得られた混合物を酸化雰囲気中で加熱する工程、及び、
(c2)加熱後の生成物から、上記遷移金属化合物及び/又はその反応生成物を除去する工程
を含む第2の製造方法によっても、好適に得ることができる。
Oxidized carbon containing 10% by weight or more of the total hydrophilic portion is also
(A2) a step of mixing a carbon raw material having voids and a transition metal compound,
(B2) heating the resulting mixture in an oxidizing atmosphere; and
(C2) The second production method including the step of removing the transition metal compound and / or the reaction product thereof from the heated product can also be suitably obtained.

第2の製造方法でも、カーボン原料として、多孔質炭素粉末、ケッチェンブラック、カーボンナノファイバ及びカーボンナノチューブのような空隙を有するカーボンが使用される。このようなカーボン原料としては、ケッチェンブラックが好ましい。中実のカーボンを原料として使用し、第2の製造方法と同様の処理を行っても、全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンを得ることは困難である。   Also in the second manufacturing method, carbon having voids such as porous carbon powder, ketjen black, carbon nanofiber, and carbon nanotube is used as the carbon raw material. As such a carbon raw material, ketjen black is preferable. Even if solid carbon is used as a raw material and the same treatment as in the second production method is performed, it is difficult to obtain an oxidized carbon containing a hydrophilic portion of 10% by mass or more of the whole.

(a2)工程においてカーボン原料に添加される遷移金属化合物としては、遷移金属のハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩等の無機金属塩、ギ酸塩、酢酸塩、蓚酸塩、メトキシド、エトキシド、イソプロポキシド等の有機金属塩、或いはこれらの混合物を使用することができる。これらの化合物は、単独で使用しても良く、2種以上を混合して使用しても良い。異なる金属を含む化合物を所定量で混合して使用しても良い。また、反応に悪影響を与えない限り、遷移金属化合物以外の化合物、例えば、アルカリ金属化合物を共に添加しても良い。酸化処理カーボンは、蓄電デバイスの電極の製造において活物質粒子と混合されて使用されることから、活物質を構成する元素の化合物をカーボン原料に添加すると、活物質に対して不純物となりうる元素の混入を防止することができるため好ましい。   Examples of the transition metal compound added to the carbon raw material in the step (a2) include transition metal halides, nitrates, sulfates, carbonates, and other inorganic metal salts, formate salts, acetate salts, oxalate salts, methoxides, ethoxides, isoforms. An organic metal salt such as propoxide or a mixture thereof can be used. These compounds may be used alone or in combination of two or more. You may mix and use the compound containing a different metal by predetermined amount. Moreover, as long as the reaction is not adversely affected, a compound other than the transition metal compound, for example, an alkali metal compound may be added together. Oxidized carbon is used by mixing with active material particles in the manufacture of electrodes for power storage devices. Therefore, when a compound of an element constituting the active material is added to the carbon raw material, an element that can be an impurity with respect to the active material. Since mixing can be prevented, it is preferable.

(b2)工程は、酸素含有雰囲気、例えば空気中で行われ、カーボンが部分的には消失するものの完全には消失しない温度、好ましくは200〜350℃の温度で行われる。続く(c2)工程において、加熱後の生成物から遷移金属化合物及び/又はその反応生成物を酸で溶解する等の手段により除去した後、十分に洗浄し、乾燥することにより、全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンを得ることができる。   The step (b2) is performed in an oxygen-containing atmosphere such as air, and is performed at a temperature at which carbon is partially lost but not completely lost, preferably at a temperature of 200 to 350 ° C. In the subsequent step (c2), the transition metal compound and / or the reaction product thereof are removed from the heated product by means such as dissolution with an acid, and then washed thoroughly and dried to obtain a total of 10 masses. It is possible to obtain oxidized carbon containing at least% hydrophilic portion.

第2の製造方法では、遷移金属化合物が、酸化雰囲気中での加熱工程において、カーボン原料を酸化する触媒として作用し、カーボン原料の酸化が迅速に進む。この酸化によって、全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンが得られる。   In the second production method, the transition metal compound acts as a catalyst for oxidizing the carbon raw material in the heating step in the oxidizing atmosphere, and the oxidation of the carbon raw material proceeds rapidly. By this oxidation, oxidized carbon containing 10% by mass or more of the hydrophilic portion is obtained.

全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンは、空隙を有するカーボン原料に強い酸化処理を施すことにより得られ、第1の製造方法、第2の製造方法以外の方法で空隙を有するカーボン原料の酸化を促進することも可能である。   Oxidized carbon containing 10% by mass or more of the hydrophilic portion as a whole is obtained by subjecting a carbon raw material having voids to strong oxidation treatment, and voids are formed by a method other than the first manufacturing method and the second manufacturing method. It is also possible to promote the oxidation of the carbon material.

(2)電極の製造
得られた酸化処理カーボンは、蓄電デバイスの電極の製造のために、蓄電デバイスの電解質中のイオンとの電子の授受を伴うファラデー反応或いは電子の授受を伴わない非ファラデー反応により容量を発現し、正極活物質又は負極活物質として動作可能な第1の活物質の粒子(微小粒子)と、第1の活物質と同じ極の活物質として動作可能であり且つ第1の活物質の粒子の平均粒径より大きい平均粒径を有する第2の活物質の粒子(粗大粒子)と混合された形態で使用される。
(2) Production of electrode The obtained oxidized carbon is used for the production of the electrode of the electricity storage device, the Faraday reaction with the exchange of electrons with the ions in the electrolyte of the electricity storage device or the non-Faraday reaction without the exchange of electrons. The first active material particles (microparticles) that express the capacity and can operate as the positive electrode active material or the negative electrode active material, can operate as the active material having the same polarity as the first active material, and the first active material It is used in a mixed form with second active material particles (coarse particles) having an average particle size larger than the average particle size of the active material particles.

本発明の電極の製造方法は、
(A)酸化処理カーボンと、微小粒子と、を乾式混合して予備混合物を得る工程、
(B)上記予備混合物と、粗大粒子と、を乾式混合して電極材料を調製する工程、
(C)上記電極材料と、バインダと、溶媒と、を混合してスラリーを調製する工程、及び、
(D)上記スラリーを集電体上に塗布して活物質層を形成し、該活物質層中の溶媒を乾燥させた後、上記活物質層に圧力を印加する工程
を含む。
The method for producing the electrode of the present invention comprises:
(A) a step of dry-mixing oxidized carbon and fine particles to obtain a premix,
(B) a step of dry-mixing the preliminary mixture and coarse particles to prepare an electrode material;
(C) mixing the electrode material, a binder, and a solvent to prepare a slurry; and
(D) applying the slurry to a current collector to form an active material layer, drying the solvent in the active material layer, and then applying pressure to the active material layer.

(A)工程では、酸化処理カーボンと、微小粒子と、を乾式混合して予備混合物を得る。(A)工程において使用される微小粒子を構成する活物質としては、従来の蓄電デバイスにおいて正極活物質又は負極活物質として使用されている活物質を特に限定なく使用することができる。これらの活物質は、単独の化合物であっても良く、2種以上の化合物の混合物であっても良い。   In the step (A), the oxidized carbon and the fine particles are dry-mixed to obtain a preliminary mixture. As the active material constituting the fine particles used in the step (A), an active material used as a positive electrode active material or a negative electrode active material in a conventional power storage device can be used without any particular limitation. These active materials may be a single compound or a mixture of two or more compounds.

二次電池の正極活物質の例としては、まず、層状岩塩型LiMO、層状LiMnO−LiMO固溶体、及びスピネル型LiM(式中のMは、Mn、Fe、Co、Ni又はこれらの組み合わせを意味する)が挙げられる。これらの具体的な例としては、LiCoO、LiNiO、LiNi4/5Co1/5、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNi1/2Mn1/2、LiFeO、LiMnO、LiMnO−LiCoO2、LiMnO−LiNiO、LiMnO−LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiMnO−LiNi1/2Mn1/2、LiMnO−LiNi1/2Mn1/2−LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiMn、LiMn3/2Ni1/2が挙げられる。また、イオウ及びLiS、TiS、MoS、FeS、VS、Cr1/21/2などの硫化物、NbSe、VSe、NbSeなどのセレン化物、Cr、Cr、VO、V、V、V13などの酸化物の他、LiNi0.8Co0.15Al0.05、LiVOPO、LiV、LiV、MoV、LiFeSiO、LiMnSiO、LiFePO、LiFe1/2Mn1/2PO、LiMnPO、Li(POなどの複合酸化物が挙げられる。 As examples of the positive electrode active material of the secondary battery, first, layered rock salt type LiMO 2 , layered Li 2 MnO 3 —LiMO 2 solid solution, and spinel type LiM 2 O 4 (wherein M is Mn, Fe, Co, Ni or a combination thereof). Specific examples of these include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 4/5 Co 1/5 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 , LiFeO 2 , LiMnO 2 , Li 2 MnO 3 —LiCoO 2, Li 2 MnO 3 —LiNiO 2 , Li 2 MnO 3 —LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li 2 MnO 3 —LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 , Li 2 MnO 3 —LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 —LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMn 2 O 4 , LiMn 3/2 Ni 1/2 O 4 may be mentioned. Also, sulfur and sulfides such as Li 2 S, TiS 2 , MoS 2 , FeS 2 , VS 2 , Cr 1/2 V 1/2 S 2 , selenides such as NbSe 3 , VSe 2 , NbSe 3 , Cr 2 In addition to oxides such as O 5 , Cr 3 O 8 , VO 2 , V 3 O 8 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , LiVOPO 4 , LiV 3 O 5 , LiV 3 O 8 , MoV 2 O 8 , Li 2 FeSiO 4 , Li 2 MnSiO 4 , LiFePO 4 , LiFe 1/2 Mn 1/2 PO 4 , LiMnPO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 or the like.

二次電池の負極活物質の例としては、Fe、MnO、MnO、Mn、Mn、CoO、Co、NiO、Ni、TiO、TiO、SnO、SnO、SiO、RuO、WO、WO、ZnO等の酸化物、Sn、Si、Al、Zn等の金属、LiVO、LiVO、LiTi12などの複合酸化物、Li2.6Co0.4N、Ge、Zn、CuNなどの窒化物が挙げられる。 Examples of the negative electrode active material of the secondary battery include Fe 2 O 3 , MnO, MnO 2 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , CoO, Co 3 O 4 , NiO, Ni 2 O 3 , TiO, and TiO 2. , SnO, SnO 2 , SiO 2 , RuO 2 , oxides such as WO, WO 2 , ZnO, metals such as Sn, Si, Al, Zn, LiVO 2 , Li 3 VO 4 , Li 4 Ti 5 O 12 Examples of the composite oxide include nitrides such as Li 2.6 Co 0.4 N, Ge 3 N 4 , Zn 3 N 2 , and Cu 3 N.

電気二重層キャパシタの分極性電極における活物質としては、比表面積の大きな活性炭、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、フェノール樹脂炭化物、ポリ塩化ビニリデン炭化物、微結晶炭素などの炭素材料が例示される。ハイブリッドキャパシタでは、二次電池のために例示した正極活物質を正極のために使用することができ、この場合には負極が活性炭等を用いた分極性電極により構成される。また、二次電池のために例示した負極活物質を負極のために使用することができ、この場合には正極が活性炭等を用いた分極性電極により構成される。レドックスキャパシタの正極活物質としてはRuO、MnO、NiOなどの金属酸化物を例示することができ、負極はRuO等の活物質と活性炭等の分極性材料により構成される。 Examples of the active material in the polarizable electrode of the electric double layer capacitor include carbon materials such as activated carbon, carbon nanofibers, carbon nanotubes, phenol resin carbide, polyvinylidene chloride carbide, and microcrystalline carbon having a large specific surface area. In the hybrid capacitor, the positive electrode active material exemplified for the secondary battery can be used for the positive electrode. In this case, the negative electrode is constituted by a polarizable electrode using activated carbon or the like. Moreover, the negative electrode active material illustrated for the secondary battery can be used for the negative electrode, and in this case, the positive electrode is constituted by a polarizable electrode using activated carbon or the like. Examples of the positive electrode active material of the redox capacitor include metal oxides such as RuO 2 , MnO 2 and NiO, and the negative electrode is composed of an active material such as RuO 2 and a polarizable material such as activated carbon.

(A)工程における酸化処理カーボンと微小粒子との混合は、乾式混合であれば、乳鉢を用いて手混合によって行なってもよく、混合装置を用いて行ってもよい。乾式混合のための混合装置として、ライカイ器、ボールミル、ビーズミル、ロッドミル、ローラミル、攪拌ミル、遊星ミル、振動ミル、ハイブリダイザー、メカノケミカル複合化装置及びジェットミルを使用することができる。特に、ビーズミル、ボールミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、ポットミル、メカノフュージョン複合化装置、ジェットミル及びプラネタリーミキサーから選択された高圧分散処理装置を用いて行なうのが好ましく、これらの装置により微小粒子と酸化処理カーボンとにメカノケミカル処理が施されるように乾式混合するのが好ましい。これらの装置の使用により、酸化処理カーボンによって微小粒子の表面がさらに広範囲に且つ均一に被覆され、微小粒子の凝集がさらに効果的に且つ均一に抑制される。   In the step (A), the oxidation-treated carbon and the fine particles may be mixed by hand mixing using a mortar or a mixing apparatus as long as the mixing is dry mixing. As a mixing apparatus for the dry mixing, a lykai apparatus, a ball mill, a bead mill, a rod mill, a roller mill, a stirring mill, a planetary mill, a vibration mill, a hybridizer, a mechanochemical compounding apparatus, and a jet mill can be used. In particular, it is preferable to use a high-pressure dispersion treatment device selected from a bead mill, a ball mill, a planetary ball mill, a vibrating ball mill, a pot mill, a mechanofusion compounding device, a jet mill, and a planetary mixer. It is preferable to dry-mix so that the mechanochemical treatment may be performed on the treated carbon. By using these apparatuses, the surface of the fine particles is more uniformly and uniformly coated with the oxidized carbon, and the aggregation of the fine particles is more effectively and uniformly suppressed.

微小粒子は凝集しやすいが、酸化処理カーボンと乾式混合する(A)工程で、酸化処理カーボンが微小粒子の表面に付着して表面を覆うため、微小粒子の平均粒径が小さくても、活物質粒子の凝集を抑制することができ、微小粒子と酸化処理カーボンとの混合状態を均一化させることができる。微小粒子の平均粒径は、0.01〜2μmであるのが好ましい。   Although the microparticles are likely to aggregate, the oxidized carbon adheres to the surface of the microparticles and covers the surface in the step (A) of dry mixing with the oxidized carbon. Aggregation of the substance particles can be suppressed, and the mixed state of the fine particles and the oxidized carbon can be made uniform. The average particle size of the fine particles is preferably 0.01 to 2 μm.

微小粒子と酸化処理カーボンとの割合は、質量比で、70:30〜90:10の範囲が好ましく、75:25〜85:15の範囲がより好ましい。乾式混合の時間は、混合に処される微小粒子と酸化処理カーボンの合計量や使用する混合装置により変化するが、一般には1〜30分の間である。   The mass ratio of the fine particles and the oxidized carbon is preferably in the range of 70:30 to 90:10, and more preferably in the range of 75:25 to 85:15. The dry mixing time varies depending on the total amount of fine particles and oxidized carbon to be mixed and the mixing apparatus used, but is generally between 1 and 30 minutes.

酸化処理カーボンとしては、親水性部分を含み、該親水性部分の含有量が全体の10質量%以上、好ましくは12質量%以上30質量%以下であるカーボンが好ましい。このような酸化処理カーボンは、活物質の表面にさらに付着しやすく、また、圧力を受けると一体的に圧縮されて糊状に広がり、ばらばらになりにくいという特徴を有する。そのため、(A)工程においてこの親水性部分を多く含む酸化処理カーボンと微小粒子とを乾式混合すると、混合の過程で酸化処理カーボンが柔軟に変形しながら微小粒子の表面に付着するため、酸化処理カーボンの付着性及び付着の均一性が増し、微小粒子の凝集がさらに効果的に抑制される。   The oxidation-treated carbon is preferably carbon that contains a hydrophilic portion and the content of the hydrophilic portion is 10% by mass or more, preferably 12% by mass or more and 30% by mass or less. Such oxidation-treated carbon has a feature that it is more likely to adhere to the surface of the active material, and when it is subjected to pressure, it is integrally compressed and spreads into a paste shape and is not easily separated. For this reason, in the step (A), when the oxidation-treated carbon containing a large amount of the hydrophilic portion and the fine particles are dry-mixed, the oxidation-treated carbon adheres to the surface of the fine particles while being deformed flexibly during the mixing process. Carbon adhesion and adhesion uniformity are increased, and aggregation of fine particles is further effectively suppressed.

(A)工程において、従来の蓄電デバイスの電極のために使用されているケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャネルブラック等のカーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、無定形炭素、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化ケッチェンブラック、メソポーラス炭素、気相法炭素繊維等の、酸化処理カーボンの導電率より高い導電率を有する別の導電性カーボンを混合することができる。この別の導電性カーボンの併用により、本発明の方法により得られる電極全体の導電性が向上するため、蓄電デバイスのエネルギー密度がさらに向上する。また、酸化処理カーボンが併用される別の導電性カーボンの表面にも付着しやすく、別の導電性カーボンの凝集をも効果的に抑制する。   In the process (A), carbon black such as ketjen black, acetylene black, channel black, fullerene, carbon nanotube, carbon nanofiber, amorphous carbon, carbon fiber, natural, which are used for electrodes of conventional power storage devices Another conductive carbon having a conductivity higher than that of oxidized carbon, such as graphite, artificial graphite, graphitized ketjen black, mesoporous carbon, and vapor grown carbon fiber, can be mixed. The combined use of this other conductive carbon improves the conductivity of the entire electrode obtained by the method of the present invention, and therefore the energy density of the electricity storage device is further improved. Further, it easily adheres to the surface of another conductive carbon used in combination with oxidized carbon, and effectively suppresses aggregation of the other conductive carbon.

(A)工程で別の導電性カーボンを併用する場合には、乾式混合用の装置(手混合において用いる乳鉢を含む)に酸化処理カーボンと別の導電性カーボンと微小粒子とを全て導入した後に乾式混合しても良いが、
(A1)酸化処理カーボンと別の導電性カーボンとを乾式混合する工程、及び、
(A2)上記(A1)工程で得られた混合物と微小粒子とを乾式混合する工程
に分けて上記(A)工程を実施しても良い。
(A) In the case where another conductive carbon is used in combination in the step, after all of the oxidized carbon, another conductive carbon, and fine particles are introduced into the dry mixing apparatus (including a mortar used in manual mixing). You can dry mix,
(A1) a step of dry-mixing oxidized carbon and another conductive carbon; and
(A2) The step (A) may be performed by dividing the mixture obtained in the step (A1) and the fine particles into a dry-mixing step.

(A)工程のみにおいて別の導電性カーボンを使用する場合には、微小粒子と、酸化処理カーボン及び別の導電性カーボンの合計量と、の割合が、質量比で、70:30〜90:10の範囲であるが好ましく、75:25〜85:15の範囲であるのがより好ましい。酸化処理カーボンと別の導電性カーボンとの割合は、質量比で、3:1〜1:3の範囲が好ましく、2.5:1.5〜1.5:2.5の範囲がより好ましい。   In the case where another conductive carbon is used only in the step (A), the ratio of the fine particles to the total amount of the oxidized carbon and the other conductive carbon is 70:30 to 90: mass ratio. A range of 10 is preferable, and a range of 75:25 to 85:15 is more preferable. The ratio of the oxidized carbon to another conductive carbon is preferably in the range of 3: 1 to 1: 3, more preferably in the range of 2.5: 1.5 to 1.5: 2.5, by mass ratio. .

(B)工程では、(A)工程で得られた予備混合物と、粗大粒子と、を乾式混合して電極材料を調製する。(B)工程において使用される粗大粒子を構成する活物質としては、微小粒子と同じ極の活物質として動作可能であれば、従来の蓄電デバイスにおいて正極活物質又は負極活物質として使用されている活物質を特に限定なく使用することができる。これらの活物質は、単独の化合物であっても良く、2種以上の化合物の混合物であっても良く、微小粒子を構成する化合物と同一の化合物であっても良く、異なる化合物であっても良い。粗大粒子を構成する活物質の例としては、微小粒子のために例示された活物質がこの場合も当てはまる。   In the step (B), the preliminary mixture obtained in the step (A) and the coarse particles are dry-mixed to prepare an electrode material. The active material constituting the coarse particles used in the step (B) is used as a positive electrode active material or a negative electrode active material in a conventional power storage device as long as it can operate as the same active material as the microparticles. The active material can be used without any particular limitation. These active materials may be a single compound, a mixture of two or more compounds, the same compound as the compound constituting the fine particles, or a different compound. good. As an example of the active material constituting the coarse particles, the active material exemplified for the fine particles also applies here.

(B)工程における混合も、乾式混合であればよい。乾式混合は、乳鉢を用いて手混合によって行なってもよく、混合装置を用いて行ってもよい。乾式混合のための混合装置として、ライカイ器、ボールミル、ビーズミル、ロッドミル、ローラミル、攪拌ミル、遊星ミル、振動ミル、ハイブリダイザー、メカノケミカル複合化装置及びジェットミルを使用することができる。   The mixing in the step (B) may also be dry mixing. Dry mixing may be performed by hand mixing using a mortar or using a mixing device. As a mixing apparatus for the dry mixing, a lykai apparatus, a ball mill, a bead mill, a rod mill, a roller mill, a stirring mill, a planetary mill, a vibration mill, a hybridizer, a mechanochemical compounding apparatus, and a jet mill can be used.

粗大粒子は、電極密度を増加させ、蓄電デバイスのエネルギー密度を向上させる。そして、酸化処理カーボンが粗大粒子の表面にも付着しやすく、粗大粒子の凝集をも効果的に抑制する。その結果、上記(B)工程において、酸化処理カーボンによって被覆された微小粒子を含む予備混合物と、粗大粒子とを乾式混合すると、酸化処理カーボンにより被覆された粗大粒子と微小粒子とが分散性良く混合されている電極材料が得られる。粗大粒子の平均粒径は、2μmより大きく25μm以下であるのが好ましい。   Coarse particles increase the electrode density and improve the energy density of the electricity storage device. The oxidized carbon easily adheres to the surface of the coarse particles and effectively suppresses the aggregation of the coarse particles. As a result, in the step (B), when the premix containing fine particles coated with oxidized carbon and the coarse particles are dry-mixed, the coarse particles coated with oxidized carbon and the fine particles have good dispersibility. A mixed electrode material is obtained. The average particle size of the coarse particles is preferably greater than 2 μm and not greater than 25 μm.

酸化処理カーボンとして、全体の10質量%以上、好ましくは12質量%以上30質量%以下の親水性部分を含む酸化処理カーボンが使用されていると、乾式混合の過程で粗大粒子により酸化処理カーボンに及ぼされる圧力により、酸化処理カーボンの少なくとも一部が粗大粒子及び微小粒子の表面に糊状に広がり、粗大粒子及び微小粒子の表面が広く覆われるため、酸化処理カーボンにより被覆された粗大粒子と微小粒子との分散性及び分散の均一性がさらに向上する。   When oxidized carbon containing a hydrophilic portion of 10% by mass or more, preferably 12% by mass or more and 30% by mass or less as a whole is used as the oxidized carbon, the oxidized carbon is converted into the oxidized carbon by coarse particles during the dry mixing process. Due to the applied pressure, at least a part of the oxidized carbon spreads on the surface of the coarse particles and fine particles in a paste-like manner, and the surfaces of the coarse particles and fine particles are widely covered. Therefore, the coarse particles and fine particles coated with the oxidized carbon are finely coated. The dispersibility with the particles and the uniformity of the dispersion are further improved.

粗大粒子と(A)工程で得られた予備混合物との割合は、粗大粒子と微小粒子とが質量比で80:20〜95:5の範囲になるように選定されるのが好ましく、90:10〜95:5の範囲になるように選定されるのがより好ましい。また、粗大粒子と微小粒子との合計量と、酸化処理カーボンとの割合は、質量比で、90:10〜99.5:0.5の範囲であるのが好ましく、95:5〜99:1の範囲であるのがより好ましい。酸化処理カーボンの割合が上述の範囲より少ないと、活物質層の導電性が不足し、また酸化処理カーボンによる活物質粒子の被覆率が低下する傾向がある。また、酸化処理カーボンの割合が上述の範囲より多いと、電極密度が低下し、蓄電デバイスのエネルギー密度が低下する傾向がある。乾式混合の時間は、混合に処される粗大粒子と予備混合物の合計量や使用する混合装置により変化するが、一般には1〜30分の間である。   The ratio of the coarse particles to the premixed mixture obtained in the step (A) is preferably selected so that the coarse particles and the fine particles have a mass ratio of 80:20 to 95: 5, and 90: More preferably, it is selected to be in the range of 10 to 95: 5. In addition, the ratio of the total amount of coarse particles and fine particles to the oxidized carbon is preferably in the range of 90:10 to 99.5: 0.5, and 95: 5 to 99: A range of 1 is more preferable. When the ratio of the oxidized carbon is less than the above range, the conductivity of the active material layer is insufficient, and the coverage of the active material particles with the oxidized carbon tends to be reduced. Further, when the ratio of the oxidized carbon is larger than the above range, the electrode density tends to decrease, and the energy density of the electricity storage device tends to decrease. The dry mixing time varies depending on the total amount of coarse particles subjected to mixing and the premix, and the mixing apparatus used, but is generally between 1 and 30 minutes.

(B)工程において、従来の蓄電デバイスの電極のために使用されているケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャネルブラック等のカーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、無定形炭素、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化ケッチェンブラック、メソポーラス炭素、気相法炭素繊維等の、酸化処理カーボンの導電率より高い導電率を有する別の導電性カーボンを混合することができる。この別の導電性カーボンの併用により、本発明の方法により得られる電極全体の導電性が向上するため、蓄電デバイスのエネルギー密度がさらに向上する。また、酸化処理カーボンが別の導電性カーボンの表面にも付着しやすく、別の導電性カーボンの凝集をも効果的に抑制する。   In the process (B), carbon black such as ketjen black, acetylene black, channel black, fullerene, carbon nanotube, carbon nanofiber, amorphous carbon, carbon fiber, natural, which are used for electrodes of conventional power storage devices Another conductive carbon having a conductivity higher than that of oxidized carbon, such as graphite, artificial graphite, graphitized ketjen black, mesoporous carbon, and vapor grown carbon fiber, can be mixed. The combined use of this other conductive carbon improves the conductivity of the entire electrode obtained by the method of the present invention, and therefore the energy density of the electricity storage device is further improved. In addition, the oxidized carbon easily adheres to the surface of another conductive carbon, and effectively suppresses aggregation of the other conductive carbon.

(B)工程で別の導電性カーボンを併用する場合には、乾式混合用の装置(手混合において用いる乳鉢を含む)に予備混合物と粗大粒子と別の導電性カーボンとを全て導入した後乾式混合しても良いが、
(B1)予備混合物と別の導電性カーボンとを乾式混合する工程、及び、
(B2)上記(B1)工程で得られた混合物と粗大粒子とを乾式混合する工程
に分けて上記(B)工程を実施しても良い。
(B) When another conductive carbon is used together in the step, the dry mixture is introduced after all the premix, coarse particles, and another conductive carbon have been introduced into the dry mixing apparatus (including the mortar used for manual mixing). May be mixed,
(B1) a step of dry mixing the premix and another conductive carbon, and
(B2) The step (B) may be performed by dividing the mixture obtained in the step (B1) and coarse particles into a dry-mixing step.

(B)工程のみにおいて別の導電性カーボンを使用する場合には、微小粒子と、酸化処理カーボンと別の導電性カーボンの合計量と、の割合が、質量比で、70:30〜90:10の範囲になるように、好ましくは75:25〜85:15の範囲になるように、別の導電性カーボンの使用量が選定される。酸化処理カーボンと別の導電性カーボンとの割合は、質量比で、3:1〜1:3の範囲が好ましく、2.5:1.5〜1.5:2.5の範囲がより好ましい。(A)工程と(B)工程の両方において別の導電性カーボンを使用する場合には、(A)工程と(B)工程とで添加されたる別の導電性カーボンの合計量により上記範囲が満たされるように、各工程における別の導電性カーボンの使用量が選定される。   In the case where another conductive carbon is used only in the step (B), the ratio between the fine particles and the total amount of the oxidized carbon and the other conductive carbon is 70:30 to 90: The amount of other conductive carbon used is selected so as to be in the range of 10, preferably in the range of 75:25 to 85:15. The ratio of the oxidized carbon to another conductive carbon is preferably in the range of 3: 1 to 1: 3, more preferably in the range of 2.5: 1.5 to 1.5: 2.5, by mass ratio. . When using another conductive carbon in both the (A) process and the (B) process, the above range is determined by the total amount of the different conductive carbons added in the (A) process and the (B) process. A different amount of conductive carbon used in each step is selected to satisfy.

(C)工程では、(B)工程で得られた電極材料と、バインダと、溶媒と、を混合してスラリーを調製する。(C)工程において、電極材料と混合されるバインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニル、カルボキシメチルセルロースなどの公知のバインダが使用される。バインダの含有量は、混合材料の総量に対して1〜30質量%であるのが好ましい。1質量%以下であると活物質層の強度が十分でなく、30質量%以上であると、電極の放電容量が低下する、内部抵抗が過大になるなどの不都合が生じる。電極材料と混合される溶媒としては、N−メチルピロリドン等の電極材料に悪影響を及ぼさない溶媒を特に限定なく使用することができる。電極材料とバインダと溶媒とが均一に混合されれば、溶媒の量には特に限定がない。   In step (C), the electrode material obtained in step (B), a binder, and a solvent are mixed to prepare a slurry. In the step (C), known binders such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polyvinyl fluoride, and carboxymethylcellulose are used as the binder mixed with the electrode material. The content of the binder is preferably 1 to 30% by mass with respect to the total amount of the mixed material. If it is 1% by mass or less, the strength of the active material layer is not sufficient, and if it is 30% by mass or more, the discharge capacity of the electrode is reduced and the internal resistance becomes excessive. As the solvent mixed with the electrode material, a solvent that does not adversely affect the electrode material such as N-methylpyrrolidone can be used without any particular limitation. The amount of the solvent is not particularly limited as long as the electrode material, the binder, and the solvent are uniformly mixed.

スラリーを調製するための湿式混合には特別な限定がなく、乳鉢を用いて手混合によって行なってもよく、攪拌機、ホモジナイザー等の公知の混合装置を用いて行ってもよい。電極材料とバインダと溶媒とが均一に混合されれば、混合時間は短くても問題が無い。(B)工程において酸化処理カーボンにより被覆された粗大粒子と微小粒子とが分散性良く混合されている電極材料が得られており、この電極材料はバインダ及び溶媒と馴染みが良いため、(C)工程において均一なスラリーを容易に得ることができる。   The wet mixing for preparing the slurry is not particularly limited, and may be performed by hand mixing using a mortar, or may be performed using a known mixing device such as a stirrer or a homogenizer. If the electrode material, the binder, and the solvent are mixed uniformly, there is no problem even if the mixing time is short. In the step (B), an electrode material in which coarse particles coated with oxidized carbon and fine particles are mixed with good dispersibility is obtained, and this electrode material is familiar with the binder and the solvent. A uniform slurry can be easily obtained in the process.

(D)工程では、(C)工程で得られたスラリーを集電体上に塗布して活物質層を形成し、該活物質層中の溶媒を乾燥させた後、上記活物質層に圧力を印加して電極を得る。(D)工程において、蓄電デバイスの電極のための集電体としては、白金、金、ニッケル、アルミニウム、チタン、鋼、カーボンなどの導電材料を使用することができる。集電体の形状は、膜状、箔状、板状、網状、エキスパンドメタル状、円筒状などの任意の形状を採用することができる。活物質層の乾燥は、必要に応じて減圧・加熱して溶媒を除去すれば良い。活物質層に加えられる圧力は、一般には50000〜1000000N/cm、好ましくは100000〜500000N/cmの範囲である。 In the step (D), the slurry obtained in the step (C) is coated on a current collector to form an active material layer, and after the solvent in the active material layer is dried, pressure is applied to the active material layer. To obtain an electrode. In the step (D), a conductive material such as platinum, gold, nickel, aluminum, titanium, steel, or carbon can be used as the current collector for the electrode of the electricity storage device. As the shape of the current collector, any shape such as a film shape, a foil shape, a plate shape, a net shape, an expanded metal shape, and a cylindrical shape can be adopted. The active material layer may be dried by reducing the pressure and heating as necessary to remove the solvent. The pressure applied to the active material layer is generally in the range of 50,000 to 1,000,000 N / cm 2 , preferably 100,000 to 500,000 N / cm 2 .

電極材料において粗大粒子と微小粒子とが分散性良く且つ均一に混合されているため、(D)工程において粗大粒子の間に形成される空間に微小粒子が配置されやすくなる。その結果、高い電極密度を有する電極が得られ、蓄電デバイスのエネルギー密度の向上がもたらされる。   Since the coarse particles and the fine particles are uniformly mixed in the electrode material with good dispersibility, the fine particles are easily arranged in the space formed between the coarse particles in the step (D). As a result, an electrode having a high electrode density is obtained, and the energy density of the electricity storage device is improved.

特に酸化処理カーボンが、全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンであると、(D)工程における圧力印加により、酸化処理カーボンがさらに糊状に広がって活物質の表面を覆いながら緻密化し、粗大粒子が互いに接近し、これに伴って酸化処理カーボンが活物質の表面を覆いながら隣り合う粗大粒子の間に形成される間隙部に微小粒子と共に押し出されて緻密に充填される。糊状に変化した酸化処理カーボンは、隣り合う活物質粒子の間に形成される間隙部ばかりでなく活物質粒子の表面に存在する孔(二次粒子において認められる一次粒子間の間隙を含む)の内部にも押し出されて緻密に充填される。そのため、活物質層における単位体積あたりの活物質量がさらに増加し、電極密度がさらに増加する。また、全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンを含む活物質層を有する電極では、活物質層中の活物質粒子の表面の大部分或いは全部が、活物質粒子の表面に存在する孔の内部に至るまで、緻密で糊状に広がった酸化処理カーボンにより被覆されており、活物質粒子の表面(外表面)の80%以上、好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上が、緻密化した糊状の酸化処理カーボンと接触している。そのためであると考えられるが、この電極を用いて蓄電デバイスを構成すると、蓄電デバイス中の電解液に対する活物質の溶解が大幅に抑制される。   In particular, when the oxidation-treated carbon is an oxidation-treated carbon containing 10% by mass or more of the hydrophilic portion, the oxidation-treated carbon further spreads in a paste shape and covers the surface of the active material by applying pressure in the step (D). As the coarse particles approach each other, the oxidized carbon is pushed together with the fine particles into the gap formed between the adjacent coarse particles while covering the surface of the active material, and is densely packed. . Oxidized carbon that has changed into a paste is not only a gap formed between adjacent active material particles, but also pores existing on the surface of the active material particles (including gaps between primary particles observed in secondary particles). It is also extruded into the inside of the slab and filled with precision. Therefore, the amount of active material per unit volume in the active material layer further increases, and the electrode density further increases. In addition, in an electrode having an active material layer containing oxidized carbon containing 10% by mass or more of the hydrophilic portion as a whole, most or all of the surface of the active material particles in the active material layer is on the surface of the active material particles. The inside of the existing pores is covered with oxidized carbon that is dense and spreads in a paste-like manner, and is 80% or more, preferably 90% or more, particularly preferably 95% of the surface (outer surface) of the active material particles. The above is in contact with the densified, oxidized oxide-treated carbon. This is considered to be because, when an electricity storage device is configured using this electrode, dissolution of the active material in the electrolytic solution in the electricity storage device is significantly suppressed.

本発明の製造方法により得られた電極は、二次電池、電気二重層キャパシタ、レドックスキャパシタ及びハイブリッドキャパシタなどの蓄電デバイスの電極のために使用される。蓄電デバイスは、一対の電極(正極、負極)とこれらの間に配置された電解質とを必須要素として含むが、正極及び負極の少なくとも一方が本発明の製造方法により製造される。   The electrode obtained by the production method of the present invention is used for an electrode of an electricity storage device such as a secondary battery, an electric double layer capacitor, a redox capacitor, and a hybrid capacitor. The electricity storage device includes a pair of electrodes (a positive electrode and a negative electrode) and an electrolyte disposed therebetween as essential elements, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is manufactured by the manufacturing method of the present invention.

蓄電デバイスにおいて正極と負極との間に配置される電解質は、セパレータに保持された電解液であっても良く、固体電解質であっても良く、ゲル状電解質であっても良く、従来の蓄電デバイスにおいて使用されている電解質を特に限定なく使用することができる。以下に、代表的な電解質を例示する。リチウムイオン二次電池のためには、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート等の溶媒に、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO等のリチウム塩を溶解させた電解液が、ポリオレフィン繊維不織布、ガラス繊維不織布などのセパレータに保持された状態で使用される。この他、LiLaNb12、Li1.5Al0.5Ti1.5(PO、LiLaZr12、Li11等の無機固体電解質、リチウム塩とポリエチレンオキサイド、ポリメタクリレート、ポリアクリレート等の高分子化合物との複合体からなる有機固体電解質、電解液をポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル等に吸収させたゲル状電解質も使用される。電気二重層キャパシタ及びレドックスキャパシタのためには、(CNBF等の第4級アンモニウム塩をアクリロニトリル、プロピレンカーボネート等の溶媒に溶解させた電解液が使用される。ハイブリッドキャパシタのためには、リチウム塩をプロピレンカーボネート等に溶解させた電解液や、第4級アンモニウム塩をプロピレンカーボネート等に溶解させた電解液が使用される。 In the electricity storage device, the electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode may be an electrolyte solution held in a separator, a solid electrolyte, or a gel electrolyte. The electrolyte used in can be used without particular limitation. Examples of typical electrolytes are shown below. For a lithium ion secondary battery, a lithium salt such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , or LiN (CF 3 SO 2 ) 2 is used in a solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, or dimethyl carbonate. The dissolved electrolyte is used in a state of being held in a separator such as a polyolefin fiber nonwoven fabric or a glass fiber nonwoven fabric. In addition, inorganic solid electrolytes such as Li 5 La 3 Nb 2 O 12 , Li 1.5 Al 0.5 Ti 1.5 (PO 4 ) 3 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 7 P 3 S 11, etc. An organic solid electrolyte composed of a complex of a lithium salt and a polymer compound such as polyethylene oxide, polymethacrylate, or polyacrylate, or a gel electrolyte in which an electrolytic solution is absorbed in polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, or the like is also used. For electric double layer capacitors and redox capacitors, an electrolytic solution in which a quaternary ammonium salt such as (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 is dissolved in a solvent such as acrylonitrile or propylene carbonate is used. For the hybrid capacitor, an electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in propylene carbonate or the like, or an electrolytic solution in which a quaternary ammonium salt is dissolved in propylene carbonate or the like is used.

但し、正極と負極との間の電解質として、固体電解質又はゲル状電解質が使用される場合には、活物質層におけるイオン伝導パスを確保する目的で、(C)工程において、(B)工程で得られた電極材料に固体電解質を添加し、さらにバインダ及び溶媒を加えてスラリーを調製する。   However, when a solid electrolyte or a gel electrolyte is used as the electrolyte between the positive electrode and the negative electrode, in the step (C), in the step (B) for the purpose of securing an ion conduction path in the active material layer. A solid electrolyte is added to the obtained electrode material, and a binder and a solvent are further added to prepare a slurry.

本発明を以下の実施例を用いて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。   The present invention will be described with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(1)酸化処理カーボンの製造
酸化処理カーボン1
60%硝酸300mLにケッチェンブラック(商品名EC300J、ケッチェンブラックインターナショナル社製)10gを添加し、得られた液に超音波を10分間照射した後、ろ過してケッチェンブラックを回収した。回収したケッチェンブラックを3回水洗し、乾燥することにより、酸処理ケッチェンブラックを得た。この酸処理ケッチェンブラック0.5gと、Fe(CHCOO)1.98gと、Li(CHCOO)0.77gと、C・HO1.10gと、CHCOOH1.32gと、HPO1.31gと、蒸留水120mLとを混合し、得られた混合液をスターラーで1時間攪拌した後、空気中100℃で蒸発乾固させて混合物を採集した。次いで、得られた混合物を振動ボールミル装置に導入し、20hzで10分間の粉砕を行なった。粉砕後の粉体を、窒素中700℃で3分間加熱し、ケッチェンブラックにLiFePOが担持された複合体を得た。
(1) Production of oxidized carbon 1 Oxidized carbon 1
10 g of Ketjen black (trade name EC300J, manufactured by Ketjen Black International) was added to 300 mL of 60% nitric acid, and the resulting solution was irradiated with ultrasonic waves for 10 minutes, and then filtered to collect Ketjen black. The recovered ketjen black was washed with water three times and dried to obtain an acid-treated ketjen black. 0.5 g of this acid-treated ketjen black, 1.98 g of Fe (CH 3 COO) 2 , 0.77 g of Li (CH 3 COO), 1.10 g of C 6 H 8 O 7 .H 2 O, and CH 3 1.32 g of COOH, 1.31 g of H 3 PO 4 and 120 mL of distilled water were mixed, and the resulting mixture was stirred with a stirrer for 1 hour and then evaporated to dryness at 100 ° C. in air to collect the mixture. . Next, the obtained mixture was introduced into a vibrating ball mill apparatus and pulverized at 20 hz for 10 minutes. The pulverized powder was heated in nitrogen at 700 ° C. for 3 minutes to obtain a composite in which LiFePO 4 was supported on ketjen black.

濃度30%の塩酸水溶液100mLに、得られた複合体1gを添加し、得られた液に超音波を15分間照射させながら複合体中のLiFePOを溶解させ、残った固体をろ過し、水洗し、乾燥させた。乾燥後の固体の一部を、TG分析により空気中900℃まで加熱し、重量損失を測定した。重量損失が100%、すなわちLiFePOが残留していないことが確認できるまで、上述の塩酸水溶液によるLiFePOの溶解、ろ過、水洗及び乾燥の工程を繰り返し、LiFePOフリーの酸化処理カーボンを得た。 1 g of the obtained complex is added to 100 mL of 30% hydrochloric acid aqueous solution, and the resulting liquid is dissolved in LiFePO 4 while irradiating ultrasonic waves for 15 minutes, and the remaining solid is filtered and washed with water. And dried. A part of the solid after drying was heated to 900 ° C. in air by TG analysis, and the weight loss was measured. Until the weight loss is 100%, that is, it can be confirmed that no LiFePO 4 remains, the steps of dissolving, filtering, washing and drying the LiFePO 4 with the hydrochloric acid aqueous solution are repeated to obtain LiFePO 4 -free oxidized carbon. .

次いで、得られた酸化処理カーボンの0.1gをpH11のアンモニア水溶液20mlに添加し、1分間の超音波照射を行なった。得られた液を5時間放置して固相部分を沈殿させた。固相部分の沈殿後、上澄み液を除去した残余部分を乾燥させ、乾燥後の固体の重量を測定した。乾燥後の固体の重量を最初の酸化処理カーボンの重量0.1gから差し引いた重量の最初の酸化処理カーボンの重量0.1gに対する重量比を、酸化処理カーボンにおける「親水性部分」の含有量とした。親水性部分の含有量は、全体の15質量%であった。   Next, 0.1 g of the obtained oxidized carbon was added to 20 ml of an aqueous ammonia solution having a pH of 11 and subjected to ultrasonic irradiation for 1 minute. The resulting liquid was allowed to stand for 5 hours to precipitate the solid phase portion. After precipitation of the solid phase part, the remaining part from which the supernatant was removed was dried, and the weight of the solid after drying was measured. The weight ratio of the weight of the solid after drying is subtracted from the weight of 0.1 g of the first oxidized carbon to the weight of 0.1 g of the first oxidized carbon, and the content of the “hydrophilic portion” in the oxidized carbon is calculated as follows. did. Content of the hydrophilic part was 15 mass% of the whole.

酸化処理カーボン2
60%硝酸300mLにケッチェンブラック(商品名EC300J、ケッチェンブラックインターナショナル社製)10gを添加し、得られた液に超音波を1時間照射した後、ろ過してケッチェンブラックを回収した。回収したケッチェンブラックを3回水洗し、乾燥することにより、酸処理ケッチェンブラックを得た。この酸処理ケッチェンブラックを、窒素中700℃で3分間加熱した。得られた酸化処理カーボンについて、酸化処理カーボン1における手順と同じ手順で親水性部分の含有量を測定した。親水性部分の含有量は、全体の9.1質量%であった。
Oxidized carbon 2
10 g of Ketjen black (trade name EC300J, manufactured by Ketjen Black International) was added to 300 mL of 60% nitric acid, and the resulting solution was irradiated with ultrasonic waves for 1 hour and then filtered to recover Ketjen black. The recovered ketjen black was washed with water three times and dried to obtain an acid-treated ketjen black. This acid-treated ketjen black was heated in nitrogen at 700 ° C. for 3 minutes. About the obtained oxidation treatment carbon, content of the hydrophilic part was measured in the same procedure as the procedure in the oxidation treatment carbon 1. The content of the hydrophilic portion was 9.1% by mass.

(2)カーボンと活物質との混合
活物質とカーボンとの混合における変化を確認するために、以下の実験を行った。
(i)微小粒子とカーボンとの混合
実験1
平均粒径0.32μmのLiNi0.5Mn0.3Co0.2微小粒子の1.6gと、酸化処理カーボン1の0.4gとを振動ボールミル装置に導入し(微小粒子:カーボン=80:20)、20hzで30分間の乾式混合を行なった。得られた混合物をSEM写真により観察した。
(2) Mixing of carbon and active material In order to confirm the change in mixing of the active material and carbon, the following experiment was conducted.
(I) Mixing of fine particles and carbon Experiment 1
1.6 g of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 fine particles having an average particle diameter of 0.32 μm and 0.4 g of oxidized carbon 1 were introduced into a vibrating ball mill apparatus (fine particles: carbon = 80: 20), 30 minutes of dry mixing at 20 hz. The obtained mixture was observed by SEM photographs.

実験2
平均粒径0.32μmのLiNi0.5Mn0.3Co0.2微小粒子の1.6gと、酸化処理カーボン1の0.4gとを乳鉢に導入し(微小粒子:カーボン=80:20)、10分間手混合を行なった。得られた混合物をSEM写真により観察した。
Experiment 2
1.6 g of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 microparticles having an average particle diameter of 0.32 μm and 0.4 g of oxidized carbon 1 were introduced into a mortar (microparticle: carbon = 80 20) Hand mixing was performed for 10 minutes. The obtained mixture was observed by SEM photographs.

実験3
平均粒径0.32μmのLiNi0.5Mn0.3Co0.2微小粒子の1.6gと、アセチレンブラック(一次粒子径約40nm)の0.4gとを乳鉢に導入し(微小粒子:カーボン=80:20)、10分間手混合を行なった。得られた混合物をSEM写真により観察した。
Experiment 3
1.6 g of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 fine particles having an average particle diameter of 0.32 μm and 0.4 g of acetylene black (primary particle diameter of about 40 nm) were introduced into a mortar (fine Particle: Carbon = 80: 20) Manual mixing was performed for 10 minutes. The obtained mixture was observed by SEM photographs.

図2には、実験1〜3において得られたSEM写真(倍率:50000倍)が示されている。カーボンとしてアセチレンブラックを使用した場合(実験3)には、酸化処理カーボン1を使用した場合(実験2)に比較して、同じ混合条件であるにもかかわらず、微小粒子が凝集していることがわかる。また、酸化処理カーボン1を使用していても、振動ボールミルによる混合の場合(実験1)には、乳鉢による手混合の場合(実験2)に比較して、微小粒子の凝集がさらに抑制されていることがわかる。したがって、微小粒子の凝集抑制のためには、酸化処理カーボン1の使用が好ましく、振動ボールミルの使用がより好ましいことがわかった。   FIG. 2 shows SEM photographs (magnification: 50000 times) obtained in Experiments 1 to 3. When acetylene black is used as carbon (Experiment 3), fine particles are agglomerated in spite of the same mixing conditions as compared with the case of using oxidized carbon 1 (Experiment 2). I understand. Further, even when the oxidized carbon 1 is used, in the case of mixing by a vibration ball mill (Experiment 1), the aggregation of fine particles is further suppressed as compared with the case of manual mixing by a mortar (Experiment 2). I understand that. Therefore, it has been found that the use of oxidized carbon 1 is preferable and the use of a vibration ball mill is more preferable in order to suppress aggregation of fine particles.

(ii)活物質の溶解抑制
酸化処理カーボン1及びアセチレンブラックのそれぞれを、平均粒径0.22μmのLiFePO粒子、平均粒径0.26μmのLiCoO粒子、及び平均粒径0.32μmのLiNi0.5Mn0.3Co0.2粒子と5:95の質量比で混合し、さらに全体の5質量%のポリフッ化ビニリデンと適量のN−メチルピロリドンを加えて十分に混練してスラリーを形成し、アルミニウム箔上に塗布し、乾燥し、圧延処理を行って、電極を得た。この電極と、1MのLiPFのエチレンカーボネート/ジエチルカーボネート1:1溶液に水1000ppmを加えた電解質とを用いて、コイン型電池を作成した。この試験では、電解液と接触する活物質の面積を増加させる目的で、比表面積が大きい微小粒子が使用された。また、水1000ppmは、水が多いほど活物質が溶解しやすいため、加速試験を目的として添加された。この電池を60℃で1週間放置した後に分解し、電解質を採取して、ICP発光分析装置により電解質に溶解している金属量を分析した。表1に得られた結果を示す。
(Ii) Inhibition of dissolution of active material Each of the oxidized carbon 1 and acetylene black was mixed with LiFePO 4 particles having an average particle size of 0.22 μm, LiCoO 2 particles having an average particle size of 0.26 μm, and LiNi having an average particle size of 0.32 μm. 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 particles are mixed at a mass ratio of 5:95, and 5% by mass of polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone are added and kneaded thoroughly. A slurry was formed, applied onto an aluminum foil, dried, and subjected to a rolling process to obtain an electrode. Using this electrode and an electrolyte obtained by adding 1000 ppm of water to an ethylene carbonate / diethyl carbonate 1: 1 solution of 1M LiPF 6 , a coin-type battery was produced. In this test, fine particles having a large specific surface area were used for the purpose of increasing the area of the active material in contact with the electrolytic solution. Further, 1000 ppm of water was added for the purpose of an accelerated test because the active material is more easily dissolved as the amount of water increases. The battery was allowed to stand at 60 ° C. for 1 week and then decomposed, the electrolyte was collected, and the amount of metal dissolved in the electrolyte was analyzed by an ICP emission analyzer. Table 1 shows the results obtained.

表1から明らかなように、酸化処理カーボン1は、アセチレンブラックに比較して、活物質の電解質中への溶解を顕著に抑制する。これは、酸化処理カーボン1が、活物質が0.22〜0.32μmの平均粒径を有する微小粒子であっても、この微小粒子の凝集を効果的に抑制し、活物質粒子の表面の略全体を被覆しているためであると考えられる。   As is apparent from Table 1, the oxidized carbon 1 significantly suppresses dissolution of the active material in the electrolyte as compared with acetylene black. This is because even if the oxidized carbon 1 is a microparticle having an average particle diameter of 0.22 to 0.32 μm, the aggregation of the microparticles is effectively suppressed, and the surface of the active material particles This is probably because the entire surface is covered.

(iii)粗大粒子とカーボンとの混合状態
実験4
平均粒径5μmのLiNi0.5Mn0.3Co0.2粗大粒子の0.96gと、酸化処理カーボン1の0.04gとを乳鉢に導入し(粗大粒子:カーボン=96:4)、5分間手混合を行なった。得られた混合物をSEM写真により観察した。
(Iii) Mixed state of coarse particles and carbon Experiment 4
0.96 g of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 coarse particles having an average particle diameter of 5 μm and 0.04 g of oxidized carbon 1 were introduced into a mortar (coarse particles: carbon = 96: 4 ) Hand mixing was performed for 5 minutes. The obtained mixture was observed by SEM photographs.

実験5
平均粒径5μmのLiNi0.5Mn0.3Co0.2粗大粒子の0.96gと、酸化処理カーボン1の0.02gと、アセチレンブラックの0.02gと、を乳鉢に導入し(粗大粒子:カーボン=96:4)、5分間手混合を行なった。得られた混合物をSEM写真により観察した。
Experiment 5
0.96 g of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 coarse particles having an average particle diameter of 5 μm, 0.02 g of oxidized carbon 1 and 0.02 g of acetylene black were introduced into a mortar. (Coarse particles: carbon = 96: 4) Manual mixing was performed for 5 minutes. The obtained mixture was observed by SEM photographs.

実験6
平均粒径5μmのLiNi0.5Mn0.3Co0.2粗大粒子の0.96gと、アセチレンブラックの0.04gとを乳鉢に導入し(粗大粒子:カーボン=96:4)、5分間手混合を行なった。得られた混合物をSEM写真により観察した。
Experiment 6
0.96 g of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 coarse particles having an average particle diameter of 5 μm and 0.04 g of acetylene black were introduced into a mortar (coarse particles: carbon = 96: 4), Hand mixing was performed for 5 minutes. The obtained mixture was observed by SEM photographs.

図3には、実験4〜6において得られたSEM写真(倍率:100000倍)が示されている。カーボンとしてアセチレンブラックのみを使用した場合(実験6)には、粗大粒子とアセチレンブラックとが分離して存在しているが、カーボンとして酸化処理カーボン1を使用した場合(実験4,実験5)には、粗大粒子が糊状物により覆われ、粗大粒子の輪郭が明瞭に把握されないことがわかる。この糊状物は、酸化処理カーボン1が混合の圧力により粗大粒子の表面を覆いながら広がったものである。実験4のSEM写真において、実験5のSEM写真に比較して、粗大粒子の輪郭がさらに不明瞭であるのは、酸化処理カーボン1の量が多いためである。   FIG. 3 shows SEM photographs (magnification: 100,000 times) obtained in Experiments 4-6. When only acetylene black is used as carbon (experiment 6), coarse particles and acetylene black exist separately, but when oxidized carbon 1 is used as carbon (experiment 4 and experiment 5). It can be seen that the coarse particles are covered with the paste and the outline of the coarse particles is not clearly grasped. This paste-like material is obtained by spreading the oxidized carbon 1 while covering the surface of the coarse particles by the mixing pressure. In the SEM photograph of Experiment 4, the outline of the coarse particles is more unclear than in the SEM photograph of Experiment 5, because the amount of oxidized carbon 1 is large.

(3)電極の製造
実施例1
LiCOと、Ni(CHCOO)と、Mn(CHCOO)と、Co(CHCOO)とを蒸留水に導入し、得られた混合液をスターラーで1時間攪拌した後、空気中100℃で蒸発乾固させた後、ボールミルで混合し、空気中800℃で10分間加熱することにより、平均粒径0.5μmのLiNi0.5Mn0.3Co0.2微小粒子を得た。この粒子の1.6gと酸化処理カーボン1の0.4gとを振動ボールミルに導入して30分間乾式混合した。次いで、得られた予備混合物の0.1gと、アセチレンブラック(一次粒子径40nm)の0.02gと、市販の平均粒径5μmのLiNi0.5Mn0.3Co0.2粗大粒子の0.88gとを乳鉢を用いて10分間乾式混合し、さらに全体の5質量%のポリフッ化ビニリデンと適量のN−メチルピロリドンを加えて十分に混練してスラリーを形成し、アルミニウム箔上に塗布し、乾燥し、30kN/cmの圧力で複数回の圧延処理を行って、電極を得た。アルミニウム箔上の電極材料の体積と重量の実測値から電極密度を算出した。電極密度は、4.00g/ccであった。
(3) Production of electrode Example 1
Li 2 CO 3 , Ni (CH 3 COO) 2 , Mn (CH 3 COO) 2 , and Co (CH 3 COO) 2 were introduced into distilled water, and the resulting mixture was stirred with a stirrer for 1 hour. Then, after evaporating to dryness at 100 ° C. in air, mixing with a ball mill and heating in air at 800 ° C. for 10 minutes, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0. 2 O 2 microparticles were obtained. 1.6 g of the particles and 0.4 g of oxidized carbon 1 were introduced into a vibration ball mill and dry mixed for 30 minutes. Next, 0.1 g of the obtained preliminary mixture, 0.02 g of acetylene black (primary particle diameter 40 nm), and commercially available LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 coarse particles having an average particle diameter of 5 μm 0.88 g of the mixture is dry-mixed for 10 minutes using a mortar, and further 5% by mass of polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone are added and kneaded sufficiently to form a slurry. The electrode was obtained by applying, drying, and rolling a plurality of times at a pressure of 30 kN / cm. The electrode density was calculated from the measured values of the volume and weight of the electrode material on the aluminum foil. The electrode density was 4.00 g / cc.

実施例2
実施例1において得られた平均粒径0.5μmのLiNi0.5Mn0.3Co0.2微小粒子の1.6gと酸化処理カーボン1の0.4gとを乳鉢を用いて10分間乾式混合した。次いで、得られた予備混合物の0.1gと、アセチレンブラック(一次粒子径40nm)の0.02gと、市販の平均粒径5μmのLiNi0.5Mn0.3Co0.2粗大粒子の0.88gとを乳鉢を用いて10分間乾式混合し、さらに全体の5質量%のポリフッ化ビニリデンと適量のN−メチルピロリドンを加えて十分に混練してスラリーを形成した。得られたスラリーを用いて、実施例1と同じ手順で電極を得、電極密度を算出した。電極密度は、3.83g/ccであった。
Example 2
Using a mortar, 1.6 g of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 microparticles having an average particle diameter of 0.5 μm obtained in Example 1 and 0.4 g of oxidized carbon 1 were used. Dry mixed for minutes. Next, 0.1 g of the obtained preliminary mixture, 0.02 g of acetylene black (primary particle diameter 40 nm), and commercially available LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 coarse particles having an average particle diameter of 5 μm Was mixed by dry mixing for 10 minutes using a mortar, and 5% by mass of polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone were added and kneaded thoroughly to form a slurry. Using the obtained slurry, an electrode was obtained in the same procedure as in Example 1, and the electrode density was calculated. The electrode density was 3.83 g / cc.

実施例3
酸化処理カーボン1の0.4gの代わりに、酸化処理カーボン2の0.4gを用いて、実施例2の手順を繰り返した。電極密度は、3.55g/ccであった。
Example 3
The procedure of Example 2 was repeated using 0.4 g of oxidized carbon 2 instead of 0.4 g of oxidized carbon 1. The electrode density was 3.55 g / cc.

比較例1
実施例1において得られた平均粒径0.5μmのLiNi0.5Mn0.3Co0.2微小粒子の0.08gと、アセチレンブラックの0.02gとを、乳鉢を用いて10分間乾式混合した。これに市販の平均粒径5μmのLiNi0.5Mn0.3Co0.2粗大粒子の0.88gを加えて乳鉢を用いて10分間乾式混合し、さらに全体の5質量%のポリフッ化ビニリデンと適量のN−メチルピロリドンを加えて十分に混練してスラリーを形成した。得られたスラリーを用いて、実施例1と同じ手順で電極を得、電極密度を算出した。電極密度は、3.50g/ccであった。
Comparative Example 1
Using a mortar, 0.08 g of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 microparticles having an average particle diameter of 0.5 μm obtained in Example 1 and 0.02 g of acetylene black were used. Dry mixed for minutes. To this, 0.88 g of commercially available LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 coarse particles having an average particle diameter of 5 μm was added and dry-mixed for 10 minutes using a mortar. Vinylidene chloride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone were added and sufficiently kneaded to form a slurry. Using the obtained slurry, an electrode was obtained in the same procedure as in Example 1, and the electrode density was calculated. The electrode density was 3.50 g / cc.

比較例2
市販の平均粒径5μmのLiNi0.5Mn0.3Co0.2粒子の0.96gと、アセチレンブラックの0.04gとを、乳鉢を用いて10分間乾式混合し、さらに全体の5質量%のポリフッ化ビニリデンと適量のN−メチルピロリドンを加えて十分に混練してスラリーを形成した。得られたスラリーを用いて、実施例1と同じ手順で電極を得、電極密度を算出した。電極密度は、3.40g/ccであった。
Comparative Example 2
0.96 g of commercially available LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 particles having an average particle diameter of 5 μm and 0.04 g of acetylene black were dry-mixed for 10 minutes using a mortar. 5% by mass of polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone were added and sufficiently kneaded to form a slurry. Using the obtained slurry, an electrode was obtained in the same procedure as in Example 1, and the electrode density was calculated. The electrode density was 3.40 g / cc.

比較例1,比較例2と実施例3との比較から把握されるように、アセチレンブラックに代えて酸化処理カーボン2とアセチレンブラックとを1:1の質量比で使用するだけで、電極密度が向上することがわかる。これは、酸化処理カーボン2を含む電極材料において、粗大粒子と微小粒子とが分散性良く且つ均一に混合されているため、電極作成時の圧延処理により、粗大粒子の間に形成される空間に微小粒子が配置されやすくなったためであると考えられる。   As can be understood from the comparison between Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Example 3, the electrode density can be obtained only by using oxidized carbon 2 and acetylene black at a mass ratio of 1: 1 instead of acetylene black. It turns out that it improves. This is because, in the electrode material containing the oxidized carbon 2, coarse particles and fine particles are mixed with good dispersibility and uniformly, so that a space formed between the coarse particles is formed by rolling treatment at the time of electrode preparation. This is probably because the fine particles are easily arranged.

また、酸化処理カーボン1とアセチレンブラックとを1:1で使用した実施例1,実施例2と、酸化処理カーボン2とアセチレンブラックとを1:1で使用した実施例3との比較から把握されるように、全体の10質量%以上の親水性成分を含む酸化処理カーボン1の使用により、電極密度が大幅に向上することがわかる。これは、図3に示したように、酸化処理カーボン1が糊状に広がって活物質粒子を被覆するため、活物質粒子が分散性良く混合された電極材料が得られており、また、電極作成時の圧延処理により、酸化処理カーボンがさらに糊状に広がって活物質粒子の表面を覆いながら緻密化し、粗大粒子が互いに接近し、これに伴って酸化処理カーボンが活物質粒子の表面を覆いながら隣り合う粗大粒子の間に形成される間隙部に微小粒子と共に押し出されて緻密に充填されたためであると考えられる。   Further, it is grasped from a comparison between Example 1 and Example 2 in which the oxidation-treated carbon 1 and acetylene black were used at 1: 1, and Example 3 in which the oxidation-treated carbon 2 and acetylene black were used at 1: 1. Thus, it can be seen that the electrode density is greatly improved by using the oxidized carbon 1 containing 10% by mass or more of the hydrophilic component as a whole. As shown in FIG. 3, since the oxidized carbon 1 spreads in a paste shape and covers the active material particles, an electrode material in which the active material particles are mixed with good dispersibility is obtained. Due to the rolling process at the time of preparation, the oxidized carbon further spreads in a paste-like manner and becomes dense while covering the surface of the active material particles, the coarse particles approach each other, and the oxidized carbon covers the surface of the active material particles accordingly. However, it is considered that the gap formed between the adjacent coarse particles was extruded together with the fine particles and densely filled.

さらに、実施例1と実施例2との比較から把握されるように、酸化処理カーボン1を使用していても、微小粒子と酸化処理カーボン1との乾式混合を振動ボールミルで行なった場合(実施例1)には、微小粒子と酸化処理カーボン1との乾式混合を乳鉢を用いて行なった場合(実施例2)に比較して、電極密度がさらに向上することがわかる。これは、図2に示したように、振動ボールミルによる乾式混合により微小粒子がより微細に且つより均一に分散するため、電極作成時の圧延処理により、隣り合う粗大粒子の間に形成される間隙部に微小粒子がより充填されやすくなったことを反映していると考えられる。   Furthermore, as can be understood from the comparison between Example 1 and Example 2, even when the oxidized carbon 1 is used, when the dry mixing of the fine particles and the oxidized carbon 1 is performed with a vibration ball mill (implemented) In Example 1), it can be seen that the electrode density is further improved as compared with the case (Example 2) in which dry mixing of fine particles and oxidized carbon 1 was performed using a mortar. This is because, as shown in FIG. 2, fine particles are dispersed more finely and more uniformly by dry mixing using a vibrating ball mill, and therefore, a gap formed between adjacent coarse particles by the rolling process at the time of electrode preparation. This is considered to reflect that the fine particles are more easily filled in the portion.

実施例1又は実施例2で得られた電極を正極として用いて、1MのLiPFのエチレンカーボネート/ジエチルカーボネート1:1溶液を電解液とし、対極をリチウムとしたリチウムイオン二次電池を作成した。得られた電池について、広範囲の電流密度の条件下で充放電特性を評価した。図4は、レートと放電容量との関係を示した図である。実施例1の電極を用いた電池は、実施例2の電極を用いた電池に比較して、優れたレート特性を示した。これは、図2に示したように、振動ボールミルによる乾式混合により、微小粒子がより微細に且つより均一に分散され、電極作成時の圧延処理により隣り合う粗大粒子の間に形成される間隙部にこの微細に分散した微小粒子が充填されているためであると考えられる。 Using the electrode obtained in Example 1 or Example 2 as a positive electrode, a lithium ion secondary battery having a 1M LiPF 6 ethylene carbonate / diethyl carbonate 1: 1 solution as an electrolyte and a counter electrode as lithium was prepared. . The obtained battery was evaluated for charge / discharge characteristics under a wide range of current density conditions. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the rate and the discharge capacity. The battery using the electrode of Example 1 exhibited excellent rate characteristics as compared with the battery using the electrode of Example 2. This is because, as shown in FIG. 2, the fine particles are dispersed more finely and more uniformly by dry mixing using a vibrating ball mill, and the gap formed between adjacent coarse particles by the rolling process during electrode formation. It is thought that this is because the finely dispersed fine particles are filled in.

本発明の電極の使用により、高いエネルギー密度を有する蓄電デバイスが得られる。   By using the electrode of the present invention, an electricity storage device having a high energy density can be obtained.

Claims (5)

蓄電デバイスの電極の製造方法であって、
(A)空隙を有するカーボン原料を酸化処理して得られた導電性カーボンと、正極活物質又は負極活物質として動作可能な第1の活物質の粒子と、を乾式混合して予備混合物を得る工程、
(B)前記予備混合物と、前記第1の活物質の粒子と同じ極の活物質として動作可能であり且つ前記第1の活物質の粒子の平均粒径より大きい平均粒径を有する第2の活物質の粒子と、を乾式混合して電極材料を調製する工程、
(C)前記電極材料と、バインダと、溶媒と、を混合してスラリーを調製する工程、及び、
(D)前記スラリーを集電体上に塗布して活物質層を形成し、該活物質層中の溶媒を乾燥させた後、前記活物質層に圧力を印加する工程
を含むことを特徴とする電極の製造方法。
A method for producing an electrode of an electricity storage device, comprising:
(A) Conductive carbon obtained by oxidizing a carbon material having voids and the first active material particles operable as a positive electrode active material or a negative electrode active material are dry-mixed to obtain a premix Process,
(B) a second mixture that can operate as an active material of the same polarity as the particles of the first active material and has an average particle size that is larger than the average particle size of the particles of the first active material. A step of dry mixing active material particles to prepare an electrode material;
(C) a step of preparing a slurry by mixing the electrode material, a binder, and a solvent; and
(D) applying the slurry onto a current collector to form an active material layer, drying the solvent in the active material layer, and then applying pressure to the active material layer. A method for manufacturing an electrode.
前記(A)工程における乾式混合を、ビーズミル、ボールミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、ポットミル、メカノフュージョン複合化装置、ジェットミル及びプラネタリーミキサーから選択された装置を用いて行なう、請求項1に記載の電極の製造方法。   The dry mixing in the step (A) is performed using an apparatus selected from a bead mill, a ball mill, a planetary ball mill, a vibrating ball mill, a pot mill, a mechanofusion compounding device, a jet mill, and a planetary mixer. Electrode manufacturing method. 前記(A)工程及び/又は前記(B)工程において、前記導電性カーボンより高い導電率を有する別の導電性カーボンをさらに混合する、請求項1又は2に記載の電極の製造方法。   The method for producing an electrode according to claim 1, wherein in the step (A) and / or the step (B), another conductive carbon having a higher conductivity than the conductive carbon is further mixed. 前記第1の活物質の粒子の平均粒径が0.01〜2μmの範囲であり、前記第2の活物質の粒子の平均粒径が2μmより大きく25μm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極の製造方法。   The average particle diameter of the particles of the first active material is in the range of 0.01 to 2 μm, and the average particle diameter of the particles of the second active material is greater than 2 μm and 25 μm or less. The manufacturing method of the electrode of any one. 前記導電性カーボンが親水性部分を含み、該親水性部分の含有量が導電性カーボン全体の10質量%以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電極の製造方法。   The method for producing an electrode according to claim 1, wherein the conductive carbon includes a hydrophilic portion, and the content of the hydrophilic portion is 10% by mass or more of the entire conductive carbon.
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