JP2016152153A - Power storage element and method of manufacturing power storage element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power storage element whose input characteristics are improved.SOLUTION: A power storage element 10 includes: a positive electrode plate 18; a negative electrode plate 19 having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material 30; an electrolyte; and a negative binder and a negative electrode thickener 31 which are mixed into the negative electrode mixture layer. The negative electrode thickener 31 has a plurality of pores.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本明細書に記載された技術は、正極と、負極と、非水電解質とを有する蓄電素子、及びその製造方法に関する。   The technology described in the present specification relates to a power storage element having a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, and a method for manufacturing the same.

正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、非水電解質を備えた非水電解質二次電池として、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。非水電解質二次電池においては、活物質同士を結着させたり、活物質と極板とを結着させたりするために、結着剤が用いられる。   As a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte, for example, a battery described in Patent Document 1 is known. In the nonaqueous electrolyte secondary battery, a binder is used to bind active materials to each other or to bind the active material and the electrode plate.

特開2003−142082号公報JP 2003-142082 A

活物質と結着剤とが混合された合剤の粘度が不足するような場合には、合剤に増粘剤が添加される場合がある。すると、この増粘剤によって活物質の表面に被膜が形成される場合がある。この被膜によって、非水電解質が活物質の表面にまで到達することができにくくなる結果、非水電解質二次電池の入力特性が低下することが懸念される。   When the viscosity of the mixture in which the active material and the binder are mixed is insufficient, a thickener may be added to the mixture. Then, a film may be formed on the surface of the active material by the thickener. As a result of the coating becoming difficult for the non-aqueous electrolyte to reach the surface of the active material, there is a concern that the input characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery may be degraded.

本明細書に記載された技術は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、入力特性が向上された蓄電素子を提供することを目的とする。   The technology described in the present specification has been completed based on the above circumstances, and an object thereof is to provide a power storage element with improved input characteristics.

本明細書に記載された技術に係る蓄電素子は、正極と、負極活物質を含む負極合剤層を有する負極と、電解質と、前記負極合剤層に混合される負極バインダ及び負極増粘剤と、を備え、前記負極増粘剤は複数の細孔を有している。   An electricity storage device according to the technology described in the present specification includes a positive electrode, a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, an electrolyte, and a negative electrode binder and a negative electrode thickener mixed in the negative electrode mixture layer. The negative electrode thickener has a plurality of pores.

本明細書に記載された技術によれば、低温時の入力特性が向上した蓄電素子を提供することができる。なぜならば、負極の表面に増粘剤の被膜が形成された場合であっても、被膜に形成された複数の細孔を通じて電解質が負極の表面にまで到達することができるからである。   According to the technology described in the present specification, it is possible to provide a power storage element with improved input characteristics at low temperatures. This is because even when a thickener film is formed on the surface of the negative electrode, the electrolyte can reach the surface of the negative electrode through the plurality of pores formed in the film.

本明細書に記載された技術によれば、蓄電素子の入力特性を向上させることができる。   According to the technique described in this specification, the input characteristics of the electricity storage device can be improved.

実施形態1に係る蓄電素子を示す斜視図The perspective view which shows the electrical storage element which concerns on Embodiment 1. FIG. 蓄電素子を示す断面図Cross-sectional view showing a power storage element 貧溶媒を添加したか否かと、貧溶媒の種類に基づく、回生入力比率の変化を示すグラフA graph showing the change in the regenerative input ratio based on whether or not a poor solvent was added and the type of poor solvent 貧溶媒の分子量に基づく、回生入力比率の変化を示すグラフGraph showing change in regenerative input ratio based on molecular weight of poor solvent N-メチルピロリドンの添加量に対する、回生入力比率の変化を示すグラフGraph showing change in regenerative input ratio with respect to the amount of N-methylpyrrolidone added 負極板を示すSEM写真SEM photograph showing the negative electrode plate 負極板について、細孔孔径に対する微分細孔容積の変化を示すグラフGraph showing change in differential pore volume with respect to pore diameter for negative electrode plate 図7に示すグラフの一次導関数を示すグラフA graph showing the first derivative of the graph shown in FIG.

(実施形態の概要)
本明細書に記載された蓄電素子は、正極と、負極活物質を含む負極合剤層を有する負極と、電解質と、前記負極合剤層に混合される負極バインダ及び負極増粘剤と、を備え、前記負極増粘剤は複数の細孔を有している。
(Outline of the embodiment)
The power storage device described in the present specification includes a positive electrode, a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, an electrolyte, a negative electrode binder and a negative electrode thickener mixed in the negative electrode mixture layer. The negative electrode thickener has a plurality of pores.

本明細書に記載された技術によれば、低温時の入力特性が向上した蓄電素子を提供することができる。なぜならば、負極の表面に増粘剤の被膜が形成された場合であっても、被膜に形成された複数の細孔を通じて電解質が負極の表面にまで到達することができるからである。   According to the technology described in the present specification, it is possible to provide a power storage element with improved input characteristics at low temperatures. This is because even when a thickener film is formed on the surface of the negative electrode, the electrolyte can reach the surface of the negative electrode through the plurality of pores formed in the film.

本明細書に記載された蓄電素子は、正極と、負極活物質を含む負極合剤層を有する負極と、電解質と、前記負極合剤層に混合される負極バインダ及び負極増粘剤と、を備え、水銀圧入法により測定された前記負極の細孔分布において、細孔径0.5μm以下の領域に、上に凸のピークを有する。   The power storage device described in the present specification includes a positive electrode, a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, an electrolyte, a negative electrode binder and a negative electrode thickener mixed in the negative electrode mixture layer. In the pore distribution of the negative electrode measured by the mercury intrusion method, a convex peak is formed in a region having a pore diameter of 0.5 μm or less.

本明細書に記載された技術によれば、低温時の入力特性が向上した蓄電素子を提供することができる。なぜならば、水銀圧入法により測定された前記負極の細孔分布において、細孔径0.5μm以下の領域に、上に凸のピークを有して分布する細孔は、負極増粘剤に形成された細孔であり、この細孔を通じて電解質が負極の表面にまで到達することができるからである。   According to the technology described in the present specification, it is possible to provide a power storage element with improved input characteristics at low temperatures. This is because, in the pore distribution of the negative electrode measured by the mercury intrusion method, the pores distributed with an upward convex peak in the region having a pore diameter of 0.5 μm or less are formed in the negative electrode thickener. This is because the electrolyte can reach the surface of the negative electrode through the pores.

本明細書に記載された蓄電素子の製造方法は、負極活物質と、負極バインダと、負極増粘剤と、前記負極増粘剤に対する良溶媒と、前記良溶媒よりも沸点が高く、且つ、前記良溶媒よりも前記負極増粘剤の溶解度が小さい貧溶媒と、を混合して負極合剤を調製する工程と、前記負極合剤を負極箔に塗布する工程と、前記良溶媒を蒸発させる第1乾燥工程と、前記貧溶媒を蒸発させる第2乾燥工程と、を有する。   The manufacturing method of the electricity storage device described in the present specification includes a negative electrode active material, a negative electrode binder, a negative electrode thickener, a good solvent for the negative electrode thickener, a boiling point higher than the good solvent, and A step of preparing a negative electrode mixture by mixing a poor solvent having a solubility of the negative electrode thickener less than that of the good solvent, a step of applying the negative electrode mixture to the negative electrode foil, and evaporating the good solvent. A first drying step and a second drying step for evaporating the poor solvent.

本明細書に記載された技術によれば、低温時の入力特性が向上した蓄電素子を提供することができる。これは以下の理由による。まず、第1乾燥工程において良溶媒が蒸発すると、負極増粘剤が固化する。このとき、貧溶媒は蒸発せずに、固化した負極増粘剤中に残存している。この貧溶媒の、負極増粘剤に対する溶解度は比較的に小さいので、負極増粘剤は貧溶媒中から排除され、貧溶媒中に溶解している負極増粘剤は比較的に少ないものとなっている。次に、第2乾燥工程において貧溶媒が蒸発すると、貧溶媒からは負極増粘剤はあまり析出せず、貧溶媒が残存していた領域は細孔となる。この細孔を通じて電解質が負極の表面にまで到達することができるようになっているので、蓄電素子の低温時の入力特性を向上させることができる。   According to the technology described in the present specification, it is possible to provide a power storage element with improved input characteristics at low temperatures. This is due to the following reason. First, when the good solvent evaporates in the first drying step, the negative electrode thickener is solidified. At this time, the poor solvent does not evaporate and remains in the solidified negative electrode thickener. Since the solubility of the poor solvent in the negative electrode thickener is relatively small, the negative electrode thickener is excluded from the poor solvent, and the negative electrode thickener dissolved in the poor solvent is relatively small. ing. Next, when the poor solvent evaporates in the second drying step, the negative electrode thickener does not precipitate so much from the poor solvent, and the region where the poor solvent remains becomes pores. Since the electrolyte can reach the surface of the negative electrode through the pores, it is possible to improve the input characteristics of the energy storage device at a low temperature.

(前記貧溶媒の質量)/(前記良溶媒の質量+前記貧溶媒の質量)は、0.05以上であることが好ましい。また、(前記貧溶媒の質量)/(前記良溶媒の質量+前記貧溶媒の質量)は、0.20以下であることが好ましい。   (Mass of the poor solvent) / (mass of the good solvent + mass of the poor solvent) is preferably 0.05 or more. Further, (mass of the poor solvent) / (mass of the good solvent + mass of the poor solvent) is preferably 0.20 or less.

(前記貧溶媒の質量)/(前記良溶媒の質量+前記貧溶媒の質量)が、0.05よりも小さい場合には、電解質を負極の表面にまで到達させることができない可能性があるので好ましくない。これは、細孔を十分に形成することができないためであると考えられる。また、(前記貧溶媒の質量)/(前記良溶媒の質量+前記貧溶媒の質量)が、0.20よりも大きな場合には、負極バインダの性能が低下するので好ましくない。これは、貧溶媒が蒸発した後に形成される細孔が過度に多くなり、負極バインダがもろくなるからであると考えられる。   If (the mass of the poor solvent) / (the mass of the good solvent + the mass of the poor solvent) is smaller than 0.05, the electrolyte may not reach the surface of the negative electrode. It is not preferable. This is probably because the pores cannot be formed sufficiently. Moreover, when (mass of the said poor solvent) / (mass of the said good solvent + mass of the said poor solvent) is larger than 0.20, since the performance of a negative electrode binder falls, it is unpreferable. This is presumably because the pores formed after the poor solvent evaporates excessively increases and the negative electrode binder becomes brittle.

前記貧溶媒の分子量は、80以上であることが好ましい。   The molecular weight of the poor solvent is preferably 80 or more.

上記の態様によれば、蓄電素子の入力特性を向上させることができる。   According to said aspect, the input characteristic of an electrical storage element can be improved.

前記貧溶媒は、N−メチルピロリドン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートからなる群から選ばれる一つ又は複数の物質であることが好ましい。   The poor solvent is preferably one or more substances selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone, propylene carbonate, and ethylene carbonate.

上記の態様によれば、負極増粘剤に確実に細孔を形成することができるので、低温時における蓄電素子の入力特性を確実に向上させることができる。   According to the above aspect, since pores can be reliably formed in the negative electrode thickener, it is possible to reliably improve the input characteristics of the electricity storage element at low temperatures.

<実施形態1>
以下、実施形態1について図1から図7を参照しつつ説明する。実施形態1に係る蓄電素子10は、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両(図示せず)に搭載されて、動力源として使用される。実施形態1に係る蓄電素子10は、リチウムイオン電池であって、ケース11内に、正極板(正極に相当)18と、負極板(負極に相当)19と、セパレータ21と、電解液と、を収容してなる。なお、蓄電素子10としてはリチウムイオン電池に限られず、必要に応じて任意の蓄電池を選択することができる。
<Embodiment 1>
The first embodiment will be described below with reference to FIGS. The power storage device 10 according to the first embodiment is mounted on a vehicle (not shown) such as an electric vehicle or a hybrid vehicle and used as a power source. The storage element 10 according to the first embodiment is a lithium ion battery, and a case 11 includes a positive electrode plate (corresponding to a positive electrode) 18, a negative electrode plate (corresponding to a negative electrode) 19, a separator 21, an electrolyte solution, Contain. In addition, as the electrical storage element 10, it is not restricted to a lithium ion battery, Arbitrary storage batteries can be selected as needed.

図1に示すように、ケース11は扁平な直方体形状をなしている。ケース11は金属製であってもよく、また、合成樹脂製であってもよい。ケース11を構成する金属としては、鉄、鉄合金、アルミニウム、アルミニウム合金等、必要に応じて任意の金属を選択しうる。ケース11を構成する合成樹脂としては、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)等、必要に応じて任意の合成樹脂を選択しうる。   As shown in FIG. 1, the case 11 has a flat rectangular parallelepiped shape. The case 11 may be made of metal or synthetic resin. As a metal constituting the case 11, an arbitrary metal such as iron, iron alloy, aluminum, aluminum alloy or the like can be selected as necessary. As a synthetic resin constituting the case 11, any synthetic resin such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE) can be selected as necessary.

ケース11は、上方に開口するケース本体14と、このケース本体14に取り付けられて、ケース本体14の開口を塞ぐ蓋15と、を備える。蓋15はケース本体14の開口と略同じ形状に形成されている。蓋15の上面には、正極端子16と、負極端子17とが、上方に突出して設けられている。正極端子16は、ケース11内において公知の手法により正極板18と電気的に接続されている。また、負極端子17は、ケース11内において公知の手法により負極板19と電気的に接続されている。   The case 11 includes a case body 14 that opens upward, and a lid 15 that is attached to the case body 14 and closes the opening of the case body 14. The lid 15 is formed in substantially the same shape as the opening of the case body 14. A positive electrode terminal 16 and a negative electrode terminal 17 are provided on the upper surface of the lid 15 so as to protrude upward. The positive electrode terminal 16 is electrically connected to the positive electrode plate 18 in the case 11 by a known method. The negative electrode terminal 17 is electrically connected to the negative electrode plate 19 in the case 11 by a known method.

図2に示すように、ケース11内には、正極板18、セパレータ21、負極板19、セパレータ21の順に積層し、それら全体を巻回させてなる蓄電要素20が収容されている。また、ケース11内には、電解液(図示せず)が注入されている。   As shown in FIG. 2, a power storage element 20 is housed in the case 11 by stacking a positive electrode plate 18, a separator 21, a negative electrode plate 19, and a separator 21 in this order and winding them all together. In addition, an electrolytic solution (not shown) is injected into the case 11.

正極板18は、金属製の正極箔の片面又は両面に正極合剤層が形成されてなる。正極合剤は、正極活物質と、導電助剤と、結着剤としての正極バインダと、を含む。正極箔は金属製の箔状をなしている。本実施形態に係る正極箔は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる。   The positive electrode plate 18 has a positive electrode mixture layer formed on one or both surfaces of a metal positive electrode foil. The positive electrode mixture includes a positive electrode active material, a conductive additive, and a positive electrode binder as a binder. The positive foil has a metal foil shape. The positive foil according to this embodiment is made of aluminum or an aluminum alloy.

正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、正極活物質として、LiMPO、LiMSiO、LiMBO(MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種又は2種以上の遷移金属元素)等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム等のスピネル化合物、LiMO(MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種又は2種以上の遷移金属元素)等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。 As the positive electrode active material, any known material can be used as long as it is a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions. For example, as a positive electrode active material, a polyanion compound such as LiMPO 4 , LiMSiO 4 , LiMBO 3 (M is one or more transition metal elements selected from Fe, Ni, Mn, Co, etc.), lithium titanate, Spinel compounds such as lithium manganate, lithium transition metal oxides such as LiMO 2 (M is one or more transition metal elements selected from Fe, Ni, Mn, Co, and the like) can be used.

導電助剤の種類は特に制限されず、金属であっても非金属であってもよい。金属の導電剤としては、CuやNiなどの金属元素から構成される材料を用いることができる。また、非金属の導電剤としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどの炭素材料を用いることができる。   The kind in particular of conductive support agent is not restrict | limited, A metal or a nonmetal may be sufficient. As the metal conductive agent, a material composed of a metal element such as Cu or Ni can be used. As the non-metallic conductive agent, carbon materials such as graphite, carbon black, acetylene black, and ketjen black can be used.

正極バインダは、電極製造時に使用する溶媒や電解液に対して安定であり、また、充放電時の酸化還元反応に対して安定な材料であれば特にその種類は制限されない。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE),ポリフッ化ビニリデン(PVDF),ポリエチレン,ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM),スルホン化EPDM,スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のゴム弾性を有するポリマーを1種または2種以上の混合物として用いることができる。   The type of the positive electrode binder is not particularly limited as long as the positive electrode binder is a material that is stable with respect to a solvent and an electrolytic solution used at the time of manufacturing the electrode and is stable with respect to an oxidation-reduction reaction during charge and discharge. For example, thermoplastic resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluoro rubber Such polymers having rubber elasticity can be used as one kind or a mixture of two or more kinds.

また、必要に応じて、正極合剤に正極増粘剤などを含有させてもよい。正極増粘剤としては、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸など必要に応じて任意の化合物を適宜に選択することができる。セルロース系樹脂としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロースなどを適宜に選択することができる。   Moreover, you may make a positive mix contain a positive electrode thickener etc. as needed. As a positive electrode thickener, arbitrary compounds, such as a cellulose resin and polyacrylic acid, can be selected suitably as needed. As the cellulose resin, carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose (MC), hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, and the like can be appropriately selected.

(負極板19)
負極板19は、負極箔の片面又は両面に負極合剤層が形成されてなる。負極合剤は、負極活物質と、結着剤としての負極バインダと、負極増粘剤と、を含む。負極箔は金属製の箔状をなしている。本実施形態に係る負極箔は、銅又は銅合金からなる。
(Negative electrode plate 19)
The negative electrode plate 19 has a negative electrode mixture layer formed on one side or both sides of a negative electrode foil. The negative electrode mixture includes a negative electrode active material, a negative electrode binder as a binder, and a negative electrode thickener. The negative electrode foil has a metal foil shape. The negative electrode foil according to the present embodiment is made of copper or a copper alloy.

負極活物質としては、炭素材料、その他リチウムと合金化可能な元素、合金、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、などが挙げられる。炭素材料の例としてはハードカーボン,ソフトカーボン,グラファイト等が挙げられる.リチウムと合金可能な元素の例としては、例えば、Al、Si、Zn、Ge、Cd、Sn、およびPb等を挙げることができる。これらは単独で含まれていてもよく、2種以上が含まれていてもよい。また、合金の例としてはNi−Si合金、およびTi−Si合金等の遷移金属元素を含む合金等が挙げられる.金属酸化物の例としてはSnB0.40.63.1などのアモルファススズ酸化物、SnSiOなどのスズ珪素酸化物、SiOなどの酸化珪素、Li4+xTi12などのスピネル構造のチタン酸リチウムなどが挙げられる。金属硫化物の例としては、TiSなどの硫化リチウム、MoSなどの硫化モリブデン、FeS、FeS、LiFeSなどの硫化鉄が挙げられる.これらの中でも特にハードカーボン、中でもD50が8μmより小さい小粒子径ハードカーボンが好ましく、D50が2μm〜7μmであることがより好ましい。 Examples of the negative electrode active material include carbon materials, other elements that can be alloyed with lithium, alloys, metal oxides, metal sulfides, metal nitrides, and the like. Examples of carbon materials include hard carbon, soft carbon, and graphite. Examples of elements that can be alloyed with lithium include, for example, Al, Si, Zn, Ge, Cd, Sn, and Pb. These may be contained independently and 2 or more types may be contained. Examples of alloys include Ni-Si alloys and alloys containing transition metal elements such as Ti-Si alloys. Examples of metal oxides include amorphous tin oxide such as SnB 0.4 P 0.6 O 3.1 , tin silicon oxide such as SnSiO 3 , silicon oxide such as SiO, Li 4 + x Ti 5 O 12 and the like. And lithium titanate having a spinel structure. Examples of metal sulfides include lithium sulfides such as TiS 2 , molybdenum sulfides such as MoS 2, and iron sulfides such as FeS, FeS 2 , and Li x FeS 2 . Among these, particularly hard carbon, particularly small particle size hard carbon having a D50 smaller than 8 μm is preferable, and D50 is more preferably 2 μm to 7 μm.

また、必要に応じて、負極合剤に導電助剤を含有させてもよい。導電助剤の種類は特に制限されず、金属であっても非金属であってもよい。金属の導電剤としては、CuやNiなどの金属元素から構成される材料を用いることができる。また、非金属の導電剤としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどの炭素材料を用いることができる。   Moreover, you may make a negative electrode mixture contain a conductive support agent as needed. The kind in particular of conductive support agent is not restrict | limited, A metal or a nonmetal may be sufficient. As the metal conductive agent, a material composed of a metal element such as Cu or Ni can be used. As the non-metallic conductive agent, carbon materials such as graphite, carbon black, acetylene black, and ketjen black can be used.

負極バインダは、電極製造時に使用する溶媒や電解液に対して安定であり、また、充放電時の酸化還元反応に対して安定な材料であれば特にその種類は制限されない。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE),ポリフッ化ビニリデン(PVDF),ポリエチレン,ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM),スルホン化EPDM,スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のゴム弾性を有するポリマーを1種または2種以上の混合物として用いることができる。   The type of the negative electrode binder is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to a solvent and an electrolytic solution used at the time of manufacturing the electrode and is stable with respect to an oxidation-reduction reaction during charging and discharging. For example, thermoplastic resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluoro rubber Such polymers having rubber elasticity can be used as one kind or a mixture of two or more kinds.

負極バインダとしては、いわゆる非水系バインダを用いてもよく、また、いわゆる水系バインダを用いてもよい。環境問題を考慮した場合には、水系バインダを好適に用いることができる。水系バインダは、水には溶解しないが良好に水中に分散する水分散系バインダと、水に溶解する水溶性バインダとを含む。   As the negative electrode binder, a so-called non-aqueous binder may be used, or a so-called aqueous binder may be used. In consideration of environmental problems, an aqueous binder can be suitably used. The water-based binder includes a water-dispersed binder that does not dissolve in water but is well dispersed in water, and a water-soluble binder that dissolves in water.

また、負極合剤は負極増粘剤を含有する。負極増粘剤としては、セルロース系樹脂、アクリル酸など必要に応じて任意の化合物を適宜に選択することができる。セルロース系樹脂としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロースなどを適宜に選択することができる。負極活物質層の剥離強度を高める観点から、負極増粘剤には、セルロース系樹脂を用いることが好ましく、カルボキシメチルセルロースを用いることが特に好ましい。   The negative electrode mixture contains a negative electrode thickener. As a negative electrode thickener, arbitrary compounds, such as a cellulose resin and acrylic acid, can be selected suitably as needed. As the cellulose resin, carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose (MC), hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, and the like can be appropriately selected. From the viewpoint of increasing the peel strength of the negative electrode active material layer, it is preferable to use a cellulose-based resin as the negative electrode thickener, and it is particularly preferable to use carboxymethyl cellulose.

負極活物質と、導電助剤と、負極バインダと、負極増粘剤と、比較的に沸点が低く且つ比較的に負極増粘剤の溶解度が高い良溶媒と、良溶媒よりも沸点が高く且つ良溶媒よりも負極増粘剤の溶解度が低い貧溶媒と、を混合することにより、負極ペーストが調製される。良溶媒としては、例えば、水が挙げられる。貧溶媒としては、N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルアセトアミド等のアミド類、ブタンジオール、エチレングリコールモノブチルエーテル等のジオール類及びその誘導体、ガンマブチロラクトン、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)等の環状エステル類、ジメチルスルフォキシド(DMS)等からなる群から選ばれる、1つ又は複数の溶媒を適宜に選択することができる。ここで、良溶媒とは、負極増粘剤の溶解度が1g/100g以上である(溶媒100gに対して負極増粘剤を1g以上溶解する)ものを意味する。また、貧溶媒とは、選択された良溶媒よりも負極増粘剤の溶解度が低いものを意味する。   A negative electrode active material, a conductive additive, a negative electrode binder, a negative electrode thickener, a good solvent having a relatively low boiling point and a relatively high solubility of the negative electrode thickener, a boiling point higher than that of the good solvent, and A negative electrode paste is prepared by mixing a poor solvent in which the solubility of the negative electrode thickener is lower than that of the good solvent. An example of the good solvent is water. Examples of the poor solvent include amides such as N-methylpyrrolidone (NMP) and dimethylacetamide, diols such as butanediol and ethylene glycol monobutyl ether and derivatives thereof, gamma butyrolactone, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and the like. One or a plurality of solvents selected from the group consisting of cyclic esters, dimethyl sulfoxide (DMS) and the like can be appropriately selected. Here, the good solvent means a solvent in which the solubility of the negative electrode thickener is 1 g / 100 g or more (1 g or more of the negative electrode thickener is dissolved in 100 g of the solvent). Moreover, a poor solvent means a thing with the solubility of a negative electrode thickener lower than the selected good solvent.

負極ペーストは、負極箔の一面又は両面に、リバースロール方式、ダイレクトロール方式、ブレード方式、ナイフ方式、ディップ方式、公知の手法により塗工される。   The negative electrode paste is applied to one surface or both surfaces of the negative electrode foil by a reverse roll method, a direct roll method, a blade method, a knife method, a dip method, or a known method.

その後、負極に対して乾燥工程が実行される。乾燥工程は、良溶媒を乾燥させるための第1乾燥工程と、貧溶媒を乾燥させるための第2乾燥工程と、を含む。第1乾燥工程において負極板を乾燥するための温度は、第2乾燥工程における温度よりも低く設定されている。第1乾燥工程の乾燥条件は、温度が10℃〜100℃であり、乾燥時間が10秒〜30分とされる。また、第2乾燥工程の乾燥条件は、温度が50℃〜150℃であり、乾燥時間が2秒〜30分とされる。   Thereafter, a drying step is performed on the negative electrode. The drying step includes a first drying step for drying the good solvent and a second drying step for drying the poor solvent. The temperature for drying the negative electrode plate in the first drying step is set lower than the temperature in the second drying step. The drying conditions for the first drying step are a temperature of 10 ° C. to 100 ° C. and a drying time of 10 seconds to 30 minutes. Moreover, as for the drying conditions of a 2nd drying process, temperature is 50 to 150 degreeC, and drying time shall be 2 second-30 minutes.

例えば、負極板を乾燥炉内に収容し、この乾燥炉中で第1乾燥工程を実行した後に、負極板を乾燥炉から取り出すことなく、連続的に第2乾燥工程を実行してもよい。また、第1乾燥工程を実行した後に、乾燥炉から負極板を取り出して負極板を放冷した後、第2乾燥工程を実行してもよい。   For example, after the negative electrode plate is accommodated in a drying furnace and the first drying process is performed in the drying furnace, the second drying process may be continuously performed without removing the negative electrode plate from the drying furnace. Moreover, after performing a 1st drying process, after taking out a negative electrode plate from a drying furnace and standing to cool a negative electrode plate, you may perform a 2nd drying process.

負極板は、乾燥工程が終了した後、所定の厚みにプレスされる。   The negative electrode plate is pressed to a predetermined thickness after the drying process is completed.

セパレータ21としては、ポリオレフィン微多孔膜、合成樹脂製の織物又は不織布、天然繊維、ガラス繊維又はセラミック繊維の織物又は不織布、紙等を用いることができる。ポリオレフィン微多孔膜としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはこれらの複合膜を利用することができる。合成樹脂繊維としては、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアミド(PA)、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)又はポリエチレン(PE)等のポリオレフィン、又はこれらの混合物から選択することができる。セパレータ21の厚さは、5〜35μmが好ましい。   As the separator 21, a polyolefin microporous film, a synthetic resin woven or non-woven fabric, natural fiber, glass fiber or ceramic fiber woven or non-woven fabric, paper, or the like can be used. Polyethylene, polypropylene, or a composite film thereof can be used as the polyolefin microporous film. The synthetic resin fiber can be selected from polyacrylonitrile (PAN), polyamide (PA), polyester, polyethylene terephthalate (PET), polyolefin such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE), or a mixture thereof. The thickness of the separator 21 is preferably 5 to 35 μm.

セパレータ21には、少なくとも片面に、耐熱粒子とバインダとを含む耐熱層が形成されていてもよい。セパレータ21に耐熱層が形成されている場合には、耐熱層は正極合剤層に対向するように配されるのが好ましい。耐熱粒子は大気下で500℃にて重量減少が5%以下であるものが望ましい。中でも800℃にて重量減少が5%以下であるものが望ましい。そのような材料として無機化合物が挙げられる。無機化合物は下記のうちの一つ以上の無機物の単独もしくは混合体もしくは複合化合物からなる。無機化合物として、酸化鉄、SiO、Al、TiO、BaTiO、ZrO、アルミナ−シリカ複合酸化物などの酸化物微粒子、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物微粒子、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶微粒子、シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶微粒子、タルク、モンモリロナイトなどの粘土微粒子、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカなどの鉱物資源由来物質あるいはそれらの人造物などが挙げられる。また、耐熱粒子として、金属微粒子、SnO、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの酸化物微粒子、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質微粒子などの導電性微粒子の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、上記の電気絶縁性の無機粒子を構成する材料)で表面処理することで、電気絶縁性を持たせた微粒子であってもよい。耐熱粒子として、特に、SiO、Al、アルミナ−シリカ複合酸化物が好ましい。 The separator 21 may be formed with a heat-resistant layer containing heat-resistant particles and a binder on at least one side. When the heat resistant layer is formed on the separator 21, the heat resistant layer is preferably arranged so as to face the positive electrode mixture layer. It is desirable that the heat-resistant particles have a weight loss of 5% or less at 500 ° C. in the atmosphere. Among these, those having a weight loss of 5% or less at 800 ° C. are desirable. Examples of such a material include inorganic compounds. The inorganic compound is composed of one or more of the following inorganic substances alone or as a mixture or a composite compound. Examples of inorganic compounds include iron oxide, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , BaTiO 2 , ZrO, oxide fine particles such as alumina-silica composite oxide, nitride fine particles such as aluminum nitride and silicon nitride, calcium fluoride, Slightly soluble ionic crystal particles such as barium fluoride and barium sulfate, covalently bonded crystal particles such as silicon and diamond, clay particles such as talc and montmorillonite, boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite , Bentonite, mica and other mineral resource-derived substances or artificial products thereof. In addition, as the heat-resistant particles, the surface of conductive fine particles such as metal fine particles, oxide fine particles such as SnO 2 and tin-indium oxide (ITO), carbonaceous fine particles such as carbon black, graphite, and the like are electrically insulating materials. It may be fine particles that have been made electrically insulating by surface treatment with (for example, the material constituting the electrically insulating inorganic particles). As the heat-resistant particles, SiO 2 , Al 2 O 3 , and alumina-silica composite oxide are particularly preferable.

電解液としては、非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることができる。電解液は、ケース11内においてセパレータ21に含浸されている。電解液は限定されるものではなく、一般にリチウムイオン電池等への使用が提案されているものが使用可能である。非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状炭酸エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル等の鎖状エステル類;テトラヒドロフランまたはその誘導体;1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジブトキシエタン、メチルジグライム等のエーテル類;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;ジオキソランまたはその誘導体;エチレンスルフィド、スルホラン、スルトンまたはその誘導体等の単独またはそれら2種以上の混合物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。なお、電解液には公知の添加剤を加えてもよい。   As the electrolytic solution, a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent can be used. The electrolyte is impregnated in the separator 21 in the case 11. The electrolytic solution is not limited, and those generally proposed for use in lithium ion batteries and the like can be used. Nonaqueous solvents include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate, vinylene carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl Chain carbonates such as carbonate; chain esters such as methyl formate, methyl acetate and methyl butyrate; tetrahydrofuran or derivatives thereof; 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,4 -Ethers such as dibutoxyethane and methyldiglyme; nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; dioxolane or derivatives thereof; ethylene sulfide, sulfolane, sultone or derivatives thereof alone or Although the mixture of 2 or more types etc. can be mentioned, it is not limited to these. In addition, you may add a well-known additive to electrolyte solution.

電解質塩としては、例えば、LiClO,LiBF,LiAsF,LiPF,LiSCN,LiBr,LiI,LiSO,Li10Cl10,NaClO,NaI,NaSCN,NaBr,KClO,KSCN等のリチウム(Li)、ナトリウム(Na)またはカリウム(K)の1種を含む無機イオン塩、LiCFSO,LiN(CFSO,LiN(CSO,LiN(CFSO)(CSO),LiC(CFSO,LiC(CSO,(CHNBF,(CHNBr,(CNClO,(CNI,(CNBr,(n−CNClO,(n−CNI,(CN−maleate,(CN−benzoate,(CN−phtalate、ステアリルスルホン酸リチウム、オクチルスルホン酸リチウム、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム等の有機イオン塩等が挙げられ、これらのイオン性化合物を単独、あるいは2種類以上混合して用いることが可能である。 Examples of the electrolyte salt include LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, NaBr, KClN 4 , and KClO 4 , KSCN Inorganic ion salts containing one of lithium (Li), sodium (Na) or potassium (K), LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , (CH 3 ) 4 NBr , (C 2 H 5) 4 NClO 4, (C 2 H 5) 4 NI, (C 3 H 7) 4 NBr, (n-C 4 H 9) 4 NClO , (N-C 4 H 9 ) 4 NI, (C 2 H 5) 4 N-maleate, (C 2 H 5) 4 N-benzoate, (C 2 H 5) 4 N-phtalate, lithium stearyl sulfonate, Examples include organic ionic salts such as lithium octyl sulfonate and lithium dodecylbenzene sulfonate, and these ionic compounds can be used alone or in admixture of two or more.

また、電解液として常温溶融塩やイオン液体を用いてもよい。   Moreover, you may use normal temperature molten salt and an ionic liquid as electrolyte solution.

以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例により何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. In addition, this invention is not limited at all by the following Example.

<実施例1>
実施例1では、上方に開口されたケース本体14の内部に蓄電要素20を収容し、正極板18と正極端子16とを接続し、負極板19と負極端子17とを接続した後に電解液を注入し、ケース本体14に蓋15を溶接することにより、蓄電素子10を作製した。
<Example 1>
In Example 1, the storage element 20 is accommodated in the case body 14 opened upward, the positive electrode plate 18 and the positive electrode terminal 16 are connected, the negative electrode plate 19 and the negative electrode terminal 17 are connected, and then the electrolytic solution is added. The electricity storage device 10 was fabricated by injecting and welding the lid 15 to the case main body 14.

正極板は次のようにして作製した。正極活物質としては、D50粒子径4.0μmであって、組成式LiNi1/3Co1/3Mn1/3で表されるリチウム複合酸化物を用いた。粒子径は、島津製作所社製のSALD−2200(制御ソフトはWing SALD−2200)で測定した。正極活物質91質量部と、導電助剤としてアセチレンブラック4.5質量部と、正極バインダとしてポリフッ化ビニリデン4.5質量部と、を混合した。これにN−メチルピロリドンを適宜加えてペースト状に調製することにより、正極合剤を作製した。この正極合剤を、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる正極箔の両面に塗布した。これを乾燥した後、ロールプレス機で加圧することにより、正極板を作製した。 The positive electrode plate was produced as follows. As the positive electrode active material, a lithium composite oxide having a D50 particle size of 4.0 μm and represented by the composition formula LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 was used. The particle diameter was measured with SALD-2200 (control software is Wing SALD-2200) manufactured by Shimadzu Corporation. 91 parts by mass of the positive electrode active material, 4.5 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 4.5 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a positive electrode binder were mixed. A positive electrode mixture was prepared by appropriately adding N-methylpyrrolidone thereto to prepare a paste. This positive electrode mixture was applied to both surfaces of a positive electrode foil made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm. After drying this, the positive electrode plate was produced by pressurizing with a roll press.

負極板は次のようにして作製された。負極活物質としては、D50粒子径3.7μmのハードカーボンを用いた。粒子径は、島津製作所社製のSALD−2200(制御ソフトはWing SALD−2200)で測定した。負極活物質96.7質量部と、負極増粘剤としてカルボキシメチルセルロース1.2質量部と、負極バインダとしてスチレンブタジエンゴム2.1質量部と、を混合した。これに、水90質量部と、N−メチルピロリドン(NMP)10質量部とを混合した混合溶媒を適宜加えてペースト状に調製することにより、負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ10μmの銅箔からなる負極箔の両面に塗布した。   The negative electrode plate was produced as follows. As the negative electrode active material, hard carbon having a D50 particle size of 3.7 μm was used. The particle diameter was measured with SALD-2200 (control software is Wing SALD-2200) manufactured by Shimadzu Corporation. 96.7 parts by mass of the negative electrode active material, 1.2 parts by mass of carboxymethyl cellulose as a negative electrode thickener, and 2.1 parts by mass of styrene butadiene rubber as a negative electrode binder were mixed. A mixed solvent prepared by mixing 90 parts by mass of water and 10 parts by mass of N-methylpyrrolidone (NMP) was appropriately added thereto to prepare a paste, thereby preparing a negative electrode mixture. This negative electrode mixture was applied to both surfaces of a negative electrode foil made of a copper foil having a thickness of 10 μm.

NMPの沸点は202℃であり、分子量は99.13である。また、水と、NMPとの混合割合については、(NMPの質量)/(水の質量+NMPの質量)は、0.10であった。   NMP has a boiling point of 202 ° C. and a molecular weight of 99.13. Regarding the mixing ratio of water and NMP, (NMP mass) / (water mass + NMP mass) was 0.10.

その後、負極合剤が塗布された負極箔に対して、乾燥炉中で、25℃で15分間乾燥させる工程を行うことにより水を蒸発させた(第1乾燥工程の一例)。続いて、乾燥炉中で、120℃で15分間乾燥させる工程を行うことにより、NMPを蒸発させた(第2乾燥工程の一例)。これをロールプレス機で加圧することにより負極板を作製した。   Then, water was evaporated by performing the process of drying for 15 minutes at 25 degreeC with respect to the negative electrode foil with which the negative mix was apply | coated (an example of a 1st drying process). Then, NMP was evaporated by performing the process of drying for 15 minutes at 120 degreeC in a drying furnace (an example of a 2nd drying process). The negative electrode plate was produced by pressurizing this with a roll press.

セパレータには、ポリエチレン微多孔膜の片面に、Alを耐熱粒子として含む耐熱層が形成されたものを用意した。 The separator was prepared by forming a heat-resistant layer containing Al 2 O 3 as heat-resistant particles on one side of a polyethylene microporous film.

上記のようにして得られた正極板と、セパレータと、負極板と、セパレータと、を順に重ね合わせ、渦巻き状に巻回することにより巻回型の蓄電要素20を作製した。   The positive electrode plate, the separator, the negative electrode plate, and the separator obtained as described above were sequentially overlapped and wound into a spiral shape, whereby a wound type electricity storage element 20 was produced.

電解液としては、溶質としてLiPFを用い、溶媒としてプロピレンカーボネートと、ジメチルカーボネートと、エチルメチルカーボネートとの混合溶媒を用いた。混合溶媒は、各成分の体積比が、プロピレンカーボネート:ジメチルカーボネート:エチルメチルカーボネート=3:2:5となるよう調製した。この混合溶媒にLiPFを溶解させて、LiPFの濃度が1 mol/Lとなるように調製した。 As the electrolytic solution, LiPF 6 was used as a solute, and a mixed solvent of propylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate was used as a solvent. The mixed solvent was prepared such that the volume ratio of each component was propylene carbonate: dimethyl carbonate: ethyl methyl carbonate = 3: 2: 5. LiPF 6 was dissolved in this mixed solvent so that the concentration of LiPF 6 was 1 mol / L.

<実施例2>
負極合剤を調製する際に、NMPに代えて、プロピレンカーボネート(PC)を添加した以外は、実施例1と同様にして、実施例2に係る蓄電素子を調製した。PCの沸点は242℃であり、分子量は102.09である。また、水と、PCとの混合割合については、(PCの質量)/(水の質量+PCの質量)は、0.10であった。
<Example 2>
A power storage device according to Example 2 was prepared in the same manner as Example 1 except that propylene carbonate (PC) was added instead of NMP when preparing the negative electrode mixture. The boiling point of PC is 242 ° C. and the molecular weight is 102.09. Moreover, about the mixing ratio of water and PC, (mass of PC) / (mass of water + mass of PC) was 0.10.

<実施例3>
負極合剤を調製する際に、N−メチルピロリドンに代えて、エチレンカーボネート(EC)を添加した以外は、実施例1と同様にして、実施例3に係る蓄電素子を調製した。ECの沸点は240℃であり、分子量は88.06である。また、水と、ECとの混合割合については、(ECの質量)/(水の質量+ECの質量)は、0.10であった。
<Example 3>
When preparing the negative electrode mixture, a power storage device according to Example 3 was prepared in the same manner as Example 1 except that ethylene carbonate (EC) was added instead of N-methylpyrrolidone. EC has a boiling point of 240 ° C. and a molecular weight of 88.06. Regarding the mixing ratio of water and EC, (mass of EC) / (mass of water + EC mass) was 0.10.

<実施例4>
負極合剤を調製する際に、NMPに代えて、ジメチルスルフォキシド(DMS)を添加した以外は、実施例1と同様にして、実施例2に係る蓄電素子を調製した。DMSの沸点は189℃であり、分子量は78.13である。また、水と、DMSとの混合割合については、(DMSの質量)/(水の質量+DMSの質量)は、0.10であった。
<Example 4>
A power storage device according to Example 2 was prepared in the same manner as Example 1 except that dimethyl sulfoxide (DMS) was added instead of NMP when preparing the negative electrode mixture. The boiling point of DMS is 189 ° C. and the molecular weight is 78.13. Regarding the mixing ratio of water and DMS, (mass of DMS) / (mass of water + mass of DMS) was 0.10.

<比較例1>
負極活物質96.7質量部と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース1.2質量部と、バインダとしてスチレンブタジエンゴム2.1質量部と、を混合した。これに、水を適宜加えてペースト状に調製することにより、負極合剤を作製した。負極板は、乾燥炉中で、120℃で30分間乾燥させる工程を行うことにより水を蒸発させた。上記以外は、実施例1と同様にして、比較例1に係る蓄電素子を調製した。
<Comparative Example 1>
96.7 parts by mass of the negative electrode active material, 1.2 parts by mass of carboxymethyl cellulose as a thickener, and 2.1 parts by mass of styrene butadiene rubber as a binder were mixed. A negative electrode mixture was prepared by adding water thereto to prepare a paste. The negative electrode plate was subjected to a step of drying at 120 ° C. for 30 minutes in a drying furnace to evaporate water. A power storage device according to Comparative Example 1 was prepared in the same manner as Example 1 except for the above.

(回生入力試験)
実施例1〜4、及び比較例1に係る蓄電素子に対して、回生入力試験を行った。25℃、5Aにて、4.2Vまで定電流充電を行い、さらに4.2V定電圧で合計3時間充電した後、5Aで、終止電圧2.4Vの条件で定電流放電することにより各蓄電素子の放電容量を測定した。各蓄電素子について、前述の測定で得られた放電容量の75%を充電することで電池のSOC(State Of Charge)を75%に調整後、マイナス30℃で4時間保持した。その後4.2Vの定電圧充電を行い、1秒目の電流値及び電圧値を乗ずることにより、低温時の回生入力値を算出した。
(Regenerative input test)
A regenerative input test was performed on the energy storage devices according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. Each battery was charged at a constant current of up to 4.2 V at 25 ° C. and 5 A, and further charged for a total of 3 hours at a constant voltage of 4.2 V, and then discharged at a constant current of 2.4 V at 5 A. The discharge capacity of the device was measured. For each storage element, 75% of the discharge capacity obtained in the above measurement was charged to adjust the SOC (State Of Charge) of the battery to 75%, and then held at −30 ° C. for 4 hours. Thereafter, a constant voltage charge of 4.2 V was performed, and the current value and voltage value at the first second were multiplied to calculate a regenerative input value at a low temperature.

表1、及び図3には、比較例1に係る蓄電素子の充電電流を100とした場合における、他の実験例に係る蓄電素子の充電電流の比を示した。また、図4には、貧溶媒の分子量と、回生入力比率との関係を示すグラフを示した。   Table 1 and FIG. 3 show the ratios of the charging currents of the storage elements according to other experimental examples when the charging current of the storage element according to Comparative Example 1 is set to 100. FIG. 4 shows a graph showing the relationship between the molecular weight of the poor solvent and the regeneration input ratio.

Figure 2016152153
Figure 2016152153

負極ペーストの溶媒として、良溶媒である水のみを用いた比較例1に比べて、負極ペーストの溶媒として、良溶媒である水と、貧溶媒と、を含む混合溶媒を用いた実施例1〜4は、回生入力電流が大きなものとなっている。これは以下の理由によると考えられる。   As compared with Comparative Example 1 using only water as a good solvent as a solvent for the negative electrode paste, Examples 1 to 1 using a mixed solvent containing water as a good solvent and a poor solvent as a solvent for the negative electrode paste. No. 4 has a large regenerative input current. This is considered to be due to the following reason.

まず、比較例1においては、負極箔に塗布された負極合剤に対して乾燥工程を実施することにより水を蒸発させると、CMCが析出する。このとき、負極活物質の表面がCMCの被膜によって覆われる。すると、電解質が負極活物質の表面に到達することができないため、入力特性が低下すると考えられる。   First, in Comparative Example 1, when water is evaporated by performing a drying process on the negative electrode mixture applied to the negative electrode foil, CMC is precipitated. At this time, the surface of the negative electrode active material is covered with the CMC coating. Then, since the electrolyte cannot reach the surface of the negative electrode active material, it is considered that the input characteristics are deteriorated.

これに対して、実施例1〜4においては、まず、負極板に対する第1乾燥工程において、水が蒸発すると、CMCが析出する。このとき、貧溶媒は、析出したCMC中に液体の分散相として残存する。貧溶媒は比較的にCMCの溶解度が低いので、分散相中のCMCの残存量は比較的に少ないものとなっている。   On the other hand, in Examples 1-4, first, when water evaporates in the first drying step for the negative electrode plate, CMC is precipitated. At this time, the poor solvent remains as a liquid dispersed phase in the precipitated CMC. Since the poor solvent has relatively low CMC solubility, the residual amount of CMC in the dispersed phase is relatively small.

次に、負極板に対して第2乾燥工程が実行されると、貧溶媒が蒸発する。これにより、析出したCMC中に分散相として残存していた貧溶媒が蒸発することになるので、貧溶媒が残存していた部分は空孔となる。これは、貧溶媒中にはCMCの残存量が比較的に少ないので、貧溶媒が残存していた部分を埋めるのに十分な量のCMCが溶存していないからである。このようにして、多孔質化された負極増粘剤が形成される。   Next, when the second drying process is performed on the negative electrode plate, the poor solvent evaporates. As a result, the poor solvent remaining as a dispersed phase in the precipitated CMC evaporates, so that the portion where the poor solvent remains becomes pores. This is because the amount of CMC remaining in the poor solvent is relatively small, so that a sufficient amount of CMC is not dissolved in the portion where the poor solvent remains. In this way, a porous negative electrode thickener is formed.

上記のように形成された空孔は、三次元的に連通した連通孔となっている。つまり、負極活物質の表面に形成されたCMCの被覆層を貫通する経路が形成されている。この経路を通って、電解質が負極活物質の表面にまで到達することができるようになっている。これにより、蓄電素子の入力特性を向上させることができる。特に、試験温度マイナス30℃という、比較的に低温における入力特性が向上した。   The holes formed as described above are communication holes that communicate three-dimensionally. That is, a path penetrating the CMC coating layer formed on the surface of the negative electrode active material is formed. Through this route, the electrolyte can reach the surface of the negative electrode active material. Thereby, the input characteristic of an electrical storage element can be improved. In particular, the input characteristics at a relatively low temperature of the test temperature minus 30 ° C. were improved.

図2に示すように、78.13よりも大きな分子量を有するものであって、且つ、CMC、に対する貧溶媒を添加した場合には、蓄電素子の回生入力比率は108.6%以上と、優れた効果を示した。貧溶媒の分子量が80よりも大きな場合は、蓄電素子の回生入力比率は126.9%以上となるので、好ましい。貧溶媒の分子量が90よりも大きな場合は、蓄電素子の回生入力比率は126.9%よりも大きくなるので、より好ましい。貧溶媒の分子量が100よりも大きな場合は、蓄電素子の回生入力比率は129.7%よりも大きくなるので、特に好ましい。   As shown in FIG. 2, when a poor solvent with respect to CMC having a molecular weight greater than 78.13 is added, the regenerative input ratio of the power storage element is excellent at 108.6% or more. Showed the effect. When the molecular weight of the poor solvent is larger than 80, the regenerative input ratio of the power storage element is 126.9% or more, which is preferable. When the molecular weight of the poor solvent is greater than 90, the regenerative input ratio of the electricity storage element is more than 126.9%, which is more preferable. When the molecular weight of the poor solvent is greater than 100, the regenerative input ratio of the power storage element is more than 129.7%, which is particularly preferable.

<実施例1、5及び6、並びに、比較例1〜2>
実施例5、6、及び比較例2について、水の添加量、及びNMPの添加量を表2に示したものとした以外は、実施例1と同様にして蓄電素子を調製した。
<Examples 1, 5 and 6 and Comparative Examples 1-2>
Regarding Examples 5 and 6, and Comparative Example 2, a power storage device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of water and the addition amount of NMP were as shown in Table 2.

実施例5、6、及び比較例2について、実施例1と同様にして回生入力試験を実施した。結果を表2に纏めて示した。また、実施例1、及び比較例2についても表2に合わせて示した。また、図5には、NMPの添加量に対する回生入力比率の変化を示した。   For Examples 5 and 6, and Comparative Example 2, a regenerative input test was performed in the same manner as in Example 1. The results are summarized in Table 2. In addition, Example 1 and Comparative Example 2 are also shown in Table 2. FIG. 5 shows the change in the regenerative input ratio with respect to the amount of NMP added.

Figure 2016152153
Figure 2016152153

表2に示すように、NMPの質量の、NMPの質量と水の質量との和に対する質量%が5mass%から20mass%である実施例1、5、及び6は、回生入力比率が、比較例1を100とした場合において、109.9%〜129.7%となり、入力特性が向上した。これは、NMPの質量%が5mass%よりも小さい場合には、細孔を十分に形成することができず、電解質を負極の表面にまで到達させることができないためと考えられる。   As shown in Table 2, Examples 1, 5, and 6 in which the mass% of the mass of NMP with respect to the sum of the mass of NMP and the mass of water is 5 mass% to 20 mass%, the regenerative input ratio is a comparative example When 1 was set to 100, the input characteristics were improved from 109.9% to 129.7%. This is presumably because when the mass% of NMP is smaller than 5 mass%, the pores cannot be sufficiently formed and the electrolyte cannot reach the surface of the negative electrode.

また、NMPの質量%が20mass%よりも大きな場合には、負極バインダとしてのCMCの性能が低下するので好ましくない。これは、NMPが蒸発した後に形成される細孔が過度に多くなり、CMCがもろくなるからであると考えられる。   Moreover, when the mass% of NMP is larger than 20 mass%, the performance of CMC as a negative electrode binder is deteriorated, which is not preferable. This is thought to be because the pores formed after NMP evaporates excessively increases and CMC becomes brittle.

図3に示すように、NMPの添加量が、5mass%〜20mass%であると、蓄電素子の回生入力比率が109.9%以上となるので好ましい。NMPの添加量が、10mass%である場合は、蓄電素子の回生入力比率が129.7%となるので、特に好ましい。   As shown in FIG. 3, it is preferable that the amount of NMP added is 5 mass% to 20 mass% because the regenerative input ratio of the power storage element is 109.9% or more. When the amount of NMP added is 10 mass%, the regenerative input ratio of the power storage element is 129.7%, which is particularly preferable.

(細孔分布)
図6には、実施例1に係る負極板のSEM(走査電子顕微鏡)写真を示す。倍率は20,000倍である。図6において、破線で囲まれた領域A内に存在する物質が、負極活物質30の表面に付着した、多孔質化された負極増粘剤31と考えられる。上記したように、負極増粘剤31には複数の細孔が形成されている。この細孔を通って、負極活物質30の表面に電解質が到達することができるようになっている。
(Pore distribution)
In FIG. 6, the SEM (scanning electron microscope) photograph of the negative electrode plate which concerns on Example 1 is shown. The magnification is 20,000 times. In FIG. 6, the substance present in the region A surrounded by the broken line is considered to be a porous negative electrode thickener 31 attached to the surface of the negative electrode active material 30. As described above, the negative electrode thickener 31 has a plurality of pores. The electrolyte can reach the surface of the negative electrode active material 30 through the pores.

図7には、比較例1、実施例1、実施例2に係る蓄電素子について、水銀圧入法により測定された負極の微分細孔容積を示す。図7において、実線は比較例1を示し、破線は実施例1を示し、一点鎖線は実施例2を示す。   FIG. 7 shows the differential pore volume of the negative electrode measured by the mercury intrusion method for the electricity storage devices according to Comparative Example 1, Example 1, and Example 2. In FIG. 7, the solid line indicates Comparative Example 1, the broken line indicates Example 1, and the alternate long and short dash line indicates Example 2.

水銀圧入法による細孔分布の測定は以下のように行った。まず、蓄電素子を解体し、負極板をサンプリングした。サンプリングした試料は、負極板のうち、正極合剤層と負極合剤層とがセパレータを介して対向している位置から、大きさ、2cm×10cmのものを採取した。これらをジメチルカーボネートで洗浄し、常温で真空乾燥することにより前処理した。   The pore distribution was measured by the mercury intrusion method as follows. First, the storage element was disassembled, and the negative electrode plate was sampled. As the sampled sample, a sample having a size of 2 cm × 10 cm was collected from the position where the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer faced each other through the separator. These were pretreated by washing with dimethyl carbonate and vacuum drying at room temperature.

上記のように作成したサンプルについて、Micromeritics WIN9400を使用し、JIS R 1655に準拠して水銀圧入法により、微分細孔容積(cm/g)を測定した。測定の際、サンプルに対する接触角を130°に設定した。 About the sample produced as mentioned above, micromeritics WIN9400 was used and the differential pore volume (cm < 3 > / g) was measured by the mercury intrusion method based on JISR1655. During the measurement, the contact angle with respect to the sample was set to 130 °.

図7に示すように、貧溶媒が添加されていない比較例1においては、水銀圧入法により測定された負極の細孔分布において、負極活物質に起因する0.7μm付近にピークが観察されている。しかし、負極板の細孔孔径0.5μm以下に、微分細孔容積の変化を示すグラフは、上に凸のピークを有しない。   As shown in FIG. 7, in Comparative Example 1 in which no poor solvent was added, a peak was observed in the vicinity of 0.7 μm caused by the negative electrode active material in the pore distribution of the negative electrode measured by the mercury intrusion method. Yes. However, the graph showing the change in the differential pore volume when the pore diameter of the negative electrode plate is 0.5 μm or less does not have a convex peak.

これに対して、貧溶媒としてNMPが添加された実施例1、及び貧溶媒としてPCが添加された実施例2においては、負極活物質に起因する0.8μm付近のピークに加え、水銀圧入法により測定された負極の細孔分布において、負極板の細孔孔径0.5μm以下に、微分細孔容積の変化を示すグラフが上に凸のピークを有する。   On the other hand, in Example 1 in which NMP was added as a poor solvent and Example 2 in which PC was added as a poor solvent, in addition to the peak around 0.8 μm caused by the negative electrode active material, a mercury intrusion method was used. In the pore distribution of the negative electrode measured by the above, the graph showing the change in the differential pore volume has a convex peak above the pore diameter of the negative electrode plate of 0.5 μm or less.

詳細には、NMPが添加された実施例1、及びPCが添加された実施例2においては、少なくとも細孔孔径が0.03μm〜0.3μmの範囲において、比較例1に係るグラフと比較して、上に凸のピークが形成されている。   Specifically, in Example 1 to which NMP was added and Example 2 to which PC was added, at least in the range of the pore diameter of 0.03 μm to 0.3 μm, compared with the graph according to Comparative Example 1. A convex peak is formed on the top.

上記のピークは、貧溶媒であるNMP、又はPCが負極板から蒸発した際に形成された細孔の存在を示していると考えられる。この細孔により、負極活物質の表面に電解質が到達するようになっていると考えられる。この細孔に到達した電解質を介して、リチウムイオンが負極活物質に到達することが可能となる結果、低温時の入力特性が向上した蓄電素子を提供することができると推測される。   The above peak is considered to indicate the presence of pores formed when NMP or PC as a poor solvent evaporates from the negative electrode plate. It is considered that the electrolyte reaches the surface of the negative electrode active material due to the pores. As a result of allowing lithium ions to reach the negative electrode active material via the electrolyte that has reached the pores, it is presumed that an energy storage device with improved input characteristics at low temperatures can be provided.

電解質が細孔中に侵入する観点から、細孔の大きさは小さ過ぎないことが好ましい。具体的には、負極の細孔分布において、0.01μm以上の領域にピークを有することが好ましく、0.03μm以上の領域にピークを有することがさらに好ましい。   From the viewpoint of the electrolyte entering the pores, the pore size is preferably not too small. Specifically, the pore distribution of the negative electrode preferably has a peak in a region of 0.01 μm or more, and more preferably has a peak in a region of 0.03 μm or more.

また、増粘剤がもろくなる観点から、細孔の大きさは大き過ぎないことが好ましい。具体的には、負極の細孔分布において、0.3μm以下の領域にピークを有することが好ましく、0.1μm以下の領域にピークを有することがさらに好ましく、0.08μm以下の領域にピークを有することが特に好ましい。   Further, from the viewpoint of making the thickener brittle, it is preferable that the pore size is not too large. Specifically, in the pore distribution of the negative electrode, it is preferable to have a peak in the region of 0.3 μm or less, more preferably in the region of 0.1 μm or less, and in the region of 0.08 μm or less. It is particularly preferable to have it.

(微分細孔容積曲線一次導関数)
図8には、図7に係るグラフを微分することにより作成した、微分細孔容積一次導関数のグラフを示す。
(First derivative of differential pore volume curve)
FIG. 8 shows a graph of the differential pore volume first derivative created by differentiating the graph according to FIG.

貧溶媒が添加されていない比較例1のグラフ(実線)は、(dVp/dlog(r))’が0となる横軸に対して、約0.08μmの近傍で1回だけ交差している。詳細には、約0.08μmよりも細孔孔径が小さい場合には負の値となっており、約0.08μmよりも細孔孔径が大きい場合には正の値となっている。これは、比較例1に係る微分細孔容積のグラフが、細孔孔径が約0.08μmの近傍にピークを有する下に凸のグラフであることを意味している。   The graph (solid line) of Comparative Example 1 in which the poor solvent is not added intersects the horizontal axis where (dVp / dlog (r)) ′ becomes 0 only once in the vicinity of about 0.08 μm. . Specifically, when the pore diameter is smaller than about 0.08 μm, the value is negative, and when the pore diameter is larger than about 0.08 μm, the value is positive. This means that the differential pore volume graph according to Comparative Example 1 is a downward convex graph having a peak in the vicinity of the pore diameter of about 0.08 μm.

一方、貧溶媒としてNMPが添加された実施例1のグラフ(破線)は、(dVp/dlog(r))’が0となる横軸に対して、約0.03μmの近傍で、負の値から正の値へと交差し、約0.07μmの近傍で、正の値から負の値へと交差しており、約0.17μmの近傍で、負の値から正の値へと交差している。すなわち、実施例1のグラフは、(dVp/dlog(r))’が0となる横軸に対して、3回交差している。これは、実施例1に係る微分細孔容積のグラフが、細孔孔径が約0.03μmの近傍で下に凸のピークを有すると共に、細孔孔径が約0.07μmの近傍で上に凸のピークを有すると共に、細孔孔径が約0.17μmの近傍で下に凸のピークを有することを意味している。   On the other hand, the graph (broken line) of Example 1 in which NMP was added as a poor solvent shows a negative value in the vicinity of about 0.03 μm with respect to the horizontal axis where (dVp / dlog (r)) ′ is 0. Crosses from a positive value to a positive value, crosses from a positive value to a negative value in the vicinity of about 0.07 μm, and crosses from a negative value to a positive value in the vicinity of about 0.17 μm. ing. That is, the graph of Example 1 intersects the horizontal axis where (dVp / dlog (r)) ′ is 0 three times. This is because the differential pore volume graph according to Example 1 has a convex peak downward in the vicinity of the pore diameter of about 0.03 μm and convex upward in the vicinity of the pore diameter of about 0.07 μm. This means that the pore has a convex peak in the vicinity of the pore diameter of about 0.17 μm.

また、貧溶媒としてPCが添加された実施例2のグラフ(一点鎖線)も、(dVp/dlog(r))’が0となる横軸に対して、3回交差している。詳細には以下の通りである。実施例2のグラフ(一点鎖線)は、(dVp/dlog(r))’が0となる横軸に対して、約0.04μmの近傍で、負の値から正の値へと交差し、約0.08μmの近傍で、正の値から負の値へと交差しており、約0.17μmの近傍で、負の値から正の値へと交差している。これは、実施例2に係る微分細孔容積のグラフが、細孔孔径が約0.04μmの近傍で下に凸のピークを有すると共に、細孔孔径が約0.08μmの近傍で上に凸のピークを有すると共に、細孔孔径が約0.17μmの近傍で下に凸のピークを有することを意味している。   Further, the graph (one-dot chain line) of Example 2 in which PC is added as a poor solvent also intersects the horizontal axis where (dVp / dlog (r)) ′ is 0 three times. Details are as follows. The graph of Example 2 (dashed line) crosses from a negative value to a positive value in the vicinity of about 0.04 μm with respect to the horizontal axis where (dVp / dlog (r)) ′ is 0, It crosses from a positive value to a negative value in the vicinity of about 0.08 μm, and crosses from a negative value to a positive value in the vicinity of about 0.17 μm. This is because the differential pore volume graph according to Example 2 has a peak that protrudes downward in the vicinity of the pore diameter of about 0.04 μm, and protrudes upward in the vicinity of the pore diameter of about 0.08 μm. This means that the pore has a convex peak in the vicinity of the pore diameter of about 0.17 μm.

このように、微分細孔容積一次導関数のグラフを解析することにより、負極板の細孔孔径0.5μm以下の領域に、微分細孔容積の変化を示すグラフが上に凸のピークを有することを明確に判別することができる。   Thus, by analyzing the graph of the differential pore volume first derivative, the graph showing the change in the differential pore volume has an upwardly convex peak in the region of the pore diameter of the negative electrode plate of 0.5 μm or less. This can be clearly determined.

<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

(1)蓄電素子としては、リチウムイオン二次電池に限られず、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、アルカリ蓄電池等、任意の蓄電素子を用いることができる。   (1) The power storage element is not limited to a lithium ion secondary battery, and any power storage element such as a lithium ion capacitor, an electric double layer capacitor, or an alkaline storage battery can be used.

(2)本実施形態に係る複数の細孔は、互いに連通するものとしたが、これに限られず、複数の細孔は独立気泡であってもよい。   (2) Although the plurality of pores according to the present embodiment communicate with each other, the present invention is not limited to this, and the plurality of pores may be closed cells.

(3)貧溶媒の分子量は80よりも小さくてもよい。   (3) The molecular weight of the poor solvent may be less than 80.

10:蓄電素子
18:正極板
19:負極板
30:負極活物質
31:負極増粘剤
10: Power storage element 18: Positive electrode plate 19: Negative electrode plate 30: Negative electrode active material 31: Negative electrode thickener

Claims (7)

正極と、負極活物質を含む負極合剤層を有する負極と、電解質と、前記負極合剤層に混合される負極バインダ及び負極増粘剤と、を備え、
前記負極増粘剤は複数の細孔を有している蓄電素子。
A positive electrode, a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, an electrolyte, and a negative electrode binder and a negative electrode thickener mixed in the negative electrode mixture layer,
The negative electrode thickener is a power storage device having a plurality of pores.
正極と、負極活物質を含む負極合剤層を有する負極と、電解質と、前記負極合剤層に混合される負極バインダ及び負極増粘剤と、を備え、
水銀圧入法により測定された前記負極の細孔分布において、細孔径0.5μm以下の領域に、上に凸のピークを有する蓄電素子。
A positive electrode, a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, an electrolyte, and a negative electrode binder and a negative electrode thickener mixed in the negative electrode mixture layer,
A storage element having a convex peak in a region having a pore diameter of 0.5 μm or less in the pore distribution of the negative electrode measured by a mercury intrusion method.
負極活物質と、負極バインダと、負極増粘剤と、前記負極増粘剤に対する良溶媒と、前記良溶媒よりも沸点が高く、且つ、前記良溶媒よりも前記負極増粘剤の溶解度が小さい貧溶媒と、を混合して負極合剤を調製する工程と、
前記負極合剤を負極箔に塗布する工程と、
前記良溶媒を蒸発させる第1乾燥工程と、
前記貧溶媒を蒸発させる第2乾燥工程と、
を有する蓄電素子の製造方法。
A negative electrode active material, a negative electrode binder, a negative electrode thickener, a good solvent for the negative electrode thickener, a boiling point higher than the good solvent, and a solubility of the negative electrode thickener smaller than the good solvent A step of preparing a negative electrode mixture by mixing a poor solvent;
Applying the negative electrode mixture to a negative electrode foil;
A first drying step for evaporating the good solvent;
A second drying step for evaporating the poor solvent;
The manufacturing method of the electrical storage element which has.
(前記貧溶媒の質量)/(前記良溶媒の質量+前記貧溶媒の質量)が、0.05以上である請求項3に記載の蓄電素子の製造方法。   The method for manufacturing an electricity storage element according to claim 3, wherein (mass of the poor solvent) / (mass of the good solvent + mass of the poor solvent) is 0.05 or more. (前記貧溶媒の質量)/(前記良溶媒の質量+前記貧溶媒の質量)が、0.20以下である請求項3または請求項4に記載の蓄電素子の製造方法。   5. The method for manufacturing a power storage element according to claim 3, wherein (mass of the poor solvent) / (mass of the good solvent + mass of the poor solvent) is 0.20 or less. 前記貧溶媒の分子量は、80以上である請求項3ないし請求項5のいずれか一項に記載の蓄電素子の製造方法。   The method for manufacturing a power storage device according to claim 3, wherein the molecular weight of the poor solvent is 80 or more. 前記貧溶媒は、N−メチルピロリドン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートからなる群から選ばれる一つ又は複数の物質である請求項3ないし請求項6のいずれか一項に記載の蓄電素子の製造方法。   The method for manufacturing a power storage element according to any one of claims 3 to 6, wherein the poor solvent is one or more substances selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone, propylene carbonate, and ethylene carbonate.
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